喻 鸿，陈光木

(广东省大宝山矿业有限公司， 广东 韶关市 512127)

0 引 言

目前，露天矿山主流运输方式有汽车运输、铁路运输、胶带运输以及联合运输等多种。

胶带运输不但爬坡能力强，且运行速度快，生产能力大，劳动消耗少，运输成本低，可实现连续运输和全盘自动化。为减少胶带磨损，对坚硬的矿岩，大块必须经破碎或筛除后方能运输，破碎后的粒径应不大于400 mm。汽车-半移动式破碎站-胶带运输具有间断工艺适应性强和连续工艺效率高等优点[1]，技术上采装灵活、生产管理简单，经济上缩短了卡车运距、降低了生产成本。

本文着重研究半连续开采工艺破碎站移设的优化[2]。破碎站在移设过程中，参数的选取和客观因素的影响将会使运输成本产生波动。本文将优化运输过程中的相关参数，使运输成本达到理论的最低，从而提高经济效益。

1 破碎站移设目的与位置选择

破碎站移设[3]是半连续开采工艺的核心问题之一，移设步距[4]直接影响半连续开采工艺的使用效果。破碎站移设的目的是减小汽车运距，降低运输成本，选取合理的移设步距能够在移设费用和运营成本间找到一个平衡点。优化破碎站移设参数的实质是使破碎站移设的总费用最小，主要是解决破碎站移设次数、移设步距、移设时期这3个问题[5-6]。

式中，Z总为破碎站移设过程经济总费用；Z汽为汽车运输总费用；Z胶为胶带运输总费用；Z基建为移设基建费用；Z损为移设期间停产损失。

破碎站位置的选择应坚持几点原则：生产工艺系统简单，易于管理；投资少，运行成本低，经济效益好；利用成熟技术，满足生产接续要求。

同时，破碎站初始位置的确定需综合考虑基建地点、采场扩延、厂房位置、出入沟和地理环境等因素。矿山一般为减少前期基建剥离量，降低生产剥采比，应优先选择矿石质量好，岩石覆盖层厚度小、开采条件好的地段先开采，从而把大量岩石推迟到后期剥离，减少基建投资，提高矿山的经济效益。破碎站的位置应综合考虑基建地点，采场的扩延以及选厂厂房的位置等，以减少运输成本。同时，破碎站初始位置的选择也应考虑地形因素，一般倾向于选择地势相对低洼和平坦的地方，这样可以减少爬坡，有利于破碎站的摆布。此外还得考虑后期扩帮衔接的问题，为开拓运输系统布置创造有利条件，减少剥岩成本，提高经济效益。

2 破碎站移设优化

2.1 破碎站移设次数

破碎站移设次数是指破碎站在整个生产过程中需要移设几次。破碎站的移设总会伴随着基建投资和停产损失，所以移设会增加成本。但合理的移设破碎站能够减少汽车运输距离，将昂贵的汽车运费转化为廉价的胶带运输，有效地节约了成本，减少了开支，增加了经济效益。所以合理的移设次数对降低成本起到重要作用。

破碎站设置一般会选取较宽阔的平台，汽车有足够的转弯半径且能够排队卸货的位置，所以破碎站一般设计在水平台阶上，以便于汽车的运输。所以破碎站移设时一般只面向各水平台阶，移设次数有限。破碎站移设最少0次，即不移设，所有矿石运往破碎站；最多次数与台阶数相等，即每下降一个台阶破碎站移设一次。破碎站的每次移设不仅需要高额的基建费用，还要因为移设时的停产而给矿山带来近2个月的停产损失，所以破碎站不宜移设太过频繁；而不移设又会使汽车运输线路过于冗长，所以合理选取移设次数可以有效降低运输成本。

在破碎站的多次移设过程中，每一次的移设都会给上一次移设和下次移设带来影响，使得汽车的行驶路线和胶带运输的服务范围发生改变。为了简化计算，并且避免多次移设之间带来的影响，本次只研究单次移设所产生的经济影响。多次移设的情况可参考单次移设的模式和结论，有一定的适用性，本文不加讨论。

2.2 破碎站移设步距

破碎站的移设步距即破碎站移设的距离，一般以移动的台阶高度变化量来记量，所以金属矿破碎站的移设步距实质上是破碎站高程的变化。破碎站的移设步距是破碎站移设的具体位置，它直接影响到移设前后成本的变化，所以移设步距的研究是破碎站移设最为关键的一环。

依据式（1），当破碎站移设一次时，移设的基建费用和停产损失已经固定，所以移设步距影响的只是汽车运输及胶带运输的费用，而汽车胶带的运输费用与运量和运距相关，所以研究移设步距之前，要先确定破碎站移设前后，所研究的目标矿体中每一部分的矿石都以何种方式运至哪里，运输方式分配如何？

一般来说，随着矿山的逐年开采，矿石量逐年减少，上部矿石会逐渐被开采掉，下部矿石相对占有比例会比较高，所以未被开采的总矿石块体的质心点按计划应是逐年下降的趋势。为降低成本，破碎站移设应以减少最小运输功为原则，使破碎站尽量靠近被采矿量的质心点，所以破碎站移动的方向理论上应该是配合矿块质心点的下降而逐年下降的，所以破碎站移设方向应是向下移设为宜。

如图1所示，假设破碎站移设至D水平台阶。则D以上采剥计划范围内的矿石（R区域）均在移设前以汽车运输方式运至A标高破碎站；D标高以外范围均应以汽车运输方式将矿石运至移设后处于D点处的破碎站，再由破碎站经由胶带运输运至选厂。所以研究的问题变为R区域以外的部分运费最低问题，求出待采矿块各点分别运至A、D的运费，比较可知移设的合理性。

图1 露天分期开采

但在研究过程中，生产计划不可忽略，而且在计算运输方向上应为主要考虑因素。例如当破碎站移设至D处时，假设下一采剥计划为 DC间的Q区域，那么当R区域以外的矿石部分运至D的总运输成本小于运至A处的总运输成本时，理应按计划运至D处。但该采剥计划（S区域）有可能因为高程矿体较多等因素，使得本采剥计划内的矿石量质心点较高，以致本采剥计划内的矿石如果运至A点处比运至 D点处成本还要低。若如此，那么包含 Q区域在内的采剥计划，应运至A处的破碎站破碎处理，这意味着应将Q区域开采运输破碎结束以后，才移设破碎站至C点较为合理，可节约更多成本，提高经济效益。依据运输原理，考虑被采矿块质心点不断下降的因素，总会从某一个采剥计划开始，之后的运输运至新破碎站运费更低，该采剥计划之前运至A处的运费更低。所以以该采剥计划对应的台阶高度为临界点，此台阶向下的部分才是破碎站可移设的经济范围，此台阶以上的部分若移设只能造成经济浪费，增加成本。

若运往新破碎站D处，在D位置破碎再经由胶带运至选矿厂，则：

若运往旧破碎站A处，从A处将矿石直接运往选厂，则：

考虑到Q处的矿石运往A和D的方向和模式不同，矿石运往A为重载上坡，成本要高于正常平路行驶；矿石运往D为重载下坡，单位成本略低于运往A处的重载上坡，会对成本分析有影响，不可忽略。

依据经验，结合某矿山运输实际情况，可总结出不同运输路况下的运输费用（见表1）。

表1 不同路况下每爬升（下降）1 m吨附加费用

爬升1 m吨附加费用是指汽车上坡时，每提高1 m的海拨高度，在运费中所体现的增加值。汽车运输过程中有坡段路的重载上下坡、也有平台的平路行驶，考虑到坡面距离较长，远长于平路行驶的距离，所以将汽车上坡的整个过程近似的模拟成汽车沿坡面角的坡路一直行驶。

在图1的运输模型中，Q部分为不规则环形，不能用常规方法求运距，只能利用离散切割法，将Q理想切割成无数的规则模块，计算每个模块的质量和运距，再求总和，可求得Q部分运费。

设破碎站移设至D点处的总费用为ZD：

式中，ZD为D点运输总费用；ZR为R部分运输费用；ZQ为Q部分运输费用；ZS为S部分运输费用；为R区域第n个小块体的质量； LRn为R区域第n个小块体的运距；K为汽车行驶不同路况时的成本折算系数；I为汽车单位运输成本； MSn为 S区域第n个小块体的质量； LSn为S区域第n个小块体的运距； MQS为Q区域第n个小块体的质量；为Q区域第n个小块体的运距；L胶为胶带运输的运距；I胶为胶带单位运输成本；t为破碎站移设时间；U为矿山生产能力；V为矿石每吨利润。

式中，ZQD为Q区域矿石运至D破碎站的总运费；为Q区域第n个小块体的质量； LQDn为Q区域第n个小块体运至D破碎站的运距；MQ为Q区域矿石质量；LAD为AD间胶带运输距离。

式中，ZQA为Q区域矿石运至A破碎站的总运费；为Q区域第n个小块体的质量； LQAn为Q区域第n个小块体运至A破碎站的运距。

式中，Z为矿石运至AD两点的运费差值；ZQD为Q区域矿石运至D破碎站的总运费；ZQA为Q区域矿石运至A破碎站的总运费。

2.3 破碎站移设时期的研究

破碎站移设时期是指破碎站移设的时间，一般以年为单位来计量。破碎站的移设时期会影响出矿点的运输方向，进而影响运输成本，它作为破碎站移设的指标之一，应该予以考虑。

破碎站移设时期一般受移设步距直接影响，当破碎站移设步距确定时，矿石的剥离量可通过境界圈求出，再除以每年的生产能力，便可大概求出移设的年份，估算移设时期。

破碎站的移设时期严格来讲无法确定在某一自然年。确定移设步距后，仍有一部分扩帮的区域往上方原破碎站处运输成本较低，综合考虑到这方面因素，破碎站移设时也可以考虑将扩帮的部分处理完后再移设。所以移设的时期＝到达要求移设步距的时间+扩帮部分运输时间。

式中，MR为R的总矿量；MQ为Q的矿量；U为矿石生产能力。

所以破碎站的移设时期一般与生产采剥计划相关联，采剥计划决定移设的时期，移设时期又通过自然年的推移而影响采剥计划的编制，两者互相影响，合理的移设时期与采剥计划想呼应，使运输成本最低。

3 结 论

破碎站移设一般主要考虑移设次数、移设步距、移设时期3个影响参数，这3个参数又主要与运输的价格、运输的路径、矿石量相关，运输的单价、矿山路况、距离等现场的数据直接影响破碎站移设的步距。破碎站移设又受采剥计划的影响和制约，同一矿山不同的采剥计划将使得移设的次数、步距发生根本的变化，所以对移设步距的研究必须综合考虑现场经济情况和生产采剥计划。实际生产中，采剥计划应随着移设步距的确定而相应改变，互相影响，直至找出平衡点使得计划与移设相对合理。本文观点对类似矿山有一定的借鉴意义。