曾冰勇，杨向乐，王文韬，闫国斌，刘洪波，赵婷钰

（1. 中广核铀业发展有限公司，北京 100029；2. 北京格致思通科技有限公司，北京 100016；3. 北京安托系统集成有限公司，北京 100007）

0 引言

露天矿山运输车辆的安排是影响矿山运输能力的重要因素，也是降低运输成本、提高矿山经济效益的重要举措[1]。对于露天矿山而言，随着开采深度的不断增加，运输距离和运输周期逐渐变长，所需的运输能力也将随之变大，故需及时提升矿山的运输能力，以满足矿山的产能需求[2]。目前，对于露天矿运输汽车需求量估算、露天矿生产车辆安排以及露天矿铲车合理配套等问题研究的较多，刘浩洋等[2]运用运筹学中的目标规划方法，建立车辆调度优化模型，利用LINGO软件编程计算得出结果；张可能[3]提出利用多元回归的方法可为矿山车辆需求设计和车辆管理提供有效的解决办法；孙效玉等[4]提出了满足各种矿岩配车需求的通用车流规划数学模型，并讨论了露天矿运输设备与物料不同匹配关系下的应用差别；朱立勋等[5]基于总运距最小且出动卡车数量最少，利用现有车辆运输获得最大产能的两个假设条件下分别构建数学模型，并求出该数学模型的近优解；宿维军[6]基于计算机代数系统Maple的强大功能，用数学实验方法，逐步落实生产计划中的车辆安排；朱明等[7]采用计算机模拟方法，通过建立模拟模型，开发计算机程序，求解露天矿采场运输系统中电铲、汽车的数量配比。上述研究对于露天矿中的运输车辆需求分析方法虽多，但在适用条件上都具有一定的局限性，无法全面考虑车辆需求分析过程中的多因素影响。

MineSched是达索公司Geovia品牌所包含的一款能够根据产能和质量等目标进行长期、短期计划编制的软件[8]，该软件中的Haulage功能模块可在综合考虑路况条件、道路坡度、季节变化、设备效率等多因素影响下，真实模拟矿山实际物料运移的轨迹，并快速输出每个排产周期内所需卡车的数量。在行驶速度模拟方面，该软件还支持最高限速、速度与轮缘牵引力特性曲线（以下简称为“速度曲线”）的应用，并考虑季节、天气、环境等因素对道路滚动阻力系数的影响，故用户可根据道路的实际状况设置合理的滚动阻力系数，以便更加真实地模拟矿山运输实际状况。此外，用户也可以根据自身的实际需求输出任意周期内卡车工作小时数、平均运输距离、TKM（吨千米）、平均运输速度等，为矿山的运输成本、燃油消耗等指标的计算提供基础输入。

1 矿山背景

纳米比亚某露天铀矿是一座年剥采总量超1亿t的大型露天铀矿，现有电动轮自卸卡车30台，包含小松960E-2K卡车26台、北重NTE260卡车4台，其中，26台小松960E-2K卡车用于各采场内矿石和废石的运输，4台北重NTE260卡车主要用于储矿堆至破碎站之间矿石的二次倒运。根据该矿山原排产设计方案，在开采至一定深度后应增设电架线辅助系统来提升矿山的运输能力，以满足矿山的产能需求。但该矿山实际生产时并未按照原设计要求增设电架线辅助系统和增购相应的卡车数量，而是通过引进新的采矿承包商来弥补该矿山的运输能力缺口，目前已引进了2家采矿承包商，产能占比为30%左右（承包商有自身独立的运输系统）。随着开采深度的逐渐加深，如该矿山不再继续新增卡车设备和调整当前采矿承包商产能的情况下，现有运输能力能否满足全生命周期内的产能要求需进行全面测算和评估，故对该矿山来说，准确获取全生命周期内所需卡车的数量，及时评估现有卡车设备所具有的运输能力，并结合矿山实际经营策略，提出对应的解决建议，是保证该矿山持续稳定生产的重要任务。

2 软件功能与参数

结合纳米比亚某露天铀矿山全生命周期排产的基础信息，包括资源模型、采选能力、供矿品位、工作日历等，在MineSched软件中设置相应的分期采场、储矿堆、水冶厂、排土场等，真实模拟该矿山物料运移网络，构建全生命周期排产方案，再通过MineSched软件中Haulage模块功能开展该矿山全生命周期内卡车数量的需求分析和计算。

2.1 Haulage模块关键参数分析

2.1.1 车型与载重

该矿山用于采场内矿岩运输的卡车型号为小松960E-2K，根据《小松电动轮自卸卡车设备手册》数据，小松960E-2K卡车的出厂自重为249 t，额定载重327 t，但对于矿山实际运营的卡车来说，因车体上会沾有泥土和碎石，并且车辆的磨损面和易损坏的地方都已用钢板加固，故空车的实际自重往往会大于出厂车辆自重[3]。卡车的有效载重通常可通过载重利用系数进行计算，且对于矿、岩运输设备的载重利用系数一般不小于0.90～0.95[9]。该矿山属于在产矿山，为准确获取该矿山小松960E-2K卡车的载重信息，结合该矿山卡车历年载重的实际数据进行分析统计，以获得更贴近矿山生产实际的有效载重，以及通过实际称重方式获得空车自重数据，统计结果见表1。

表1 小松960E-2K卡车历年有效载重及自重统计Table 1 Payload and truck weight of Komatsu 960E-2K truck单位：t

2.1.2 卡车的可动率、实动率、作业效率

设备效率是保证矿山实现采矿生产任务的关键指标，为了准确地获取该矿山卡车的可动率、实动率、作业效率（以下简称“三率”）数据，对该矿山小松960E-2K卡车在2015—2021年期间“三率”数据进行统计分析，结果见表2。

表2 小松960E-2K卡车历年“三率”数据统计结果Table 2 Availability, utilization, efficiency of Komatsu 960E-2K truck over the years单位：%

2.1.3 装载时间、卸载时间及排队等待时间

装载时间、卸载时间以及排队等待的时间是卡车在循环作业过程中面临随机变化的时间参数，为准确获取该三项参数，将根据该矿山2019—2021年内所记录的运输时间数据以季度为单位进行统计分析，获得该矿山小松960E-2K卡车历年的平均装载时间、卸载时间以及排队时间，见表3。

表3 小松960E-2K卡车历年装载/卸载/排队等待时间统计Table 3 Loading, unloading, queuing time of Komatsu 960E-2K truck over the years单位：min

2.1.4 滚动阻力系数与速度

因该矿山的运输道路整体情况良好，且几乎无雨季，参考《小松电动轮自卸卡车设备手册》提供的不同道路下的滚动阻力系数取值见表4，故该矿山道路的滚动阻力系数取值为2.0%。

表4 不同路况下的滚动阻力系数取值参考表Table 4 Rolling resistance based on road conditions

根据运输道路坡度和滚动阻力系数分别计算出卡车在上坡和下坡时的总阻力系数，再结合图1的速度曲线分别计算出重车上坡、重车下坡、空车上坡、空车下坡的行驶速度，结果见表5。根据该矿山卡车速度管理要求，最高速度不超过40 km/h，即表5中计算出来的速度超过40 km/h的路段全部按40 km/h取值。

图1 小松960E-2K卡车速度与轮缘牵引力特性曲线Fig. 1 Travel and brake performance curves of Komatsu 960E-2K truck

表5 小松960E-2K卡车重车/空车上下坡速度Table 5 Truck uphill and downhill speed of Komatsu 960E-2K truck

2.2 Haulage模块功能应用

2.2.1 添加道路

在MineSched软件中导入该矿山所有分期采场内的斜坡道、地表道路、排土场道路的路线，常用Surpac的线文件表示，可以在Surpac软件中根据采场、地表道路以及排土场设计文件绘制获得。然后根据运输实际，分别在采场斜坡道出口处添加出口点（Pit point）和排土场道路入口处添加入口点（Fill point），如图2所示。

图2 运输道路添加及出入口点设置Fig. 2 Haul roads and haul points setting

2.2.2 路线匹配及限速设置

因各采场内的矿石和废石自装车后，从采场内运输至破碎站、储矿堆、排土场等地的路线，在实际运输过程中是错综复杂的，即使是同一个分期采场内的矿石和废石的运输路线，也会随开采深度的变化而发生改变，从而导致整个露天矿山内的物料运移将面临复杂的路线匹配问题，然而“Automatic routes”功能是MineSched2023版软件在道路模拟上新增的一大亮点功能，该功能可快速高效地解决物料运移路线匹配的问题，只需把物料运移的起点和终点进行设置，软件会根据“物料运移的运距最短”为原则自动选择对应的运输路线，从而大大提高了物料运移路线匹配设置的效率和准确率。此外，在路线匹配设置完毕后，可根据矿山运输卡车速度管理要求，在软件中对各运输路线设置最高限速为40 km/h，路线匹配和限速设置如图3所示。

图3 物料运输路线自动匹配及限速设置Fig. 3 Automatic routes and speed limit setting

2.2.3 卡车参数设置

关于卡车参数的设置主要包括卡车型号、空车自重、有效载重、可动率、实动率、作业效率、装载时间、卸载时间、排队等待时间、行驶速度等，为尽可能结合小松960E-2K卡车的动力性能，准确模拟车辆在各运输道路上行驶的速度，将在软件中应用速度曲线来模拟卡车在各运输道路上行驶的速度。结合上述参数选值，在软件Haulage>Trucks选项卡中设置卡车参数，结果显示如图4所示。

图4 卡车参数设置Fig. 4 Truck haulage parameters setting

2.2.4 滚动阻力系数设置

滚动阻力是用于卡车计算上坡和下坡所受阻力的参数，根据软件的设计要求，用户可根据不同道路类型的实际情况设置合理的滚动阻力系数，同时还可以考虑因季节、天气、环境等其他任何因素的影响而导致道路滚动阻力系数发生改变时，均可在软件中通过不同时间设置不同的滚动阻力系数，以达到更加真实地模拟矿山的运输实际。为简化运输道路上滚动阻力系数的设置，对于所有运输道路上的滚动阻力系数在全生命周期内均按2%取值，设置结果显示如图5所示。

图5 道路类型及滚动阻力参数设置Fig. 5 Road types and rolling resistance parameters setting

3 结果分析

通过MineSched软件计算后，即可获得该矿山全生命周期内所需的卡车数量，如图6所示，该矿山在前11个排产周期内，整体的车辆需求在37～43辆之间，随后因矿山整体的剥采总量开始逐年下降，故矿山的车辆需求也开始逐年减少，直至开采完毕。此外，图6中也动态显示了各分期采场在每一个排产周期内所需卡车的数量，为精准预测和评估该矿山在每一个排产周期内的运输能力提供了可靠的数据支撑。

图6 全生命周期内所需卡车数量柱状图Fig. 6 Bar chart of the number of trucks required during life of mine

因该矿山自有设备产能占矿山总产能的70%，承包商产能占比30%，自有卡车数量的需求将按全生命周期内所需卡车数量的70%进行计算，各周期内自有卡车数量的需求见表6。由表6可知，该矿山在1～3个周期内的卡车需求数量为26辆，与当前矿山已有的卡车数量相同，因此在前3个排产周期内暂时不存在运输能力缺口。但在4～10个排产周期内所需要的卡车数量比矿山现有的卡车数量多，因此在4～10个排产周期都存在运输能力的缺口，建议在4～10个排产周期内可以适当提高当前承包商的产能比例，或者再增购新的卡车，以弥补自身的运输能力缺口。

表6 全生命周期内卡车数量需求明细表Table 6 Truck number requirements during life of mine单位：辆

4 结 语

结合纳米比亚某露天铀矿山全生命周期排产的基础信息，在MineSched软件中构建全生命周期排产方案，利用软件中的Haulage模块功能对全生命周期内的车辆需求进行计算分析，快速精确地获得了全生命周期内的卡车数量，并结合现有卡车数量和采矿承包商现有产能的分配，对全生命周期内的运输能力进行测算和评估，对运输能力缺口提出了应对建议，显示了MineSched软件用于露天矿车辆需求分析的精准性和优越性。尤其对于大型分期开采露天矿来说，一旦出现产能调节、分期接续调整、供矿策略改变等，都会导致矿山运输能力需求的改变，如利用MineSched软件结合矿山实际经营需求构建不同参数的排产方案，即可快速准确获得对应方案下的车辆需求数量，求解效率高，且能动态显示每个排产周期内所需卡车的数量，以便矿山能够及时了解各排产周期内的车辆需求，为矿山整体的车辆安排以及卡车数量的采购提供决策依据。

此外，利用MineSched软件分析露天矿全生命周期内卡车的数量，最大的亮点在于该软件可结合矿山实际生产数据，构建贴近矿山实际生产的排产方案，在真实模拟矿山物料实际运输路线轨迹的同时，还综合考虑了路况条件、道路坡度、季节变化、设备效率等多因素影响，以此为基础开展卡车数量需求的分析，可以大大提高矿山全生命周期内车辆需求计算的精准度，为矿山运输能力的预测和评估提供有利保障。