云磷集团露天磷矿山采矿运输工艺研究

李小双，李耀基，王孟来

（1.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南晋宁650600；2.云南磷化集团有限公司，云南晋宁650600；3.中煤国际工程集团沈阳设计研究院有限公司，沈阳110015）

云磷集团露天磷矿山采矿运输工艺研究

李小双1，2，3，李耀基1，2，王孟来1，2

（1.国家磷资源开发利用工程技术研究中心，云南晋宁650600；2.云南磷化集团有限公司，云南晋宁650600；3.中煤国际工程集团沈阳设计研究院有限公司，沈阳110015）

以云南磷化集团有限公司露天磷矿为工程背景，依据露天矿山具体的矿体赋存特征与开采技术条件，在参考国内外类似条件露天磷矿山采矿运输工艺的基础上，对其现有的采矿运输工艺进行了研究，并指出了矿山进入深部开采阶段后需要采用的新的采矿运输工艺。结果表明：1）随着油价、能耗、人工成本以及运输距离的持续增加，单一的汽车间断式运输工艺将逐步被淘汰，机械化、自动化程度更高的半连续、连续以及联合运输工艺是矿山进入深部开采阶段后必然选择的运输工艺。2）随着国家对环境保护要求的愈发严厉，电液驱动的双能源矿车与纯电动矿车是未来采矿运输设备的发展方向。3）采矿运输设备的大型化、数字化、智能化是未来的终极发展方向，也是现阶段采矿运输工艺优化的主要方向。相关结论可为国内外类似条件的露天磷矿山采矿运输工艺的选取与优化提供参考。

露天磷矿山；间断式、半连续、连续以及联合运输工艺；双能源矿车与纯电动矿车

中国磷矿资源禀赋差，不能直接利用的中低品位资源储量高达110亿t。而我国磷矿矿山企业中，大型矿山企业仅占总数的3.85%，中型矿山企业仅占15%，形成“小、多、散”的局面。大多数矿山企业技术进步缓慢，生产装置落后，劳动生产率低［1－4］。大部分小矿山的资源利用率不到40%，每年损失的中低品位磷矿石达1.5亿t，这不仅造成磷矿资源极大的浪费，而且造成矿山生态环境破坏也日趋严重。因此，加强磷矿绿色采矿工艺技术的研究已经迫在眉睫［5－6］。

云南磷化集团作为我国磷矿行业的六大重点骨干企业之一，在磷矿开采、洗选、磷产品的加工方面一直位于国内领先地位。近年来随着矿山露天开采深度的持续增加和浅部高品位磷矿资源的逐步枯竭，公司逐步进入深凹开采阶段，由于开采技术条件的变化和矿岩自然因素的影响，现有的单斗—汽车采矿工艺系统优势逐步丧失，面临着以下难题［7］：

1）转入深部开采后，矿岩力学物理性质发生变化，坚硬矿岩比例增加，采场作业空间尺寸逐渐缩小，新水平准备及开拓运输系统建设困难［7］。

2）随着开采深度的增加，运输距离不断加大，运输条件逐渐恶化，设备效率不断降低，导致矿山生产能力不断下降，矿石成本明显增加［7］。

3）露天矿边坡越来越高。特别是近年来，某些矿山采用并段靠帮工艺来提高其最终帮坡角，边坡稳定性的控制和维护难度加大［7］。

4）人工成本、设备维修与维护费用、能耗与油耗费用、原材料成本、管理运营成本、剥采比的持续增加、土地与林地价格增加以及环保与安全费用持续增加。

因此，如何在资源禀赋条件差、价格受限、成本增加以及化工行业不景气的多重压力下，通过采矿工艺创新、技术革新与完善，对现有的采场运输工艺系统进行完善优化，并研究适合新形势条件下的矿山露天采场新运输工艺系统。相关的研究成果对云南磷化集团有限公司及类似条件下的露天磷矿山具有重要的经济意义。

1 云南磷化集团露天运输工艺现状

1.1 整体特征概况

云南磷化集团有限公司所下属的四大矿山具有矿体厚度较薄、采场分散、作业面移动频繁、地形条件复杂、矿石剥离物坚硬需要爆破作业且剥离量大、排土场空间以内排为主且转换频次高、容量小、空间狭小等基本特点。采场高差不大，绝大部分在100 m以内，汽车运输平均距离绝大部分在3km以内。矿山地处滇池周边地区，外部固定的大空间排土场很难找到且租赁费高，如图1、2所示［8－10］。

1.2 矿山运输工艺参数

云南磷化集团有限公司下属的晋宁磷矿、昆阳磷矿、尖山磷矿、海口磷矿均属于浅埋型露天边坡大型矿山，除晋宁磷矿与昆阳磷矿局部采用固定式胶带外运矿石外，剥离废石与大部分采场矿石采用单一的汽车运输方式。近年来，随着采深增加，开采境界越来越大，剥采比也越来越大，运输距离也逐年增大，特别是在油价迅猛增加的情况下，单一汽车运输成本越来越高，汽车的保养与维修工作量也越来越大，单一公路汽车运输优势正逐步减小。进入深凹阶段的采场参数见表1。

图1 晋宁磷矿6号坑现状Fig.1 The status of No.6pit of Jinning Phosphate Mine

图2 昆阳磷矿2采区现状Fig.2 The status of No.2mining area of Kunyang Phosphate Mine

2 露天磷矿山现有采矿运输工艺评估

汽车、铁路、胶带输送机、斜坡箕斗、索道、架线矿车、露天采矿机运输工艺为当今世界上露天磷矿山的几种主要采矿工艺。总体来讲，露天磷矿山的各类运输工艺具有以下优缺点：

2.1 汽车运输工艺

主要优点：1）机动灵活、调运方便，特别适用于复杂的地形和地质条件；2）爬坡能力强，转弯半径小，可以缩短运距，基建工程量小，基建速度快；3）便于采用就近分散排土场或者高阶段排土场，减少排土用地和提高排土效率，降低排土成本；4）便于采用移动坑线开拓及分期或者分区开采，有利于对不同矿石品种分采分装分运，提高资源回收率；5）道路修筑和养护简单；6）运输工作组织简单，可简化开采工艺，提高采掘效率，个别汽车发生故障不至引起全矿生产中断。

表1 深凹阶段采场参数Table 1 The stope parameters in the deep mining stage

主要缺点：1）由于露天矿道路条件差，加之开采深度的不断加大，燃油价格不断上涨，汽车运输燃油和轮胎消耗量大，维修与保养工作量大，运输成本高，经济合理运输距离较短，一般在3.0km之内；2）受气候影响大，在雨季、大雾、高温和冰雪条件下行车困难；3）汽车运输造成的粉尘与废气对环境影响较大。

2.2 铁路运输工艺

主要优点：1）运输能力大，运量可达5 000～ 8 000万t/a；2）机车车辆和线路坚固耐用，运输工作可靠；3）采用电机车牵引的列车运输过程之中不产生尾气、粉尘等，有利于环境保护；4）吨公里运输成本低，约为汽车运输成本的1/4，约为胶带输送机成本的1/2～2/3，适合于运距超过4～6km的长距离运输；5）运输系统受气候的影响较小。

主要缺点：1）对地形及矿体赋存条件的适应性差，机动性差；2）爬坡能力小、曲线半径大、运输线路长、需要较大展线空间、开拓新水平速度慢；3）线路系统和运输组织工作复杂；4）基建工程量和投资大，建设速度慢，铁路运输系统需要建设多个车站和大型机修场地。

2.3 胶带输送机运输工艺

主要优点：1）运输成本低，仅为汽车运输成本的1/4～1/2，矿岩运距较远时效益更加明显；2）爬坡能力强，运输倾角一般可达18°～20°，大倾角胶带输送机运输倾角可达到35°～60°，可有效缩短矿岩运输距离并减少开挖工作量；3）运输能力大，带宽1.80～2.00m的胶带输送机能力与准轨铁路相当，运输效率可达1万t/h；4）易于实现自动控制，提高劳动生产率；5）不产生废气、粉尘，低噪声，环保。

主要缺点：1）对运输物料的块度和磨蚀性要求严格，输送坚硬矿岩时必须预先破碎，运送含水高、黏性大的矿岩容易出现黏带或者卡带事故；2）单独作为主要运输方式时，机动性差，破碎机移设工序复杂，费用高（1次需要100～300万元）且影响采场生产；3）初期投资大，一般大型矿山一套系统需要上亿元，且运行效率低，任何环节出现问题，整个生产系统都会受影响而停工。

2.4 露天斜坡箕斗运输工艺

主要优点：1）矿岩的提升距离较汽车大幅度缩短；2）大幅缩减扩帮工程量；3）运输周期短，工作量少，运输成本低，仅为汽车运输成本的1/2～3/5；4）基本建设投资小，年运输能力200万t的系统投资小于500万；5）与汽车、铁路运输工艺相比，其经济合理的采场开采垂直深度大幅增大（斜坡箕斗300～450m，汽车200～250m，铁路100～150m）。

主要缺点：1）运输环节多，受采场运输和下部破碎系统影响大；2）上、下卸矿仓结构复杂，所需场地空间较大，上部装载矿仓和汽车卸矿转载站土建工程量大：3）大块岩石来回转载，对箕斗冲击磨损较大，设备维修与保养工作量大，维护费用高；4）箕斗单次提升载质量达40～60t，提升高度大，对工人作业安全性的要求增大，安全投入费用高；5）移设费用高（单次50～100万），且大部分基建工程基本作废。

2.5 索道运输工艺

主要优点：1）对自然地形适应性强，受气候影响小，装、卸设施简单；2）消耗能量少且易于制造。

主要缺点：1）安全性差，安全投入高；运输量小（国内最大100万t/a）；2）大型索道投资巨大（数亿元），基建工程量大，且增加了破碎环节。

2.6 架线矿车运输工艺

主要优点：1）减少了车辆购置和相应司机开支方面的费用，在高油价的时期，用电能代替柴油燃料，节省大量油耗费用；2）使柴油机的寿命增加，自卸车维修保养费用减少，且引擎的噪声、污染排放明显减少。

主要缺点：1）初次投资大、道路灵活性受限制、在维修和改造方面花费高；2）由于架线汽车运行较快且受到架空线的限制，卡车的转弯半径也不应小于200m，灵活性不如常规动力车型。

2.7 露天采矿机运输工艺

主要优点：1）集“穿、爆、碎、采”合一的功能采剥机，结构紧凑，生产能力大，工艺简单，在机器投入生产前不需添加任何基础设施，投资费用低；2）机动灵活，适应性强，采剥机结构紧凑，本身配有动力，只需一人操作，快速投入作业，经营费用低；3）回采率高且准确可靠，可对薄矿层和夹岩的复合矿层进行选采，提高原矿质量，节省选矿费用和岩石的运输费用；4）采用双能源，配套设备灵活，减少了轮胎和履带的磨损。

主要缺点［11］：1）如果进行交替混杂矿床的选采，设备效率将明显下降；2）在采区两端部转弯作业时，设备效率会明显下降，为了降低影响，可加长工作线长度；3）由于不固定的作业地点，较难实现动力系统电气化；4）采矿机如不与输送机配合作业，则将物料破碎成粒度小于300mm会造成额外的能量消耗；5）与相对固定作业地点的工艺系统相比，采矿机工艺系统中卡车或输送机的作业成本有所提高；6）倾角大于15°，矿石硬度f大于8，矿体走向长度为1 000～1 500m时，其实用性大大降低。

3 云南磷化集团露天矿山运输方式分析

1）云南磷化集团有限公司所下属的四大矿山具有矿体厚度较薄、采场分散、作业面移动频繁、地形条件复杂、矿石剥离物坚硬需要爆破作业且剥离量大、排土场空间以内排为主且转换频次高、空间狭小等基本特点，以大型外排土场为基础的胶带输送机工艺虽然在煤矿与金属矿山正大规模推广应用，但在公司矿山的应用具有极大的局限性（前期投资大，移动频繁导致的移设费用高，剥离物的破碎成本增加较大，外部固定的大空间排土场很难找到且租赁费高），不适合公司矿山实际［12］。

2）由于国内外索道运输的废石或者矿石量局限在30～100万t/a，加之其适用于采场高差超过120～150m的大型山坡地形条件，受制于运输能力问题以及采场高差较小等因素，索道运输方式目前暂不考虑，不适合公司矿山实际。

3）受制于地形及矿体赋存条件复杂多变及适应性差等因素，铁路运输方式目前暂不考虑，不适合公司矿山实际。

4）受制于目前燃料电池成本过高、充放电技术尚未成熟，加之投资巨大，用电动力矿车代替目前液压柴油矿车，现阶段尚不能实现。

5）受制于目前机械刀具直接切割磷矿硬岩消耗过高及机械本身价格过高等因素制约（成本为现有工艺系统的2倍，达到40元/m3），汽车—露天采矿机这一工艺系统现阶段尚不能在公司硬岩矿山中实现。

6）受制于相关防滑与自控技术尚未解决及投资过大等因素制约，矿车整车提升系统工艺目前尚不能实现。

7）云南磷化集团有限公司露天矿山采矿运输工艺系统优化现阶段可行性的途径有如下两种：汽车设备大型化与大型箕斗—汽车联合运输。

4 结论

1）以大型外排土场为基础，以单斗—移动式破碎站—胶带输送机—移动式胶带排土机为代表的连续作业的采矿工艺系统与单斗—汽车—固定或者半固定式破碎站—胶带输送机—半移动式胶带排土机或者汽车为代表的半连续作业的采矿工艺系统，虽然在煤矿与金属矿山正大规模推广应用，但在云磷集团及类似条件的磷矿山的应用具有极大的局限性，现阶段暂不考虑。

2）受制于运输能力问题以及采场高差较小等因素，索道运输方式目前暂不考虑。受制于地形及矿体赋存条件复杂多变及适应性差等因素，铁路运输方式目前暂不考虑。受制于目前燃料电池成本过高、充放电技术尚未成熟，用电动矿车代替目前液压柴油矿车，现阶段尚不能实现。受制于目前机械刀具直接切割磷矿硬岩消耗过高及机械本身价格过高等因素制约，汽车—露天采矿机现阶段尚不能实现。鉴于相关防滑技术尚未解决及投资过大等因素制约，矿车整车提升系统工艺目前尚不能实现。汽车—大型斜坡箕斗联合运输方式、单一汽车运输方式成为当前技术经济条件下适用于公司运输方式仅有的两个可能选项。

［1］李小双，李耀基.我国磷矿资源开采现状及其展望［C］//2012年中国矿业科技大会.济南，2012：20－23.

［2］中国化学矿业协会土地调研组 .我国重要化工矿产国土资源调查评价需求分析研究［R］.北京：中国化学矿业协会，2010.

［3］李耀基，李小双，张东明 .磷矿山深部矿体地下开采技术［M］.北京：冶金工业出版社，2013.

［4］李耀基，李小双，黄 滚 .大型露天磷矿山露天转地下开采技术研究［M］.重庆：重庆大学出版社，2011.

［5］北京中经企研投资咨询有限公司调研组.2011年－2015年中国磷矿及磷化工行业研究报告［R］.北京：北京中经企研投资咨询有限公司，2010.

［6］李小双 .露天转地下开采露天边坡稳定性与地下采场覆岩变形破坏特征研究［D］.重庆：重庆大学，2010.

［7］周伟 .露天矿矿用汽车自驱动整车提升系统研究［D］.沈阳：东北大学，2006.

［8］李小双，李耀基，王孟来 .用不同采矿方法开采深部磷矿体的地压规律模拟［J］.采矿技术，2014，4（2）：41－43，88.

［9］李小双，李耀基，王孟来 .云南昆阳磷矿深部矿体开采技术研究［J］.有色金属（矿山部分），2014，66（4）：22－25.

［10］李小双，李耀基，王孟来.不同开采矿层数目深部磷矿体地下开采矿压活动规律的FLAC3D数值模拟研究［J］.有色金属（矿山部分），2014，66（1）：14－17.

［11］袁光明.石灰石露天采剥机开采技术研究［D］.武汉：武汉理工大学，2011.

［12］李小双，李耀基，王孟来，等 .我国露天磷矿山采矿工艺发展方向［C］//2013年中国矿业科技大会论文集.南京，2013： 51－53.

Study on mining transport process of the open－pit phosphate mine of Yunnan Phosphate Chemical Group Co.，LTD

LI Xiaoshuang1，2，3，LI Yaoji1，2，WANG Menglai1，2
（1.National Engineering Research Center of Phosphate Resources Development and Utilization，Jinning Yunnan 650600，China；2.Yunnan Phosphate Chemical Group Co.，LTD，Jinning Yunnan 650600，China；3.Shenyang Design and Research Institute，China Sino－Coal International Engineering Group，Shenyang 110015，China）

Taking the open－pit phosphate mine of Yunnan Phosphate Chemical Group Co.，LTD（YPC）as engineering background，its mining transport process was studied on the basis of the ore body characteristics and the specific conditions of mining technology，combined the mining transport process of the domestic and similar foreign surface phosphate mines.The results show that：1）With the continue increasing of oil prices，energy consumption，labor cost and the transportation distance，the single car intermittent transportation process will gradually be eliminated，while the continuous and semi－continuous combined transport process with higher degree of mechanization and automation will be carried out in the deep mining stage.2）Along with the national requirements on environmental protection is increasingly severe，electric－hydraulic dual－energy tramcar and pure electric tramcar are the future development direction of mining transportation equipments.3）Large scale，digitization and intelligence are the ultimate direction of mining transportation equipment in the future，which is also the main direction of mining transport process optimization.Related research could provide technical and theoretical guidance for the selection and optimization of process mining transportation in similar open phosphorus mines at home and abroad.

open－pit phosphate mine；intermittent，semi－continuous，continuous and combined transport process；dual－energy and pure electric tramcar

TU 871

A

1671－4172（2015）05－0022－05

“十二五”国家科技支撑计划项目（2011BAB08B01）；云南省科技领军人才计划项目（2014HA014）

李小双（1983－），男，高级工程师，博士，采矿工程专业，主要从事磷矿资源高效开采方向的研究与管理工作。

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.05.006