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，廢石和礦石運輸仍然采用雙手、水、手推車、馬車和軌道礦車。內(nèi)燃機的發(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輸卡車的發(fā)展。

運輸?shù)挠袡C發(fā)展

近100年來，運輸卡車一直是礦業(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)的卡車運輸占到采礦運營成本的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輸距離或能力?？ㄜ囘\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：減少對作為主要運輸方式的卡車的依賴。利用皮帶輸送機運輸?shù)V物或廢石可實現(xiàn)顯著節(jié)省，約達(dá)15-35%，有時會更多[4]。這主要得益于運輸能效的提高以及維護保養(yǎng)和勞動力成本的降低。

例證

讓我們以一個年礦石運輸量為1000萬立方米的礦山為例，運輸距離為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噸挖掘機和12輛140噸卡車，每年運行5800小時。此外，還需要多臺灑水車和平地機維護道路，以及一些推土機來維護卸料和清理礦坑。

如果該礦山采用全移動式解決方案和同規(guī)格挖掘機，來運輸相同體積的物料，這個系統(tǒng)可以包含1臺2000tph移動式破碎機/雙齒輥，例如美卓LT160E（兩側(cè)各配1臺挖掘機），將其連接于1臺Lokolink鉸接式移動輸送機，以將物料轉(zhuǎn)運至一臺可移動的皮帶輸送機。1臺斜皮帶輸送機將來自第二個工作面的輸送機和可移動輸送機的物料轉(zhuǎn)運出礦坑。2公里長距離輸送機將物料運輸至廢料堆，然后利用1公里長移動式輸送機將物料喂入堆料機。此外，還需要推土機和其他設(shè)備，以移動輸送機和進行清理。考慮到輸送機移動所需的額外時間，這個方案假設(shè)每年運行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算，采場內(nèi)破碎與輸送(IPCC)解決方案可節(jié)省運行成本約20%或每噸運行成本低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保費用的降低。

圖1：廢料輸送的傳統(tǒng)卡車運輸(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在實現(xiàn)運營成本重大變革方面的潛力。

變化與挑戰(zhàn)

輸送機并非一個新發(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，這比首臺運輸卡車還要早。利用挖掘機裝載輸送機也不是一個新想法，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?？ㄜ嚳商峁┻x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)的可擴展性和冗余度。

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

然而，正如蒸汽機代替馬拉車一樣，也有從卡車到輸送機運輸?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)打開了新的機會之門。

現(xiàn)在，正是啟用下一代礦山輸送系統(tǒng)的好時機。