露天開采工藝選擇的量化分析計(jì)算法研究

范正祥

(中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120)

在露天開采設(shè)計(jì)中，比選開采工藝一般步驟是先計(jì)算系統(tǒng)總投資，再計(jì)算相應(yīng)工藝的生產(chǎn)成本，然后按投資回收期來分析工藝系統(tǒng)的合理性和優(yōu)越性。本文提出的量化分析計(jì)算法是基于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法的基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)成本的計(jì)算進(jìn)一步數(shù)字化并按不同的環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)劃分和計(jì)算，以便縮小理論計(jì)算與實(shí)際生產(chǎn)中的誤差，達(dá)到給業(yè)主推薦真正合理和最優(yōu)方案的目的(由于爆破環(huán)節(jié)中針對(duì)不同工藝的爆破方案基本一樣，所以在工藝方案比較內(nèi)容中省去了爆破環(huán)節(jié)內(nèi)容)[1-9]。

1 計(jì)算方法

1.1 投資計(jì)算

1.1.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)投資計(jì)算法

傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)投資計(jì)算法是計(jì)算采掘、破碎、運(yùn)輸、排土和輔助這五個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備的單項(xiàng)投資后累加求和，得到工藝系統(tǒng)的總投資。

式中，Tt為系統(tǒng)總投資，萬元；ti為第i種設(shè)備的單價(jià)，萬元；mi為第i種設(shè)備的數(shù)量，臺(tái)。

1.1.2 量化分析投資計(jì)算法

采用量化分析計(jì)算法計(jì)算投資時(shí)，先用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)投資計(jì)算法求出總投資，再根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)能力折算到單位投資(即每立方米投資)，以便更準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用公式如下：

式中，Tu為折算到系統(tǒng)能力單位投資，元/m3；Tt為系統(tǒng)總投資，萬元；Q為系統(tǒng)生產(chǎn)能力，萬m3/a。

1.2 成本計(jì)算

1.2.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)成本計(jì)算法

按經(jīng)驗(yàn)取采掘、破碎、運(yùn)輸和排土的單位生產(chǎn)費(fèi)用(輔助設(shè)備發(fā)生的費(fèi)用估算到這四個(gè)環(huán)節(jié)中去)，累加后乘以系統(tǒng)生產(chǎn)能力得到生產(chǎn)成本。

C=(Cm+Cc+Cv+Cd)·Q

式中，C為系統(tǒng)年生產(chǎn)成本，萬元/a；Cm為采掘單價(jià)，元/m3；Cc為破碎單價(jià)，元/m3；Cv為運(yùn)輸單價(jià)，元/m3；Cd為排土單價(jià)，元/m3；Q為系統(tǒng)生產(chǎn)能力，萬m3/a。

1.2.2 量化分析成本計(jì)算法

各工藝環(huán)節(jié)按設(shè)備樣本的具體參數(shù)查得其具體功率，根據(jù)不同設(shè)備的單位功率小時(shí)油耗或小時(shí)電耗量、結(jié)合油價(jià)和電價(jià)可計(jì)算每臺(tái)設(shè)備的動(dòng)力費(fèi)，再根據(jù)設(shè)備配置的人員可計(jì)算人工工資，最后依據(jù)《煤炭建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》相關(guān)內(nèi)容計(jì)算出材料費(fèi)、修理費(fèi)和設(shè)備折舊費(fèi)等各項(xiàng)費(fèi)用，對(duì)每臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)費(fèi)用進(jìn)行累加得到單臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)成本，所有設(shè)備成本累加即得總生產(chǎn)成本。

式中，Cu為系統(tǒng)單位生產(chǎn)成本，元/m3；fi為第i種設(shè)備的小時(shí)生產(chǎn)費(fèi)用，元/h。

fi計(jì)算公式為：

fi=(Pi·ki·ξi)·j+(χix+χiz+χic)·ti+fir

式中，pi為第i種設(shè)備的功率，kW；ki為第i種設(shè)備運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷率，主要采運(yùn)排設(shè)備取75%，輔助設(shè)備取60%；ξi為第i種設(shè)備的單位功率能耗指標(biāo)，油驅(qū)動(dòng)設(shè)備單位為L(zhǎng)/kW，電驅(qū)動(dòng)設(shè)備該值取1；j為項(xiàng)目所在地的油價(jià)或電價(jià)，元/L(或元/度)；χix為小時(shí)維修費(fèi)率，%(運(yùn)輸設(shè)備取χix=4%/h，其他設(shè)備取χix=2.5%/h，h為系統(tǒng)年作業(yè)小時(shí)數(shù))；χiz為小時(shí)折舊費(fèi)率，%(χiz=85%/H，H為設(shè)備壽命小時(shí)數(shù))；χic為小時(shí)材料費(fèi)率，%(運(yùn)輸設(shè)備取χic=4%/h，其他設(shè)備取χic=2.5%/h)；ti為第i種設(shè)備的單價(jià)，元；fir為小時(shí)人工費(fèi)，元(對(duì)應(yīng)司機(jī)薪酬與系統(tǒng)作業(yè)小時(shí)數(shù)的比值)；mi為第i種設(shè)備的數(shù)量，臺(tái)；qi為系統(tǒng)小時(shí)生產(chǎn)能力，m3/h。

2 計(jì)算實(shí)例

廣匯淖毛湖露天礦煤層緩傾斜賦存，無復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，達(dá)產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)規(guī)模為500萬t/a，剝采比3.5m3/t，年度剝離量1750萬m3，靠近地表部分的剝離物為第四系，適宜于生產(chǎn)中復(fù)墾利用；下部剝離物可就近內(nèi)排；對(duì)于中部剝離物每年約520萬m3工程量，從技術(shù)角度上分析，既可采用單斗—卡車工藝開采(卡車運(yùn)距約2.3km)，又可采用單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝開采。由于采用工藝的不同，其生產(chǎn)能力略有差異。本文針對(duì)中部剝離物，采用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法和量化分析計(jì)算法兩種，分別進(jìn)行投資和成本計(jì)算如下。

2.1 各工藝系統(tǒng)的投資計(jì)算

2.1.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)投資算例

傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法和量化分析計(jì)算法的總投資計(jì)算方法相同，兩種方法都是與設(shè)備廠商詢價(jià)或是收集多個(gè)招投標(biāo)項(xiàng)目的設(shè)備采購價(jià)格信息為基礎(chǔ)，以單價(jià)乘以設(shè)備數(shù)量后再累加計(jì)算總投資。

單斗—卡車工藝系統(tǒng)投資組成很簡(jiǎn)單，分為單斗挖掘機(jī)(電鏟或液壓挖掘機(jī)等)、自卸卡車和推土機(jī)，經(jīng)優(yōu)化設(shè)備規(guī)格并計(jì)算各環(huán)節(jié)設(shè)備數(shù)量后，算得投資總額為14394.81萬元，具體投資見表1；單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝系統(tǒng)投資為電鏟、自移式破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)、輸送帶橋、排土機(jī)、履帶車和推土機(jī)等，經(jīng)優(yōu)化設(shè)備規(guī)格并計(jì)算各環(huán)節(jié)設(shè)備數(shù)量后，算得投資總額為25028.25萬元，具體投資見表2。

表1 單斗—卡車工藝投資構(gòu)成

表2 單斗—自移破碎機(jī)工藝系統(tǒng)投資構(gòu)成

2.1.2 量化分析投資算例

該方法計(jì)算投資時(shí)，由于工藝方案的差異會(huì)引起各系統(tǒng)生產(chǎn)能力變化，因此，該方法需折算到生產(chǎn)能力的單位投資。經(jīng)計(jì)算，單斗—卡車工藝總投資為14394.81萬元，系統(tǒng)生產(chǎn)能力為525萬m3/a，單位投資為27.42元/m3；單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝投資為25028.25萬元，系統(tǒng)能力為520萬m3/a，單位投資為48.13元/m3。

2.2 各工藝系統(tǒng)成本計(jì)算

2.2.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法成本算例

設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算成本，一般是借鑒現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中不同礦的不同環(huán)節(jié)綜合費(fèi)用，按經(jīng)驗(yàn)取單位立方米采掘費(fèi)用、破碎費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、排土費(fèi)用等，再乘以工程總量后進(jìn)行累加。采用單斗—卡車工藝時(shí)，物料無需破碎，直接由卡車運(yùn)往外排土場(chǎng)排棄，成本計(jì)算見表3；采用單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝時(shí)，則物料需破碎至滿足帶式輸送機(jī)運(yùn)輸粒度要求，再由帶式輸送機(jī)運(yùn)往排土場(chǎng)后由排土機(jī)排棄，其成本計(jì)算見表4。

表3 單斗—卡車工藝成本計(jì)算

表4 單斗—自移破碎機(jī)工藝成本計(jì)算

2.2.2 量化分析法成本算例

根據(jù)實(shí)例的生產(chǎn)條件，上部靠近地表部分的剝離物因復(fù)墾等需要直接由自卸卡車運(yùn)輸和利用；深部剝離物大部分實(shí)現(xiàn)內(nèi)排；對(duì)于中部剝離物(約520萬m3)可以采用不同方案開采。由于開采工藝不同，設(shè)備的作業(yè)效率也存在差異，為達(dá)到不同方案比選數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，量化分析計(jì)算法按各工藝中設(shè)備能力充分發(fā)揮為前提，計(jì)算配套設(shè)備不為整臺(tái)時(shí)保留一位小數(shù)，最終成本全部折算成每立方米的對(duì)應(yīng)值，以利于方案對(duì)比。

該方法成本計(jì)算原則：設(shè)備成本計(jì)算中選取的材料費(fèi)、折舊費(fèi)、修理費(fèi)等費(fèi)率及相關(guān)參數(shù)取自《煤炭建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》；卡車及推土機(jī)耗油的油價(jià)取當(dāng)?shù)夭裼蛢r(jià)格8.37元/kg；電價(jià)按當(dāng)?shù)貎r(jià)格0.509元/(kW·h)；油脂、潤(rùn)滑油等消耗計(jì)入材料消耗成本中；考慮當(dāng)前社會(huì)發(fā)展水平，操作司機(jī)平均工資取10萬元/a。

小時(shí)電費(fèi)按設(shè)備功率乘以負(fù)荷率再乘以電價(jià)得到；小時(shí)油費(fèi)按設(shè)備馬力數(shù)乘以不同設(shè)備的單位馬力小時(shí)耗油指標(biāo)再乘以負(fù)荷率再乘以油價(jià)得到；相同工種的設(shè)備負(fù)荷率取相同值；本方法比選中采掘及運(yùn)輸設(shè)備的負(fù)荷率均取75%；輔助設(shè)備取60%；各設(shè)備年作業(yè)時(shí)間參照實(shí)際情況計(jì)算并取值。

1)單斗—卡車開采工藝成本分析和計(jì)算。采場(chǎng)中部剝離物采用單斗—卡車工藝開采時(shí)，剝離物主要通過出入溝運(yùn)往外排土場(chǎng)排棄，經(jīng)分析，本礦采用單斗—卡車工藝的最優(yōu)設(shè)備配置方案為斗容11m3挖掘機(jī)配載重91t自卸卡車。在挖掘機(jī)能力充分發(fā)揮的前提下，采用兩臺(tái)套系統(tǒng)可完成525萬m3開采任務(wù)，對(duì)應(yīng)的運(yùn)距為2.3km。經(jīng)計(jì)算，需配備斗容11m3挖掘機(jī)2臺(tái)，91t自卸卡車10.1臺(tái)，380HP推土機(jī)3臺(tái)，其開采成本為7.65元/m3。詳細(xì)計(jì)算見表5。

表5 單斗—卡車工藝成本計(jì)算表

2)單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝成本分析和計(jì)算。剝離物用單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝開采時(shí)，最優(yōu)設(shè)備配置為斗容20m3電鏟配能力3500t/h的自移式破碎機(jī)。經(jīng)優(yōu)化及計(jì)算，該系統(tǒng)能力為520萬m3/a，需配置斗容20m3電鏟1臺(tái)，能力3500t/h的自移式破碎機(jī)1臺(tái)，帶寬1600mm的帶式輸送機(jī)總長(zhǎng)度4732m，臂長(zhǎng)55m(25+35)的工作面轉(zhuǎn)載機(jī)1臺(tái)，端幫處55m長(zhǎng)的輸送帶橋1臺(tái)，能力3500t/h的ARs-1600(35+40) 排土機(jī)1臺(tái)，履帶車1臺(tái)，380HP推土機(jī)2臺(tái)(帶移設(shè)頭)。由于履帶車、輸送帶移設(shè)機(jī)等輔助設(shè)備僅在帶式輸送機(jī)移設(shè)時(shí)才作業(yè)，作業(yè)時(shí)間較少，本次計(jì)算時(shí)按其實(shí)際時(shí)間進(jìn)行全年攤薄計(jì)算，具體結(jié)果見表6。

表6 單斗—自移式破碎機(jī)工藝成本計(jì)算表

2.3 方案比選

2.3.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法比選

由表1和表2結(jié)果可知，單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)方案多投資10633.44萬元，再由表3和表4可計(jì)算出后者每年能節(jié)省成本693.1萬元，靜態(tài)投資回收期為15.3a，按經(jīng)濟(jì)角度分析其投資回收期過長(zhǎng)，單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝不占優(yōu)勢(shì)。

2.3.2 量化分析計(jì)算法比選

在本礦達(dá)產(chǎn)時(shí)的開采條件下，采用單斗—卡車工藝的單位(生產(chǎn)能力)投資為27.42元/m3，單位剝離物生產(chǎn)成本為7.65元/m3；而采用單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)系統(tǒng)的單位(生產(chǎn)能力)投資為48.13元/m3，單位剝離物生產(chǎn)成本為8.54元/m3?？梢?，在本礦達(dá)產(chǎn)年運(yùn)距2.3km的條件下，單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)系統(tǒng)在投資和成本方面均不占優(yōu)勢(shì)。分析原因，是在本礦運(yùn)距較近的條件下，無形中增加了破碎、轉(zhuǎn)載等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，至使后者生產(chǎn)成本也不占優(yōu)勢(shì)。因此，本礦條件推薦采用單斗—卡車工藝的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更明顯。

3 結(jié) 論

通過上述分析，雖然傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法也否定了自移式破碎機(jī)半連續(xù)系統(tǒng)方案，但其計(jì)算數(shù)據(jù)相對(duì)比較粗略，其計(jì)算結(jié)果中成本仍占優(yōu)勢(shì)，而事實(shí)上，龐大而復(fù)雜的半連續(xù)系統(tǒng)投運(yùn)以后，經(jīng)過分環(huán)節(jié)詳細(xì)計(jì)算，其成本也高于前者。因此，傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法計(jì)算結(jié)果誤差較大，結(jié)果也因人而異，而量化分析計(jì)算法考慮了所有細(xì)節(jié)影響因素，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。希望設(shè)計(jì)文件中廣泛借鑒或采納量化分析計(jì)算法比選不同開采工藝，以便給業(yè)主提供真實(shí)可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，為企業(yè)最終決策工藝方案提供可靠依據(jù)。