架线式电动轮矿卡应用案例投资与回报分析
文摘
2024-12-07 14:47
浙江
在露天矿山生产的运输工序中，机械传动矿卡具有机动灵活性好、周转速度快、爬坡能力强等优点，成为露天矿山的主要运输工具， 但随着露天矿山采剥标高下降、排土场标高的上升、废土运距和高差增加，其运行速度下降，制约生产效率，因此改变原有机械传动方式，采用电传动方式运输成为露天矿山降本增效的重要手段之一。云南水资源丰富，是产电大省，用电成本低，供电系统能满足生产需要，结合某金属露天矿山道路现状，通过选择部分路段开展架线式电动矿卡试验，对架线式矿用卡车运营的经济性进行了横向比较，对其应用前景进行分析论证，为后期运输方式改革创新提供决策依据。该矿区矿体走向南北，矿区长约4000m，矿区面积约2平方公里，采场属以山坡为主的露天采场，境界范围内台阶标高860~1410m，地面地形的特 点是北高南低，坡度12°~37°，采用陡帮+缓帮作业相结合的采剥工艺。矿区年剥离量1500~1700万m3/a，现开拓运输系统为公路开拓汽车运输和公路汽车-破碎机-带式 输送机联合开拓运输系统。矿石通过45~55t公路重卡分别运至露天采场粗碎站和选厂，废石通过100~150t矿卡运至东土场和南加排土场，胶带运输系统运输量500万 m3/a。东部排土场位于采场东部，标高在 830~950m，距采场边缘约910m；南加排土场场地自 然标高592~660m，与露天采场最近直线距离约2.58 km。矿区生产主要采用高土低排形式开展，其运输 成本见表1。 （1）燃油成本高。随着柴油价格上涨，矿用卡车 动力单耗上升，生产成本增加（表2）。 （2）出勤率低。矿区现有矿用卡车发动机为康明斯进口发动机，维修配件需从国外采购，采购周期长达6~9月；发动机随着使用年限增加，部分故障需报外修，来回维修时间近3~6月，严重影响生产效率。电能直接从变电站通过架空接触网传输，来驱动矿卡的电动轮马达，直接利用网路电能，其动力强劲，可以大幅度提高矿卡的工作效率及降低运行成本，从而减少了能源消耗。架线式矿用卡车采用双动力模式，架线式辅助供电启动力矩大。依据架线式矿用卡车运行特点（图1），结合生产现状，遵循平路、下坡路段通过柴油发动机动力做功，上坡路段采用架线式供电运输原则，以采场底部标高910m为设备运行起点，优化矿区具备架线式电车运行路线。现矿区排土点及矿石供应点分别需运至东部排土场、新田进料口、1065旋回破碎口、大坪进料口、金竹山车间进料口，从而选定采场至1065旋回破碎路段及970m大坪运矿路段运输路线，如图2 所示本次试验采用120~150t架线式电动轮矿卡，双车道路面有效宽度20m，道路横坡小于5%， 道路纵坡大于10%；路面采用细粒级大理岩进行3层铺垫压实，安全挡墙宽度4m。架空线路运输系统包括铁塔、智能真空断路器、 绝缘线、牵引变电站、支柱、支持拉线、水平拉杆、接触悬挂、接触线、受电弓、纯电驱动刚性矿用自卸车、 变压器、充电桩、充电枪组成。供电系统由10 kV线路提供电力。架线通过铁塔与牵引变电站连接变压器及充电桩，牵引变电站一侧设置有支柱，支柱顶端设置有支持拉线及支持装置，接触线通过接触悬挂安装在支持装置上，牵引变电站与接触线连接，接触线下方的纯电驱动刚性矿卡驾驶室顶端设置有受电弓。依据架线式电动轮汽车在上坡路段采用外部电力驱动电动轮，下坡路段采用发动机发电驱动，双动力运行模式。根据架线式电动轮汽车的特点，结合矿区采场至各卸载点工况，对试验路段布置电动轮架线系统。 （1）试验路段1：南部路堤（958m）—大坪堆场路 段（986 m），长275m，坡度10%。路段主要负责大坪选厂矿石运输，年运输量约32万m3。 （2）试验路段2：东帮1020平台—1065旋回破站 路段，长527m，坡度10%。路段主要负责采场矿石与废石由采场运往1065旋回坡及金竹山废石资源供 应，年运输量约320万m3。电动轮架线路段长802m，主要投资包括线路设备、材料及施工费720万元，具体见表3。现拥有电动轮矿卡8台，受电系统改造100万元/台（车受电系统改造所发生的费用），试验车辆4台（2台为企业试用车辆），故本次实际新增投入费用200万元， 总投入成本为720+200=920万元。本次不考虑设备折旧、人工等相关费用，架线式运输道路两段合计802m，对机械轮与架线式辅助系统运行单位成本数据对比，两者运行成本比较见表4。架线式重载上坡较柴油矿卡运输节约1.94元/m3。 依据生产进度，通过架线式合计运输废石量320 万m3，矿石量32万m3。新增投资为920万元，节约单位成本2.60-0.19=2.41元/m3.km。年运输废石量320万m3，年节约成本为 320×0.527×2.41=406万元。年运输矿石量32万m3，年节约成本32×0.275×2.41=21万元。矿区通过设置275m+587m架线道路供矿卡爬坡，新增设备投资920万元，投资回收期2.16a，回本后每年为矿山节约运输成本427万元，项目投资回报率较为可观。 结合矿山生产现状，开展了802m架线式矿用车试验路段，通过试验得出架线式重载上坡较普通柴油运输节约1.94元/m3，年创效427万元。通过实施矿卡电动化改造不仅能够降本增效，还可减排降碳，取得较好的经济效益和社会效益。该矿区属山坡露天矿，采用陡帮开采，受矿区工作面推进、爆破等因素影响，矿区运输线路处于变动过程中，而架线式矿用卡车的运行需路面相对固定，故如何优化架线式路段与生产采剥工作推进的结合是下一步工作的重点。项目中未对路面维护、设备维护费保养、电气技术人员培养等成本进行分析，需进一步论证；架线式 矿用卡车上坡过程中采用架线式辅助，电动轮动力增加，提升了运行速度和生产效率，减少矿用卡车运行数量。本次未开展对机械轮、电动轮运输能力分析和对比，后续需进一步论证。
