礦山行業(yè)在發(fā)展過程中有時會出現(xiàn)階越式變革。

礦業(yè)與人類文明一樣古老。在石器時代，手工開采燧石來制作工具。到青銅時代，為了追求石材和金屬的美艷，礦業(yè)得到了較大的發(fā)展。錫和銅熔制成青銅，用于制作武器；大理石用于建筑，而銀和金一度被大量用于商業(yè)和貿(mào)易，雖然開采量前所未有，但依舊是手工開采。礦業(yè)得以有組織地發(fā)展是通過投入大量人力，有些礦山使用了成千上萬的奴隸[1]。然而，早在一世紀(jì)，出現(xiàn)了一次階躍式的轉(zhuǎn)變：羅馬人發(fā)明了利用水力的大規(guī)模采礦方法。這種技術(shù)被稱為沖刷找礦法，即用水沖洗掉覆蓋層，以暴露出金屬礦脈。然后，淬冷加熱的石頭，通過冷熱沖擊使之碎裂。十七世紀(jì)，黑火藥的發(fā)現(xiàn)終于迎來了爆破采礦的時代[2]。

直到二十世紀(jì)初，廢石和礦石運(yùn)輸仍然采用雙手、水、手推車、馬車和軌道礦車。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明帶來了礦業(yè)的又一次重大變革，即我們今天所知的運(yùn)輸卡車的發(fā)展。

運(yùn)輸?shù)挠袡C(jī)發(fā)展

近100年來，運(yùn)輸卡車一直是礦業(yè)的支柱。從上世紀(jì)20年代的6噸級卡車[3]已發(fā)展到如今400多噸級的巨無霸。這些卡車具有令人難以置信的靈活性和龐大體積。我們都是伴隨著沙坑中的Tonka卡車玩具和臥室中的LEGO?自卸卡車玩具長大成人的。大學(xué)教我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)和規(guī)劃使用卡車。

但是卡車也非常低效，其一半的工作時間為空載，100噸自重消耗燃油，并且需要人工駕駛。曾幾何時，輪胎比諺語中母雞的牙齒更稀缺；而且當(dāng)油價達(dá)到每桶100美元時，我們?nèi)A麗的卡車開始失去光芒。傳統(tǒng)的卡車運(yùn)輸占到采礦運(yùn)營成本的50-60%。燃油不會永遠(yuǎn)停留在今天的低價格，且卡車輪胎限制了運(yùn)輸距離或能力。卡車運(yùn)輸正在并將愈發(fā)昂貴。

下一場變革

近年來，礦山行業(yè)的商品價值呈現(xiàn)明顯的負(fù)增長趨勢。采坑越來越深、礦石品位越來越低，投入成本不斷增加。因此，行業(yè)正在探索新的低成本采礦方法，尋找新的設(shè)備系統(tǒng)、方法和技術(shù)。傳統(tǒng)的卡車運(yùn)輸在許多礦山正陷入困境。

現(xiàn)在，有一種應(yīng)對這些“大趨勢”挑戰(zhàn)的解決方案：減少對作為主要運(yùn)輸方式的卡車的依賴。利用皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)V物或廢石可實(shí)現(xiàn)顯著節(jié)省，約達(dá)15-35%，有時會更多[4]。這主要得益于運(yùn)輸能效的提高以及維護(hù)保養(yǎng)和勞動力成本的降低。

例證

讓我們以一個年礦石運(yùn)輸量為1000萬立方米的礦山為例，運(yùn)輸距離為3公里，即往返6公里，約需20分鐘。完成這一工作，可能需要利用兩臺350噸挖掘機(jī)和12輛140噸卡車，每年運(yùn)行5800小時。此外，還需要多臺灑水車和平地機(jī)維護(hù)道路，以及一些推土機(jī)來維護(hù)卸料和清理礦坑。

如果該礦山采用全移動式解決方案和同規(guī)格挖掘機(jī)，來運(yùn)輸相同體積的物料，這個系統(tǒng)可以包含1臺2000tph移動式破碎機(jī)/雙齒輥，例如美卓LT160E（兩側(cè)各配1臺挖掘機(jī)），將其連接于1臺Lokolink鉸接式移動輸送機(jī)，以將物料轉(zhuǎn)運(yùn)至一臺可移動的皮帶輸送機(jī)。1臺斜皮帶輸送機(jī)將來自第二個工作面的輸送機(jī)和可移動輸送機(jī)的物料轉(zhuǎn)運(yùn)出礦坑。2公里長距離輸送機(jī)將物料運(yùn)輸至廢料堆，然后利用1公里長移動式輸送機(jī)將物料喂入堆料機(jī)。此外，還需要推土機(jī)和其他設(shè)備，以移動輸送機(jī)和進(jìn)行清理。考慮到輸送機(jī)移動所需的額外時間，這個方案假設(shè)每年運(yùn)行5200小時。

比較這兩個方案，以亞洲國家的典型能源和勞動力成本計(jì)算，采場內(nèi)破碎與輸送(IPCC)解決方案可節(jié)省運(yùn)行成本約20%或每噸運(yùn)行成本低0.25歐元，包括7年內(nèi)利率為7%的融資成本。對于投入成本較高的國家，IPCC甚至更具成本效益。

這是一筆巨大的成本節(jié)約。

圖1所示為這兩個方案的成本比較。盡管有破碎或篩選物料的額外成本，但是與運(yùn)輸上節(jié)省的金額相比就不在話下了。IPCC方案的公用設(shè)施成本也更低，特別是用于道路維護(hù)保費(fèi)用的降低。

圖1：廢料輸送的傳統(tǒng)卡車運(yùn)輸(CTH)與全移動式(IPCC)解決方案的比較（按工作類別繪制）。

每座礦山的成本投入、采場幾何形狀、物料特性、巖性、設(shè)備和采礦目標(biāo)均不相同，但本例著重介紹IPCC在實(shí)現(xiàn)運(yùn)營成本重大變革方面的潛力。

變化與挑戰(zhàn)

輸送機(jī)并非一個新發(fā)明。1892年Thomas Robins[5]就開發(fā)出了用于輸送煤和礦石的皮帶輸送機(jī)，這比首臺運(yùn)輸卡車還要早。利用挖掘機(jī)裝載輸送機(jī)也不是一個新想法，早在上世紀(jì)初就已在采礦和建筑行業(yè)中出現(xiàn)[6]。

介于石材的相對一致性和微薄的利潤，采石行業(yè)一直是移動式IPCC方法的重要用戶。然而，礦山行業(yè)在IPCC應(yīng)用方面卻遲緩得多。這也許是有充分的理由。卡車可提供選擇性開采所需的靈活性，以適應(yīng)市場條件的變化和任何資源固有的不確定性。此外，還具有在不確定時期確保達(dá)成目標(biāo)的可擴(kuò)展性和冗余度。

IPCC的另一個挑戰(zhàn)是缺乏現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)。直到最近，大學(xué)才開始講授IPCC采礦方法和礦坑設(shè)計(jì)[7]，且礦業(yè)軟件公司正在慢慢將IPCC概念引入自己的設(shè)計(jì)工具。

然而，正如蒸汽機(jī)代替馬拉車一樣，也有從卡車到輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)膬扇涿赖姆椒ǎ窗胍苿邮浇鉀Q方案。

重大變革不是一夜之間就能完成的。羅馬人的沖刷找礦法發(fā)展了幾個世紀(jì)，而鉆孔和爆破最近才從一種藝術(shù)形式轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)。由于運(yùn)輸成本的原因，礦山和探明資源的開采越來越無以為繼，IPCC可能是現(xiàn)代社會所需的顯著降低成本和持續(xù)生產(chǎn)的唯一方法。

IPCC解決方案還有一系列其他益處：粉塵少、環(huán)境污染排放小、水和能源消耗低、噪音小，同時也為礦山自動化和預(yù)富集技術(shù)打開了新的機(jī)會之門。

現(xiàn)在，正是啟用下一代礦山輸送系統(tǒng)的好時機(jī)。