基于露天煤矿剥离定额的设备选型经济性研究

孙建荣

(国家能源集团 神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特 026000)

随着我国能源转型深入推进，火电装机增速放缓，常规水电和抽水蓄能电站建设如火如荼，核电项目稳步重启，以光伏、风电为代表的新能源项目得到了快速发展，电力行业进入深度调整期[1]。电煤占煤炭消费比重约60%。能源的供给的变化使煤炭行业的市场竞争更为激烈[2]。降低生产成本是增强市场竞争力的重要抓手。剥离及采煤是露天煤矿的主要工作，因此，降低剥离及采煤成本是控制露天煤矿生产成本的关键。本文通过分析《煤炭工业露天剥离工程综合预算定额》(简称《定额》)相应子目，深入探索电铲(或液压反铲)、自卸卡车、推土机等设备选型对露天煤矿剥离及采煤成本的影响，进而寻求降低露天煤矿生产成本的途径[3，4]。

1 剥离及采煤成本与设备选型的关系

单斗—卡车开采工艺是露天煤矿常用的开采工艺，该工艺采用电铲或液压反铲开挖、自卸卡车运输、推土机摊平等将压覆在煤层上的土方开挖并外运到排土场，进而实现煤层的开采。煤炭生产通过电铲开挖、自卸卡车运输，将煤炭运送到破碎站的受煤坑，破碎后输送到储煤仓装车外销[5，6]。

土方剥离、煤炭开采及运输等设备的选型，通常是业主根据可行性研究报告、初步设计中给定的设备型号进行采购，而设计院通常是根据开采规模、开采效率等因素进行设备选型，经济性是根据项目投资、生产成本、煤炭市场售价等因素进行项目整体经济效益评估，一般不单独进行设备选型的经济性比较。对于采取外委剥离、开采的模式，设备的选型通常由承包商根据工作任务和业主要求，结合自身及社会设备拥有情况来确定，通常也不进行设备选型经济性分析[7，8]。

为了充分了解露天煤矿剥离及采煤成本对生产成本的影响，笔者分析了S露天煤矿2011年到2014年的生产成本，剥离及采煤成本约占吨煤完全成本的75%，该部分成本主要包括电铲(或液压反铲)、自卸卡车、推土机等设备的折旧费、修理费、燃料动力费、人工费等。而折旧费、修理费、动力燃料、人工费等又直接受所选设备的品牌、价格、功率、油耗等参数影响，因此露天煤矿采剥设备选型直接影响着露天煤矿剥离及采煤成本[9，10]。

2 采剥设备经济性测算依据

本文主要依据《定额》进行露天煤矿采剥设备经济性测算，《定额》由中国煤炭建设协会组织，各煤炭工业工程造价管理站会同相关建设、设计、施工等单位编制，并由国家能源局发布的计价标准，列出了如下工作的定额单价子目：不同斗容电铲(液压反铲)开挖不同硬度土石方，不同载重量自卸汽车运输不同运距、不同硬度土石方，不同功率推土机平整不同硬度土石方。定额单价子目中包含了相应设备的折旧费、修理费、动力燃料、人工费、安装拆除及场外运输费用等，这些费用综合反映了设备原价、设备油耗及维修成本等指标，这些指标正是设备选型时应该考虑的参数。因此依据《定额》测算各种型号挖掘设备、运输设备、场平设备的经济性是可行的[11，12]。

3 设备选型经济性

3.1 挖掘机

依据《定额》的电铲、液压反铲定额子目，分别对各种斗容的电铲(或液压反铲)开挖不同硬度土石方的开挖单价进行分析，进而结合煤矿土石方硬度、煤矿规模及相关条件来选择经济性较好的电铲(或液压反铲)(图1)。

图1 液压反铲及电铲采装单价

从图1可以看出，随着土石方硬度的增加，设备间经济性差距逐渐增大，但总体方向是一致的。斗容15m3的电铲始终最经济，只是随着硬度的增加，与相近斗容的电铲单价差距增大；因此在选购电铲时优先选斗容15m3的电铲；如果煤矿规模比较大，对设备功率、效率要求比较高的情况，可选用斗容较大且相对经济的49m3的电铲。

3.2 自卸卡车

自卸卡车的经济性受土石方硬度、运距、重车上坡、重车下坡等因素影响，可以结合各种情况进行经济性综合分析，进而依据单价曲线优先选择总体较为经济的自卸卡车。

3.2.1 自卸卡车经济性与运距的关系

依据《定额》的自卸卡车运输定额子目，对不同载重量的卡车根据运距不同分别列出运输单价进行分析(图2)。

图2 卡车运输土石方不同运距单价

从图2可以看出，随着运距的增加，卡车间经济性差距幅度逐渐增大，但总体方向是一致的。30t自卸卡车始终最经济，载重量较高的卡车中154t、185t自卸卡车相对比较经济。

3.2.2 自卸卡车经济性与土石方硬度的关系

为了便于分析，选择3.5km运距工况开展卡车经济性与土石方硬度关系的分析，依据《定额》的自卸卡车运输定额子目，列出各种载重量卡车在不同土石方硬度条件下的运输单价进行分析(图3)。

图3 卡车运输土石方运距3.5km的单价

从图3可以看出，随着土石方硬度的增加，卡车间经济性差距幅度也逐渐增大，但总体方向也是一致的。30t自卸卡车始终最经济，载重量较高的卡车中154t、185t自卸卡车相对比较经济。

3.2.3 自卸卡车经济性与重车上坡的关系

依据《定额》的自卸卡车重车上坡定额子目，分别列出各种载重量卡车在不同土石方硬度条件下重车上坡的运输单价进行分析(图4)。

图4 运土石方重车上坡1m的单价

从图4可以看出，随着土石方硬度的增加，重车上坡的经济性差距幅度也逐渐增大，但总体方向也是一致的。15t自卸卡车始终最经济，30t卡车的经济性稍次之，载重量较高的卡车中220t、236t自卸卡车相对比较经济。平地运输有经济优势的154t、185t自卸卡车上坡情况相对落后，因此卡车的选型要结合煤矿的具体情况进行综合分析。

3.2.4 自卸卡车经济性与重车下坡的关系

为了便于分析，依据《定额》的自卸卡车重车下坡定额子目，柴油消耗量按照预算价(4.67元/L)折算为定额单价，然后分别列出重车下坡不同土石方硬度的运输单价(元/1000m3)进行分析(图5)。

图5 重车下坡1m单价

从图5可以看出，重车上坡的运输单价受卡车载重量变化影响不是太大，随土石方硬度变化虽有所变化，但总体变化也不大。同时由于重车下坡情况较少，且单价偏低，对总体采剥价格影响较小。重车下坡是减项，因此单价越高越经济，在卡车选型时结合煤矿实际将其作为一项影响因素进行综合分析。

3.2.5 自卸卡车经济性综合分析

为了综合分析自卸卡车的经济性，结合核准规模为2000万t的S露天煤矿2020年采煤方案，自卸卡车的运距为3.5km，重车上坡12m，重车下坡8m。按照图3—图5计算综合单价，然后分析自卸卡车的综合经济性(图6)。

图6 卡车运输综合单价分析

由图6可以看出，随着土石方硬度的增加，卡车运输综合经济性差距也逐渐增大，但总体方向也是一致的。30t自卸卡车仍是最经济的；载重量较高的卡车中154t自卸卡车相对比较经济，结合S露天煤矿的实际选择154t自卸卡车是比较经济的。因此在选购自卸卡车时，一定要结合煤矿规模及相关条件，设定运输方案，按照运输方案编制综合单价，然后根据综合运输单价由低到高选择自卸卡车。

3.3 推土机

依据《定额》的推土机排弃土石方定额子目，对各种功率推土机根据土石方硬度不同分别列出平整土石方进行分析(图7)。

图7 推土机排弃土石方单价

从图7可以看出，随着土石方硬度的增加，推土机经济性差距幅度逐渐增大，但总体方向也是一致的。功率P≤90HP、P≤165HP、P≤688HP三种型号的推土机比较经济。因此在选购推土机时结合露天煤矿的规模及相关条件，按单价从低到高进行选择即可。

3.4 露天煤矿设备选型的经济性综合分析

采掘设备、运输设备、土石方平整设备的选型要根据露天煤矿的规模及开采方案进行科学选择。首先要根据矿坑开采、运输的工作面，按照核准规模核算可以选择的电铲斗容、自卸卡车载重量、推土机功率的选型范围；其次要结合相关条件及设备经济性科学组合电铲斗容、自卸卡车载重量、推土机功率的搭配方案，使开采、运输、平整等工序相协调，保证电铲、自卸卡车、推土机均能满负荷运行，减少设备空闲时间，提高设备工作效率及经济性；第三，对设计的搭配方案依据《煤炭工业露天剥离工程综合预算定额》计算综合单价，进行经济综合分析(见表1、图8)[13，14]。

表1 开采方案

图8中经济性最佳的方案1设备规格型号偏小，与煤矿规模可能不够匹配，方案3应该是最佳选型方案。这样既保证了所选设备满足露天煤矿的产量规模和开采方案，又保证了电铲、自卸卡车、推土机之间的科学搭配，还保证了设备选型的经济性。

图8 综合开采方案经济性分析

4 设备选型对露天煤矿经济效益影响

为了更好地体现设备选型对露天煤矿效益的影响，本文结合S露天煤矿的实际情况进行比较分析，S露天煤矿自有主要挖掘设备为WK-35电铲，主要运输设备为220t自卸卡车，主要平地设备为D10T(580HP )履带推土机，也就是表1中方案4的配置，2020年计划土方剥离量7900万m3，计划煤炭产量2000万t。

从图8中数据可以看出方案1最经济，但结合S露天煤矿实际，本文选用配置相近的方案3与其(方案4)进行对比，褐煤容重按1.15t/m3计算，褐煤硬度按f<3计算，计算直接费后依据《煤炭建设工程费用定额及造价管理有关规定》调整了人工、材料、机械价差，并进行了取费，计算结果是方案3所选设备比S露天煤矿自有设备(方案4)一年节约生产成本31004万元，吨煤节约生产成本15.5元/t(见表2)。如果按照最经济的方案1与不经济的方案5比较，方案1比方案5一年节约生产成本76715万元，吨煤节约生产成本38.36元/t。因此，开展露天煤矿采剥设备选型经济性分析对节约生产成本有较大的经济意义[15，16]。

表2 方案经济性对比分析

5 结 语

首先，本文根据露天煤矿的核准规模及开采方案，列出该矿开采、运输、平整可选择设备的规格型号范围，即列出电铲选型及斗容范围、自卸卡车选型及载重量范围、推土机选型及功率范围等；其次，依据《煤炭工业露天剥离工程综合预算定额》，结合煤矿土石方硬度、运距、上坡、下坡等不同工况套用不同定额子目，分别填写各种型号挖掘机挖方单价表、各种工况各种型号自卸汽车的运输单价表、各种型号推土机平整单价表，自卸汽车运输还要综合各种工况编制综合单价表，然后利用数据图表法分别对比分析开采、运输、平整等不同型号设备的经济性；第三，根据露天煤矿设计开采方案，结合煤矿实际工况数据，将不同规格型号设备组合出几种比较可行的设备组合方案，然后利用第二步数据按照设备组合方案分别编写开采、运输、平整的综合价格表，形成各设备组合方案的综合单价，借助数据图表进行经济性对比分析，最终根据分析结果选出最经济的设备组合方案。

本文重点从开采、运输、平整等工序进行相应设备选型的经济性分析，用该方法也可结合露天煤矿的实际对其他工序的设备进行选型经济性分析。依据《煤炭工业露天剥离工程综合预算定额》开展露天煤矿采掘设备、运输设备、平整设备选型的经济性分析，符合价值工程原理，对露天煤矿科学开展设备选型、合理控制生产成本具有重要经济意义。为了有效控制露天煤矿生产成本，在露天煤矿基建期设备选型前不仅要进行设备技术性能的调查研究，还要进行全面的经济对比分析，进而确保项目投产后以较低的生产成本在激烈的市场竞争中获得长久生存。