露天矿运输方案比选方法

露天矿运输方案比选方法露天矿运输方案比选方法 邓瑞杰 王忠鑫 李慧智 中煤国际工程集团沈阳设计研究院 辽宁 沈阳 110015 摘要 通过分析我国露天矿常用的运输方式的投资与运营成本的组成 列出其对应的现金流量表示意图 从而进行各 方案的净现值比较 来确定在技术条件允许的前提下 经济效果最好的露天矿运输方案 关键词 露天矿 运输 现金流 净现值 中图分类号 TD216 文献标识码 A The selecting method of open pit mine transportation DENG Rui jie WANG Zhong xin LI Hui zhi Shenyang Design and Research Institute of China Coal Technology transportation cash flow net present value 引言引言 对某一露天矿而言 在技术可行的前提下 其运输方案往往是有多种选择的 我们要确定一个露天 矿的最优运输方案 有多种比选方法 但采用动态经济评价指标来进行比较和确定是最可靠的 通常 对于较简单的运输系统 在投资水平相当的前提下 采用平均单位运输成本作为评价指标即可满足比选 要求 不需考虑资金的时间价值 但对于复杂的运输系统方案 则需同时对动态指标即流出的净现值进 行比选 以净现值最小的方案 作为推荐方案 本文以国内普遍采用的卡车运输工艺和卡车 半移动破 碎站 带式输送机 排土机工艺 以及工作面自移式破碎站 带式输送机 排土机工艺作为例子 给出 方案比选的方法 由于露天矿的设备选型是相互影响的 当采掘或卡车选型发生变化时会相应影响与之 相关的设备选型及相关配套工程 并最终影响露天矿的投资与运营成本 为了分析方便 本文假定运输 方案的变化对采掘和排土设备的影响是微小的 可忽略的 1 1 卡车运输方案的投资与运营成本卡车运输方案的投资与运营成本 1 11 1 卡车运输方案的投资卡车运输方案的投资 卡车运输方案的投资主要包括卡车设备购置 运输 安装 调试等费用 记为P卡车 同时也包括辅 助设备的购置 运输 安装 调试等费用 记为P辅助 则我们可以设定卡车运输方案的总投资为 P卡车总 P卡车 P辅助 收稿日期 作者简介 邓瑞杰 1987 男 助理工程师 2011 年于中国矿业大学本科毕业 现从事露天煤矿设计工作 1 21 2 卡车运输方案的运营成本卡车运输方案的运营成本 这里以单台卡车为研究对象 分析其年直接运营成本 1 2 1 单台卡车的年燃油消耗费用 C卡车 1 q1 V油耗 T卡车 k 1 式中 C卡车 1 单台卡车年油耗费用 元 q1 燃油价格 元 L V油耗 单台卡车小时耗油量 L h T卡车 单台卡车年工作小时数 h k 单台卡车年工作时间利用系数 1 2 2 单台卡车的年维修保养费用 对卡车的维修保养是卡车正常生产的重要条件 所需费用也是成本的重要组成部分 单台卡车的年 维修保养费 C卡车 2 P单台卡车 K卡车 1 2 式中 C卡车 2 单台卡车的年维修保养费 元 P单台卡车 卡车单台总购置费 元 K卡车 1 单台卡车年维修费用系数 1 2 3 单台卡车的年材料消耗费用 1 2 3 1 单台卡车的年辅助油耗费用 辅助油耗主要是指各种润滑油脂 液压油等消耗 一般与燃油的消耗有一定的比例关系 C卡车 31 C卡车 1 K卡车 2 3 式中 C卡车 31 单台卡车年辅助油耗费用 元 K卡车 2 辅助油耗费用系数 1 2 3 2 单台卡车的年轮胎消耗费用 矿用 V 型卡车的轮胎一般都较昂贵 且订货周期长 轮胎消耗费用的多少与矿山公路的质量及岩石 的硬度有关 一般将此条件分为 3 种情况 有利条件 轮胎寿命 3000 4000h 一般条件 轮胎寿命 2000 3000h 不利条件 轮胎寿命 1500 2000h 卡车轮胎年消耗费用 C卡车 32 C轮胎 T卡车 k G轮胎 4 式中 C卡车 32 单台卡车轮胎年消耗费用 C轮胎 卡车轮胎更换费用 元 G轮胎 卡车轮胎寿命 h 1 2 3 3 单台卡车的年车厢衬板消耗费用 车厢衬板的消耗 主要来自于装车中的物料冲击 运行中的承载和卸车中的磨损 其成本与卡车单 价 卡车年工作量以及衬板质量相关 C卡车 33 P单台卡车 Q台年 K卡车 3 5 式中 C卡车 33 单台卡车的年车斗钢板消耗费用 元 Q台年 单台卡车的年运输能力 t K卡车 3 车厢衬板消耗费用的经验系数 综上 则单台卡车的年材料消耗费用可表述为 C卡车 3 C卡车 31 C卡车 32 C卡车 33 1 2 4 单台卡车的年工资成本 这项成本设为C卡车 4 按我国常用的三班工作制分析 一般 1 台卡车需配备四名司机 其工资福利待 遇与露天矿所在地标准相关 1 2 5 单台卡车对应的道路养护费用 本费用参照有色金属工业矿山剥离工程预算定额 取矿山养护的单位费用为 0 08 元 吨公里 C卡车 5 0 08 Q台年 L卡车 6 式中 L卡车 卡车运输物料的平均运距 km 1 2 6 单台卡车对应的辅助设备的年运营管理费用 这个项费用和辅助设备价格有关 通常按下式计算 C卡车 6 P辅助 K辅助 1 7 式中 C卡车 6 单台卡车的辅助设备的年运营管理费用 元 K辅助 1 辅助设备的运营管理费用系数 N 卡车数量 台 综上所述 则卡车运输方案的直接运营成本可以表述为 C卡车总 C卡车 1 C卡车 2 C卡车 3 C卡车 4 C卡车 5 C卡车 6 2 2 半移动破碎站 带式输送机方案的投资与运营成本半移动破碎站 带式输送机方案的投资与运营成本 2 12 1 半移动破碎站 带式输送机方案的投资半移动破碎站 带式输送机方案的投资 由于本工艺属于综合工艺方案 因此其购置费应包含卡车运输方案部分 破碎站环节的投资包括破 碎站的购置 运输 安装 调试等费用 记为P半移动 带式输送机环节的投资包括胶带的购置 运输 安装 调试等费用 记为P1 胶带 工作面卡车部分的投资参见 1 1 卡车运输方案的投资 其投资记为 P半卡车 则半移动破碎站 带式输送机方案的总投资为 P半移动 胶带总 P半移动 P1 胶带 P半卡车 2 22 2 半移动破碎站 带式输送机方案的运营成本半移动破碎站 带式输送机方案的运营成本 由于本工艺属于综合工艺方案 因此其运输部分的运营成本包含工作卡车和端帮半移动破碎站 带 式输送机两部分 卡车部分的成本计算方法参见 1 2 卡车运输方案的运营成本 记为 C半卡车总 2 2 1 半移动破碎站 带式输送机方案的年维修费用 C半移动 胶带 1 P半移动 胶带总 K半移动 胶带 1 8 式中 C半移动 胶带 1 半移动破碎站 带式输送机方案的年维修费用 元 K半移动 胶带 1 半移动破碎站 带式输送机方案的年维修费用系数 2 2 2 半移动破碎站 带式输送机方案的用电消耗 C半移动 胶带 2 q2 P功率 T半移动 胶带 K半移动 胶带 2 9 式中 C半移动 胶带 2 半移动破碎站 带式输送机方案的用电消耗费用 元 q2 电费 元 度 P功率 半移动破碎站 带式输送机方案的总功率 kW T半移动 胶带 半移动破碎站 带式输送机方案的年工作小时数 h K半移动 胶带 2 半移动破碎站 带式输送机方案的用电消耗系数 2 2 3 半移动破碎站 带式输送机方案的年材料消耗费用 C半移动 胶带 3 P1 胶带 T半移动 胶带 G胶带 P1 托辊 T半移动 胶带 G托辊 C辊齿 10 式中 C半移动 胶带 3 半移动破碎站 带式输送机方案的年材料消耗费用 元 G胶带 胶带的使用寿命 h P1 托辊 对应托辊的购置费用 元 G托辊 托辊的使用寿命 h C辊齿 破碎机中辊齿的年消耗费用 元 2 2 4 半移动破碎站 带式输送机方案的年移设费用包括破碎站和胶带的移设 我们设为C半移动 胶带 4 2 2 5 半移动破碎站 带式输送机方案的年工资成本 本成本与设备定员数和工种相关 每位员工的工 资及福利待遇与露天所在地标准相关 我们可以将年工资成本设为C半移动 胶带 5 则半移动破碎站 带式输送机方案的年直接运营成本为 C半移动 胶带总 C半移动 胶带 1 C半移动 胶带 2 C半移动 胶带 3 C半移动 胶带 4 C半移动 胶带 5 C半卡车总 3 3 自移式破碎站自移式破碎站 带式输送机方案的投资与运营成本带式输送机方案的投资与运营成本 3 13 1 自移式破碎站 带式输送机方案的投资自移式破碎站 带式输送机方案的投资 自移式破碎站环节的投资包括自移式破碎站的购置 运输 安装 调试等费用 记为P自移式 带式 输送机环节的投资包括胶带的购置 运输 安装 调试等费用 记为P2 胶带 则自移式破碎站 带式输送 机方案的总投资为 P自移式 胶带总 P自移式 P2 胶带 3 23 2 自移式破碎站 带式输送机方案的运营成本自移式破碎站 带式输送机方案的运营成本 3 2 1 自移式破碎站 带式输送机方案的年维修费用 C自移式 胶带 1 P自移式 胶带总 K自移式 胶带 1 11 式中 C自移式 胶带 1 自移式破碎站 带式输送机方案的年维修费用 元 K自移式 胶带 1 自移式破碎站 带式输送机方案的年维修费用系数 3 2 2 自移式破碎站 带式输送机方案的用电消耗 C自移式 胶带 2 q2 P功率 T自移式 胶带 K自移式 胶带 2 12 式中 C自移式 胶带 2 自移式破碎站 带式输送机方案的用电消耗费用 元 q2 电费 元 度 P功率 自移式破碎站 带式输送机方案的总功率 kW T自移式 胶带 自移式破碎站 带式输送机方案的年工作小时数 h K自移式 胶带 2 自移式破碎站 带式输送机方案的用电消耗系数 3 2 3 自移式破碎站 带式输送机方案的年材料消耗费用 C自移式 胶带 3 P2 胶带 T自移式 胶带 G胶带 P2 托辊 T自移式 胶带 G托辊 C辊齿 13 式中 C自移式 胶带 3 自移式破碎站 带式输送机方案的年材料消耗费用 元 G胶带 胶带的使用寿命 h P2 托辊 对应托辊的购置费用 元 G托辊 托辊的使用寿命 h C辊齿 破碎机中辊齿的年消耗费用 元 3 2 4 自移式破碎站 带式输送机方案的年移设费用主要来自于胶带移设 我们设为C自移式 胶带 4 3 2 5 自移式破碎站 带式输送机方案的年工资成本 本成本与设备定员数和工种相关 每位员工的工资 及福利待遇与露天所在地标准相关 我们可以将年工资成本设为C自移式 胶带 5 则自移式破碎站 带式输送机方案的年直接运营成本为 C自移式 胶带总 C自移式 胶带 1 C自移式 胶带 2 C自移式 胶带 3 C自移式 胶带 4 C自移式 胶带 5 4 4 卡车数量的确定卡车数量的确定 当露天矿完成剥采比均衡后 根据年产量便可确定逐年剥离量 即我们可以给定一个年产量Q年 如 果再给定一个综合运距L卡车以后 我们便可以确定出卡车的数量 Q台年 14 年 吨 卡车卡车 kkT 21 t V 式中 T卡车 卡车年工作小时数 h V卡车 卡车车厢容积 m3 物料容重 t m k1 卡车年工作时间利用系数 k2 卡车车箱容积利用系数 t 卡车工作一次循环时间 h 则我们可以通过以下关系式求出卡车的数量 N Q年 Q台年 K在籍 15 式中 K在籍 卡车在籍系数 N 卡车数量 台 5 5 破碎站 带式输送机系统规模的确定破碎站 带式输送机系统规模的确定 关于破碎站 包括半移动和自移式 的规模 当给定年能力Q年以后我们便可以通过相关算式确定破 碎站需要的小时总能力 并根据设备制造水平和露天矿开采台阶数 确定单台破碎站的能力 对于带式 输送机 当给定Q年后 需根据物料的运输距离 胶带 松散系数及不均衡系数等综合确定带式输送机的 带宽 带速和带长等参数 6 6 技术经济评价技术经济评价 从露天矿的角度而言 设备的投资以及运营成本在现金流里属现金流出 因此 哪一种运输方案的 净现值越小 则意味着其现金流出量越小 则方案越优 净现值的求解公式 F A A1 1 r 1 A2 1 r 2 An 1 r n An1 1 r n 16 式中 F 方案现金流净现值 元 A 逐年的现金流量 元 r 社会贴现率 n 对应的现金流年度序数 6 16 1 卡车运输方案卡车运输方案 图 1 卡车运输方案现金流量示意图 本方案物料运输完全由卡车来完成 初期由于设备购置 有较大的现金流流出 接下来的现金流出 来自于卡车运输的直接运营成本 并且随着工程位置的变化 运距的变化等因素 会导致卡车直接运营 成本逐年变化 随着生产的进行及设备折旧年限的到来 期间还会发生因设备更新而出现的现金流出 并因设备淘汰残值而发生小幅现金流入 则其现金流量示意图如图 1 所示 其净现值可以表述为 n i ni i i ACNPF 残值卡车总卡车总卡车 r1r1 1 6 26 2 半移动破碎站 带式输送机方案半移动破碎站 带式输送机方案 图 2 半移动破碎站 带式输送机方案现金流量示意图 本方案由卡车 半移动破碎站 带式输送机完成 在初期较大的现金流出来自设备购置 在目前制 造水平下 通常本方案的这个现金流出要明显高于卡车运输工艺的现金流出 以后的现金流出主要来自 于本方案的直接运营成本 由于本方案工作面以外的运输使用了 以电代油 设备 用消耗电代替消耗 油 从而运营成本会降低 随着生产的进行工程位置到达一定的位置后 需要对破碎站进行移设 通常 此时会产生出一次比平常增加较多的现金流出 最后有小量来自于设备残值的现金流入 其现金流量示 意图如图 2 所示 其净现值可以表述为 n i ni i i ACPF 残值胶带总半移动胶带总半移动胶带半移动 r1r1 1 6 36 3 自移式破碎站 带式输送机方案自移式破碎站 带式输送机方案 图 3 自移式破碎站 带式输送机方案现金流量示意图 本方案完全取消了卡车运输 带式输送机直接铺设于工作面 在现有设备制造水平下 本运输方案 在初期也有较大的现金流出 尤其是自移式破碎机主要来自于国外厂商 因此 初期投资较大 而后由 于全部采用电力作为能源 所以运营成本较低 现金流出量较小 最后有一定的现金流入来自于设备的 残值 则其现金流量示意图如图 3 所示 其净现值可以表述为 n i ni i i ACPF 残值胶带总自移式胶带总自移式胶带自移式 r1r1