矿床开拓是开采工艺的重要环节，运输方式是影响深凹露天矿生产成本和经济效益的最主要因素［1］。确定合理的开拓方法，配合采矿工艺布置最佳的运输系统是保证生产、指导管理、提高企业经济效益的根本途径［2］。开拓运输方案应力求缩短矿山基建时间，尽量早投产，早达产。矿山生产中应以经济效益为中心，选择投资少、效益好的开拓运输方案，且开拓运输系统生产工艺简单、可靠、技术先进，与矿山服务年限相适应，生产经营费用低。矿石开拓运输主要有汽车、电机车、胶带的多种组合方式［3-4］，为了更好地开发利用矿山资源，需要根据采场内的矿岩流向以及矿岩空间分布的位置，提出可选的开拓运输方案，然后通过方案比较，选择适合该矿体开采的最优开拓运输系统［5］。
1矿山概况
某铜镍矿床位于青海省西部东昆仑山脉西段，柴达木盆地南缘。矿区沟谷深切，山势陡峻，植被稀疏，呈典型高原荒漠景观，海拔高度3200～3600m。矿区资源储量达1.5亿t，被誉为世界级大型铜镍矿床。拟建矿山设计为露天开采方式，先期为山坡露天，后转入凹陷露天。设计露天境界上口尺寸为1635m×1050m，境界内矿石量9696.7万t，废石量64422.72万t，平均剥采比6.64t/t，采出矿石镍品位为0.758%，铜品位为0.163%，钴品位为0.024%。露天采场最高标高3660m，露天底标高3015m，封闭圈标高为3315m。台阶高度为15m(靠帮并段后30m)，矿山生产规模为675万t/a(2.25万t/d)，服务年限为16年。
2开拓运输方案
矿山采用陡帮条带式采剥工艺，采场作业面变化较频繁，灵活的公路汽车运输才能适应这种采剥方法，但废石运输驶离采场后线路相对较为固定，因此考虑调整固定线路的运输方式，以降低废石运输成本。综合分析三种可行的开拓运输方式。
2.1公路汽车开拓运输方案
方案1为公路汽车开拓运输方案。露天开采具有剥采比大、剥离量大、高差大，工作面移动频繁的特点，采用公路汽车开拓运输方式的优势为灵活，适应性强，劣势为随着汽车运距增加运费增加明显。根据本区矿岩性质特点、矿山采剥规模、当地气候条件，采用19台220t矿用自卸汽车运输废石，平均运距为3km。选用大型矿用自卸汽车，作业人员少，既节能，运输成本也低，汽车等待时间短，单向行车密度较小，能提高运行速度，充分发挥运输设备的效率，减少安全隐患。
2.2公路汽车—固定式破碎站—胶带联合开拓运输方案
方案2为公路汽车—固定式破碎站—胶带联合开拓运输方案。采用汽车、胶带接力运输的方式将废石排至排土场，在运输线路复杂多变的前半部分还是采用公路汽车开拓运输，而在运输线路相对固定的后半部分选用固定破碎站—胶带开拓运输，此方案既有方案1的灵活性，又结合了胶带运输运营成本低的优点。废石通过场内公路运输运至破碎站，废石经破碎后由胶带运输至排土场，场内公路汽车运输平均运距1.6km，场外胶带平均运距2.5km，另需配备12辆220t级矿用卡车。露天采场剥离废石，经矿用卡车运输至固定破碎站破碎后，再由露天境界外的1#固定胶带转运至排土场南侧废石转载站，然后再由排土场内2#和3#移置胶带转载给排土机进行排弃。方案2胶带运输线路布置示意如图1(a)所示，主要设备配置如表1所示。
2.3公路汽车—半移动破碎站—胶带联合开拓运输方案
方案3为公路汽车—半移动破碎站—胶带联合开拓运输方案。此方案在方案2的基础上将固定破碎站改为半移动破碎站，根据露天采场内废石运输的距离，调整破碎站的位置，增加开拓运输系统灵活性，有利于减少汽车运距，但也增加了破碎站拆装的工序及投资。随着露天开采的向下延伸，往下搬迁破碎站。废石通过场内公路汽车运输至半移动式破碎站，经破碎后由胶带运输至排土场。设置两期移动破碎站，分期搬迁，场内公路汽车运输平均运距1.0km，另需配备10辆220t级矿用卡车。方案3根据采场两出入口位置，按照废石就近排放原则，设置两个排土场，分别为Ⅰ号排土场(一期排放，采场西北侧)、Ⅱ号排土场(二期排放，采场东北侧)。一期破碎站设置于露天采场西北侧出入口处，与方案2固定破碎站位置相同，露天采场外的废石胶带系统与方案2相似，不同之处为胶带平均运距较方案2减小，为2.1km。二期破碎站移至采场东侧，废石经矿用卡车运输至二期固定破碎站破碎后，再由露天境界内的4#和5#固定胶带转运至Ⅱ号排土场南侧废石转载站，然后再由Ⅱ号排土场内6#和7#移置胶带转载给排土机进行排弃，二期场外胶带平均运距2.25km。方案3胶带运输线路布置见图1(b)，主要设备配置如表2所示。
3开拓运输方案比较
3.1运输方案的投资比较
按照拟定的废石运输方案，进行采矿系统、运输系统设备及电控系统配置，结合总图工程等进行投资估算，各方案投资估算如表3所示。
3.2各方案成本费用及净现值差额
各方案可比成本及净现值差额如表4所示。
3.3比较结果分析公路汽车废石运输方案的投资最低，方案3投资最高。与方案1相比，方案2和方案3分别增加投资为16080万元和24639万元。由于开采工艺特点，主要废石集中在采场西南侧，封闭圈以上废石量约占废石总量的60%。另外，采场作业面变化较频繁，限制破碎站位置的设置，采用破碎站—胶带运输方案的同时，需要新增汽车数量没有有效减少，因而不能很好发挥破碎站加胶带运输的优越性。与公路汽车运输方案相比，方案2固定式破碎站—胶带运输方案单位成本增加0.16元/m3，按年胶带运输量1476万m3计算，废石运输成本增加236.16万元/a，费用现值增加13081.51万元。方案3半移动式破碎站—胶带运输方案单位成本减少1.34元/m3，平均废石运输成本低1997.84万元/a，但由于在二期半移动破碎机及胶带移设，增加破碎站拆装的工序及投资，费用现值增加1596.97万元。从投资及经营成本分析，方案1最优，其次为方案3，再次为方案2。综合比较三个方案，考虑山坡露天开采时，采用汽车运输方案的灵活性、适应性，采用全汽车运输方案更具优势。
4结论
在分析大型深凹露天金属矿废石运输基础上，提出公路汽车开拓运输方案、公路汽车—固定式破碎站—胶带联合开拓运输方案、公路汽车—半移动破碎站—胶带联合开拓运输方案，通过技术经济分析确定公路汽车开拓运输为合理的优化配置方案。对于采用陡帮条带式采剥工艺，由于采场作业面变化较频繁，灵活的公路汽车运输较为适应这种采剥方法。随着露天开采深度继续向深部延伸，运输成本增加成为制约单一汽车运输方式在深凹露天矿中应用的因素。因此，深凹露天矿要求与之适应的高效联合运输方式，但要综合考虑技术经济因素，开拓运输系统要在技术可行条件下，以企业经济效益最天津职称大化为目的进行优化选择。该矿开拓运输方案优化设计于2014年8月通过专家组的评审，获得专家组的好评。
作者：任红岗 张长锁 单位：北京矿冶研究总院 北京科技大学土木与环境工程学院
相关专题：沈阳航空航天大学官网 植物保护论文
