露天矿运输方案比选方法

露天矿运输方案比选方法摘要：本文详细阐述了露天矿运输方案比选的方法。首先介绍了露天矿运输的重要性及常见运输方式，然后从技术、经济、环境等多个方面构建比选指标体系，包括运输能力、运输成本、线路条件、设备可靠性等。通过层次分析法、模糊综合评价法等数学方法对各指标进行量化分析，确定不同运输方案的综合得分，从而选出最优运输方案。同时结合实际案例，展示了比选方法的具体应用过程，为露天矿运输方案的科学决策提供了有力的参考依据。

一、引言露天矿运输是露天矿生产过程中的关键环节，它直接影响着矿山的生产效率、成本以及经济效益。合理选择运输方案对于露天矿的可持续发展至关重要。不同的运输方案在技术性能、经济成本、环境影响等方面存在差异，因此需要一套科学的比选方法来确定最优方案。通过对各种运输方案进行全面、系统的比较和分析，可以为露天矿的规划和运营提供可靠的决策支持。

二、露天矿常见运输方式（一）公路运输公路运输具有灵活性强、适应性好的特点。它可以直接将矿石从采场运输到选矿厂或其他指定地点，无需中转。能够快速响应生产变化，适合短途、小批量的运输任务。

（二）铁路运输铁路运输具有运输能力大、成本低的优势。适合长距离、大批量的矿石运输。它可以与其他运输方式有效衔接，形成综合运输体系。

（三）胶带输送机运输胶带输送机运输具有连续、高效的特点。可以实现矿石的连续输送，减少转载环节，降低矿石的破碎和磨损。适用于地形较为平坦、运输距离适中的露天矿。

（四）自卸汽车胶带输送机联合运输这种联合运输方式结合了公路运输的灵活性和胶带输送机运输的连续性。自卸汽车将矿石运输到胶带输送机的受料点，然后通过胶带输送机进行长距离输送。

三、运输方案比选指标体系（一）技术指标1.运输能力指单位时间内各运输方式能够运输的矿石量。公路运输的运输能力相对较小，铁路运输和胶带输送机运输能力较大。通过计算不同运输方案的运输能力，对比其能否满足露天矿的生产规模需求。计算公式：运输能力=单位时间运输次数×每次运输量。例如，某公路运输车辆每小时运输5次，每次运输量为20吨，则其每小时运输能力为100吨。2.线路条件包括线路的坡度、曲线半径等。良好的线路条件可以减少运输设备的能耗和磨损，提高运输效率。公路运输对线路坡度和曲线半径要求相对较低，铁路运输和胶带输送机运输对线路条件要求较高。对于铁路运输，线路坡度一般应控制在一定范围内，如不超过3‰5‰，曲线半径应满足列车运行安全要求。胶带输送机运输线路应尽量保持直线，减少弯曲和起伏。3.设备可靠性直接影响运输系统的正常运行。可靠性高的设备可以减少故障停机时间，提高运输效率。通过统计设备的故障率、维修时间等指标来评估设备可靠性。例如，某运输设备在一年内发生故障5次，每次故障维修时间平均为2天，则其可靠性相对较低。而另一设备在一年内仅发生故障1次，维修时间为1天，则可靠性较高。

（二）经济指标1.运输成本是衡量运输方案经济性的重要指标。包括设备购置成本、运营成本（如燃料费、维修费、人工费等）。不同运输方式的运输成本差异较大。公路运输的运输成本相对较高，尤其是短途运输时，车辆的台班费、燃油费等占比较大。铁路运输的固定成本较高，但单位运输成本在长距离、大批量运输时较低。胶带输送机运输的运营成本相对稳定，主要取决于设备的能耗和维护费用。运输成本计算公式：运输成本=固定成本+可变成本。其中，固定成本包括设备购置、折旧、场地建设等费用，可变成本包括燃料、维修、人工等费用。2.基建投资指建设运输系统所需的一次性投资。包括线路建设、设备购置、站场建设等费用。不同运输方案的基建投资不同。铁路运输的基建投资较大，需要建设专门的铁路线路、桥梁、隧道等。胶带输送机运输的基建投资相对较小，但需要铺设大量的胶带。公路运输的基建投资相对灵活，主要取决于运输车辆的购置数量。

（三）环境指标1.废气排放不同运输方式的废气排放种类和排放量不同。公路运输的汽车尾气排放是主要的污染源，含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等污染物。铁路运输的废气排放相对较少，主要集中在机车运行过程中。胶带输送机运输基本不产生废气排放。通过监测和计算不同运输方案的废气排放量，对比其对环境空气质量的影响。例如，某公路运输车队每天运输矿石产生的一氧化碳排放量为100千克，而铁路运输每天的一氧化碳排放量仅为10千克。2.噪声污染运输设备运行过程中会产生噪声。公路运输的汽车发动机噪声、轮胎与地面摩擦噪声较大。铁路运输的列车运行噪声也不容忽视，尤其是在经过居民区时。胶带输送机运输的噪声主要来自于设备的传动部件。采用噪声监测仪器测量不同运输方案在不同位置的噪声强度，评估其对周边环境和居民生活的影响。例如，在距离某公路运输线路50米处，噪声强度为70分贝，而在距离铁路线路100米处，噪声强度为65分贝。

四、比选方法（一）层次分析法1.建立层次结构模型将运输方案比选问题分解为目标层、准则层和方案层。目标层为选择最优运输方案；准则层包括技术、经济、环境等指标；方案层为公路运输、铁路运输、胶带输送机运输、自卸汽车胶带输送机联合运输等具体运输方案。2.构造判断矩阵针对准则层的每个指标，分别构造判断矩阵，以确定各指标之间的相对重要性。例如，对于技术指标下的运输能力、线路条件、设备可靠性三个子指标，通过专家打分等方式构造判断矩阵。判断矩阵元素aij表示相对于目标，因素i与因素j的相对重要性。判断矩阵满足aij>0，aij=1/aji，aii=1。3.计算权重向量对判断矩阵进行一致性检验后，计算其最大特征值和对应的特征向量，特征向量即为各指标的权重向量。权重向量反映了各指标在比选过程中的相对重要程度。例如，通过计算得到技术指标的权重向量为[0.5,0.3,0.2]，表示运输能力的权重最大，线路条件次之，设备可靠性相对较小。4.计算综合得分根据各运输方案在各指标下的得分，结合权重向量，计算每个运输方案的综合得分。综合得分越高，说明该运输方案越优。例如，某公路运输方案在技术指标下得分为80分，经济指标下得分为60分，环境指标下得分为50分，技术指标权重为0.5，经济指标权重为0.3，环境指标权重为0.2，则其综合得分为：80×0.5+60×0.3+50×0.2=70分。

（二）模糊综合评价法1.确定评价因素集评价因素集U={u1,u2,...,un}，其中ui为各评价指标，如运输能力、运输成本等。2.确定评语集评语集V={v1,v2,...,vm}，如很好、较好、一般、较差、很差。3.建立模糊关系矩阵针对每个评价指标，通过专家打分或统计分析等方法确定各运输方案在该指标下属于不同评语的隶属度，从而构成模糊关系矩阵R。例如，对于运输能力指标，某公路运输方案属于"很好"的隶属度为0.1，属于"较好"的隶属度为0.3，属于"一般"的隶属度为0.4，属于"较差"的隶属度为0.2，则该方案在运输能力指标下的模糊关系向量为[0.1,0.3,0.4,0.2,0]。4.计算模糊综合评价结果将权重向量A与模糊关系矩阵R进行合成运算，得到模糊综合评价结果B=A×R。B向量中的元素表示各运输方案属于不同评语的综合隶属度。根据最大隶属度原则，确定各运输方案的评价等级。例如，某运输方案的模糊综合评价结果为B=[0.2,0.3,0.4,0.1,0]，则其评价等级为"一般"。

五、实际案例分析（一）案例背景某露天矿年生产矿石量为500万吨，矿区地形较为复杂，有一定的坡度。矿石运输距离较长，需要选择合适的运输方案。

（二）运输方案及指标计算1.公路运输方案运输能力：选用大型自卸汽车，每小时运输4次，每次运输量为30吨，运输能力为120吨/小时。线路条件：需修建盘山公路，坡度最大为8‰，曲线半径满足车辆行驶要求。设备可靠性：根据以往经验，设备故障率较高，平均每月故障2次，每次维修时间约为3天。运输成本：车辆购置费用为200万元/辆，每辆车台班费为5000元，燃油费每吨50元，维修费用每年50万元。运输成本计算如下：固定成本：假设购置20辆车，车辆折旧年限为10年，每年折旧费用为200×20÷10=400万元。场地建设等其他固定成本每年100万元，则固定成本每年为500万元。可变成本：每年运输矿石量为500万吨，燃油费为500×50=25000万元，台班费为5000×20×365=3650万元，维修费用为50×20=1000万元，可变成本每年为29650万元。运输成本每年为500+29650=30150万元。基建投资：修建盘山公路及配套设施投资2000万元，购置车辆投资4000万元，总基建投资为6000万元。废气排放：根据车辆尾气排放标准，每辆车每小时一氧化碳排放量约为5千克，每年运输时间为300天，每天24小时，则20辆车每年一氧化碳排放量为5×20×24×300=720000千克。噪声污染：在距离公路50米处，噪声强度约为75分贝。2.铁路运输方案运输能力：选用重型铁路列车，每列运输量为5000吨，每天运输10列，运输能力为50000吨/天，满足生产需求。线路条件：需要建设专用铁路线路，线路坡度最大为3‰，曲线半径满足列车运行要求。设备可靠性：铁路设备故障率较低，平均每年故障1次，每次维修时间约为5天。运输成本：机车购置费用为5000万元/台，每台机车台班费为20000元，列车编组费用等其他费用每吨10元。运输成本计算如下：固定成本：假设购置3台机车，机车折旧年限为20年，每年折旧费用为5000×3÷20=750万元。线路建设等其他固定成本每年3000万元，则固定成本每年为3750万元。可变成本：每年运输矿石量为500万吨，可变成本为10×500=5000万元。运输成本每年为3750+5000=8750万元。基建投资：建设铁路线路、桥梁、隧道等投资15000万元，购置机车投资15000万元，总基建投资为30000万元。废气排放：机车每年一氧化碳排放量约为100000千克。噪声污染：在距离铁路线路100米处，噪声强度约为68分贝。3.胶带输送机运输方案运输能力：选用多条胶带输送机，总运输能力为60000吨/天，满足生产需求。线路条件：胶带输送机线路较为平坦，坡度小于1‰。设备可靠性：设备可靠性较高，平均每年故障2次，每次维修时间约为2天。运输成本：胶带输送机购置费用为8000万元，每年运营成本（包括电费、维修费用等）为1500万元。运输成本计算如下：固定成本：每年折旧费用为8000÷10=800万元。可变成本：每年运营成本为1500万元。运输成本每年为800+1500=2300万元。基建投资：铺设胶带输送机线路及配套设施投资10000万元，购置设备投资8000万元，总基建投资为18000万元。废气排放：基本不产生废气排放。噪声污染：在距离胶带输送机50米处，噪声强度约为65分贝。

（三）比选过程1.层次分析法建立层次结构模型，目标层为选择最优运输方案，准则层包括技术、经济、环境三个指标，方案层为公路运输、铁路运输、胶带输送机运输。构造判断矩阵并计算权重向量：技术指标权重为0.5，经济指标权重为0.3，环境指标权重为0.2。计算各运输方案综合得分：公路运输方案综合得分：技术指标得分70分，经济指标得分50分，环境指标得分40分。综合得分为70×0.5+50×0.3+40×0.2=61分。铁路运输方案综合得分：技术指标得分80分，经济指标得分60分，环境指标得分50分。综合得分为80×0.5+60×0.3+50×0.2=70分。胶带输送机运输方案综合得分：技术指标得分85分，经济指标得分80分，环境指标得分90分。综合得分为85×0.5+80×0.3+90×0.2=84分。2.模糊综合评价法确定评价因素集U={运输能力,线路条件,设备可靠性,运输成本,基建投资,废气排放,噪声污染}，评语集V={很好,较好,一般,较差,很差}。建立模糊关系矩阵并计算模糊综合评价结果：公路运输方案模糊综合评价结果：经过计算得到B1=[0.1,0.2,0.3,0.3,0.1]，根据最大隶属度原则，评价等级为"一般"。铁路运输方案模糊综合评价结