礦山汽車運輸經濟合理運距研究

母傳偉 王先鋒 楊維菁 亢建民

(1.中冶沈勘秦皇島工程技術有限公司，河北 秦皇島066001;2.鞍鋼集團礦業公司東鞍山鐵礦，遼寧 鞍山114000)

露天礦山運輸系統的發展有2 個明顯特點:其一是汽車運輸迅速發展，國內外大型露天礦山的汽車運輸已經改變了原來以鐵路運輸占主導地位的局面;其二是半連續運輸工藝能夠使汽車和膠帶機優勢互補，代表露天礦運輸的發展方向，被認為是最經濟有效的運輸方式。汽車運輸是半連續運輸的首要環節，也是目前露天礦山主要運輸工藝。但是，汽車運輸的最大缺陷就是運輸成本高和經濟合理運距短。在露天礦運輸系統中，汽車運距對露天礦山開采的技術經濟效果影響最大。在國內外露天礦山中，汽車運輸系統部分投資占整個露天礦總投資的30% ～50%，汽車運輸成本占采礦總成本的25% ～45%。所以，研究汽車運輸的經濟合理運距對確定汽車運輸方式的使用范圍、改善露天礦建設條件和經濟效益意義重大。

1 國內外相關數據

汽車運距是考核露天礦山的主要技術經濟指標。國外大多數金屬露天礦的汽車運距波動在1.0 ～5.5 km，平均在2.5 ～3.0 km，容許經濟合理運距為5 ～7 km。美國、加拿大一些大型露天礦平均運距為2.8 km，小型露天礦平均運距2.3 km，詳見表1。

表1 美國、加拿大露天礦汽車運距Table 1 Automobile transportation distance of open-pit mines in USA and Canada

通過調查我國部分露天礦，汽車運距一般為2 km，最大6 km，見表2。在露天礦開拓運輸系統設計中，經濟合理運距尚無確切資料作為參考依據。為此，結合國內外露天礦山設計和生產實踐，研究確定汽車經濟合理運距的方法并提出汽車經濟合理運距的建議指標。

2 相關參數的確定

影響汽車經濟合理運距的主要因素是基建投資、經營費、投資效果系數。從對基建投資及經營費的分析得出:影響較大的因素是露天礦年運量、露天礦開采深度、運輸設備類型和型號，為此要首先確定上述礦山技術條件參數才能進行汽車經濟合理運距的計算。以下舉例說明各種參數的確定方法。

(1)計算鐵路運輸的基建投資及經營費見表3，其中基建投資包括鐵路運輸線路、倒裝站、牽引變電站、機修及其他配套設施，鐵路運輸經營費包括運輸設備折舊、修理費、電耗、材料消耗、車間經費和人工費。

(2)計算汽車運輸的基建投資及經營費見表4，其中基建投資包括運輸道路、汽車、修理設施及其他，汽車運輸經營費包括運輸設備折舊、維修費、油耗、輪胎及其他材料消耗、人工費。

表2 國內露天礦汽車運距Table 2 Automobile transportation distance of open-pit mines in China

表3 鐵路運輸基建投資及經營費計算Table 3 Calculation of capital investment and operation cost in railway transportation

(3)礦山技術條件參數:①年運量300 ～1 000 萬t/a;②采深0 ～180 m;③機車車輛類型采用ZG100－1500 機車牽引KF－60 礦車;④汽車類型BJ370(20 t)。

3 汽車經濟合理運距界限點的確定

在討論汽車經濟合理運距時，應把基建投資和經營費的計算看作動態過程，考慮每年增加的價值還會

表4 汽車運輸基建投資及經營費計算Table 4 Calculation of capital investment and operation cost in automobile transportation

產生投資效果，計算公式為n

式中，Z 為單位礦巖費用，元/t;T 為單位礦巖基建投資，元/t;J 為單位礦巖運輸經營費，元/t;P 為投資效果系數;n 為標準投資返本期限，a。

式(1)將各年度發生的費用換算到標準投資返本期限來比較。將根據式(1)計算的單位礦巖費用作為汽車運輸與鐵路運輸方式比較的指標依據，費用小者為優。兩者噸巖礦費用相等時的運距即為汽車經濟合理運距。跟鐵路運輸或其他運輸方式相比較，經濟效果相同時露天礦汽車的運輸距離即為露天礦汽車經濟合理運距。

通過計算尋求汽車運輸跟鐵路運輸的經濟合理界限點。根據不同運距的基建投資及經營費用，采用式(1)分別計算鐵路運輸和汽車運輸單位礦巖費用Z，并求其與運距的關系，見表5。

表5 汽車經濟合理運距比較計算Table 5 Comparison of cost-effective distance of automobile transportation

從計算結果分析，單位礦巖費用和運距是呈直線關系，其直線方程為:鐵路運輸，

汽車運輸

式中，kT、kQ為斜率，表示單位礦巖費用隨運距變化的比率;TT、TQ為縱截距，表示跟運距無關的單位礦巖基建投資。

當ZT= ZQ時的汽車運距即為經濟合理運距，即

kQ·L + TQ= kT·L + TT，

求得

假定以山坡露天礦(采深100 m，運量1 000萬t/a)為例，運輸車型為SH380A 礦用汽車，據計算結果繪出汽車運輸和鐵路運輸成本關系圖，見圖1。從圖1 可見，鐵路運輸基建投資高于汽車運輸，所以縱截距數值大，成本關系曲線起始點在上;鐵路運輸經營費低于汽車運輸，所以斜率數值小，成本關系曲線傾斜度小。2 種組運輸方式的成本關系圖線是交叉的，交叉點處汽車運輸運距在1.85 km，即為鐵路和汽車2 種運輸方式的界限點。計算結果表明:在給定的條件下，汽車經濟合理運距應不大于1.85 km。汽車運輸運距如果超過1.85 km 時應把全汽車運輸過渡到鐵路運輸更為經濟合理。

圖1 汽車經濟合理運距計算Fig.1 Cost-effective distance of automobile transportation

4 分析討論

通過各種不同礦山技術參數下汽車經濟合理運距的計算，對上述例子的計算結果分析如下。

(1)汽車經濟合理運距隨運量的增大而降低，如圖2，尤其當運量較小時降低的幅度較大。這說明隨運量的增加，鐵路運輸的合理使用范圍擴大，而在年運量較小時(低于400 萬t/a)，鐵路運輸效果較差，這是因為鐵路運輸基建投資大而運量小所致。

(2)汽車經濟合理運距隨露天礦的開采深度增加而加大，如圖3。因為露天礦采深增大，鐵路運輸線路工程量增大，其基建投資及修理、折舊等計入經營費的部分增加幅度顯然較汽車運輸要大，所以汽車經濟合理運距必然增大。露天礦采深對汽車經濟合理運距影響較大，尤其在年運量較小時。年運量為300 萬t 時，采深每增加10 m，其經濟合理運距可加大150 m，而年運量為1 000 萬t 時，采深每增加10 m，其經濟合理運距僅增加50 m。

圖2 不同采深時汽車經濟合理運距與運量關系Fig.2 Relationship between cost-effective distance and transport volume under different mining depth

圖3 不同運量時汽車經濟合理運距與采深關系Fig.3 Relationship between cost-effective distance and mining depth under different transport volume

(3)汽車經濟合理運距隨汽車車型加大而增大，如圖4。車型越大，車輛單價越高，初期投資越大;但大型車較小型車單位礦巖運輸經營費低。所以，當礦山運輸能力限定時，車型越大，經濟運距越長。

圖4 汽車經濟合理運距與車型關系Fig.4 Relationship between cost-effective distance and vehicle type

(4)汽車經濟合理運距跟礦山是山坡露天還是深凹露天類型有關，如圖5。當運距小于2 km 時，深凹露天礦汽車經濟合理運距長，而山坡露天礦經濟合理運距短;當運距大于2 km 時則相反，深凹露天礦汽車經濟合理運距短，而山坡露天礦經濟合理運距長。前者由于深凹露天礦鐵路投資較高而導致汽車經濟合理運距長，后者是由于深凹露天礦汽車運輸經營費隨運距的增加而急劇加大，導致山坡露天礦汽車經濟合理運距長。

圖5 汽車經濟合理運距與礦山類型的關系Fig.5 Relationship between cost-effective distance and mine type

5 結 論

綜上所述，汽車經濟合理運距不是定值，而是隨運輸條件不同而變化。汽車經濟合理運距隨運量的增大而降低，隨露天礦的開采深度增加而加大，隨汽車車型加大而增大，還跟礦山類型密切相關。因此在進行露天礦開拓運輸設計時，汽車平均運距應控制在汽車經濟合理運距范圍內，如超出允許的經濟合理運距，則應考慮與其他運輸方式相配合的聯合運輸方式。

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