露天礦運(yùn)輸方案比選方法

露天礦運(yùn)輸方案比選方法?摘要：本文詳細(xì)闡述了露天礦運(yùn)輸方案比選的方法。首先介紹了露天礦運(yùn)輸?shù)闹匾约俺Ｒ?jiàn)運(yùn)輸方式，然后從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多個(gè)方面構(gòu)建比選指標(biāo)體系，包括運(yùn)輸能力、運(yùn)輸成本、線路條件、設(shè)備可靠性等。通過(guò)層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等數(shù)學(xué)方法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行量化分析，確定不同運(yùn)輸方案的綜合得分，從而選出最優(yōu)運(yùn)輸方案。同時(shí)結(jié)合實(shí)際案例，展示了比選方法的具體應(yīng)用過(guò)程，為露天礦運(yùn)輸方案的科學(xué)決策提供了有力的參考依據(jù)。

一、引言露天礦運(yùn)輸是露天礦生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響著礦山的生產(chǎn)效率、成本以及經(jīng)濟(jì)效益。合理選擇運(yùn)輸方案對(duì)于露天礦的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。不同的運(yùn)輸方案在技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境影響等方面存在差異，因此需要一套科學(xué)的比選方法來(lái)確定最優(yōu)方案。通過(guò)對(duì)各種運(yùn)輸方案進(jìn)行全面、系統(tǒng)的比較和分析，可以為露天礦的規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)提供可靠的決策支持。

二、露天礦常見(jiàn)運(yùn)輸方式（一）公路運(yùn)輸公路運(yùn)輸具有靈活性強(qiáng)、適應(yīng)性好的特點(diǎn)。它可以直接將礦石從采場(chǎng)運(yùn)輸?shù)竭x礦廠或其他指定地點(diǎn)，無(wú)需中轉(zhuǎn)。能夠快速響應(yīng)生產(chǎn)變化，適合短途、小批量的運(yùn)輸任務(wù)。

（二）鐵路運(yùn)輸鐵路運(yùn)輸具有運(yùn)輸能力大、成本低的優(yōu)勢(shì)。適合長(zhǎng)距離、大批量的礦石運(yùn)輸。它可以與其他運(yùn)輸方式有效銜接，形成綜合運(yùn)輸體系。

（三）膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸具有連續(xù)、高效的特點(diǎn)。可以實(shí)現(xiàn)礦石的連續(xù)輸送，減少轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，降低礦石的破碎和磨損。適用于地形較為平坦、運(yùn)輸距離適中的露天礦。

（四）自卸汽車(chē)膠帶輸送機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸這種聯(lián)合運(yùn)輸方式結(jié)合了公路運(yùn)輸?shù)撵`活性和膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性。自卸汽車(chē)將礦石運(yùn)輸?shù)侥z帶輸送機(jī)的受料點(diǎn)，然后通過(guò)膠帶輸送機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送。

三、運(yùn)輸方案比選指標(biāo)體系（一）技術(shù)指標(biāo)1.運(yùn)輸能力指單位時(shí)間內(nèi)各運(yùn)輸方式能夠運(yùn)輸?shù)牡V石量。公路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸能力相對(duì)較小，鐵路運(yùn)輸和膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸能力較大。通過(guò)計(jì)算不同運(yùn)輸方案的運(yùn)輸能力，對(duì)比其能否滿足露天礦的生產(chǎn)規(guī)模需求。計(jì)算公式：運(yùn)輸能力=單位時(shí)間運(yùn)輸次數(shù)×每次運(yùn)輸量。例如，某公路運(yùn)輸車(chē)輛每小時(shí)運(yùn)輸5次，每次運(yùn)輸量為20噸，則其每小時(shí)運(yùn)輸能力為100噸。2.線路條件包括線路的坡度、曲線半徑等。良好的線路條件可以減少運(yùn)輸設(shè)備的能耗和磨損，提高運(yùn)輸效率。公路運(yùn)輸對(duì)線路坡度和曲線半徑要求相對(duì)較低，鐵路運(yùn)輸和膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸對(duì)線路條件要求較高。對(duì)于鐵路運(yùn)輸，線路坡度一般應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，如不超過(guò)3‰5‰，曲線半徑應(yīng)滿足列車(chē)運(yùn)行安全要求。膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸線路應(yīng)盡量保持直線，減少?gòu)澢推鸱?.設(shè)備可靠性直接影響運(yùn)輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？煽啃愿叩脑O(shè)備可以減少故障停機(jī)時(shí)間，提高運(yùn)輸效率。通過(guò)統(tǒng)計(jì)設(shè)備的故障率、維修時(shí)間等指標(biāo)來(lái)評(píng)估設(shè)備可靠性。例如，某運(yùn)輸設(shè)備在一年內(nèi)發(fā)生故障5次，每次故障維修時(shí)間平均為2天，則其可靠性相對(duì)較低。而另一設(shè)備在一年內(nèi)僅發(fā)生故障1次，維修時(shí)間為1天，則可靠性較高。

（二）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.運(yùn)輸成本是衡量運(yùn)輸方案經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。包括設(shè)備購(gòu)置成本、運(yùn)營(yíng)成本（如燃料費(fèi)、維修費(fèi)、人工費(fèi)等）。不同運(yùn)輸方式的運(yùn)輸成本差異較大。公路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸成本相對(duì)較高，尤其是短途運(yùn)輸時(shí)，車(chē)輛的臺(tái)班費(fèi)、燃油費(fèi)等占比較大。鐵路運(yùn)輸?shù)墓潭ǔ杀据^高，但單位運(yùn)輸成本在長(zhǎng)距離、大批量運(yùn)輸時(shí)較低。膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)營(yíng)成本相對(duì)穩(wěn)定，主要取決于設(shè)備的能耗和維護(hù)費(fèi)用。運(yùn)輸成本計(jì)算公式：運(yùn)輸成本=固定成本+可變成本。其中，固定成本包括設(shè)備購(gòu)置、折舊、場(chǎng)地建設(shè)等費(fèi)用，可變成本包括燃料、維修、人工等費(fèi)用。2.基建投資指建設(shè)運(yùn)輸系統(tǒng)所需的一次性投資。包括線路建設(shè)、設(shè)備購(gòu)置、站場(chǎng)建設(shè)等費(fèi)用。不同運(yùn)輸方案的基建投資不同。鐵路運(yùn)輸?shù)幕ㄍ顿Y較大，需要建設(shè)專(zhuān)門(mén)的鐵路線路、橋梁、隧道等。膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)幕ㄍ顿Y相對(duì)較小，但需要鋪設(shè)大量的膠帶。公路運(yùn)輸?shù)幕ㄍ顿Y相對(duì)靈活，主要取決于運(yùn)輸車(chē)輛的購(gòu)置數(shù)量。

（三）環(huán)境指標(biāo)1.廢氣排放不同運(yùn)輸方式的廢氣排放種類(lèi)和排放量不同。公路運(yùn)輸?shù)钠?chē)尾氣排放是主要的污染源，含有一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物等污染物。鐵路運(yùn)輸?shù)膹U氣排放相對(duì)較少，主要集中在機(jī)車(chē)運(yùn)行過(guò)程中。膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸基本不產(chǎn)生廢氣排放。通過(guò)監(jiān)測(cè)和計(jì)算不同運(yùn)輸方案的廢氣排放量，對(duì)比其對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響。例如，某公路運(yùn)輸車(chē)隊(duì)每天運(yùn)輸?shù)V石產(chǎn)生的一氧化碳排放量為100千克，而鐵路運(yùn)輸每天的一氧化碳排放量?jī)H為10千克。2.噪聲污染運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生噪聲。公路運(yùn)輸?shù)钠?chē)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、輪胎與地面摩擦噪聲較大。鐵路運(yùn)輸?shù)牧熊?chē)運(yùn)行噪聲也不容忽視，尤其是在經(jīng)過(guò)居民區(qū)時(shí)。膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)脑肼曋饕獊?lái)自于設(shè)備的傳動(dòng)部件。采用噪聲監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量不同運(yùn)輸方案在不同位置的噪聲強(qiáng)度，評(píng)估其對(duì)周邊環(huán)境和居民生活的影響。例如，在距離某公路運(yùn)輸線路50米處，噪聲強(qiáng)度為70分貝，而在距離鐵路線路100米處，噪聲強(qiáng)度為65分貝。

四、比選方法（一）層次分析法1.建立層次結(jié)構(gòu)模型將運(yùn)輸方案比選問(wèn)題分解為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。目標(biāo)層為選擇最優(yōu)運(yùn)輸方案；準(zhǔn)則層包括技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等指標(biāo)；方案層為公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸、自卸汽車(chē)膠帶輸送機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸?shù)染唧w運(yùn)輸方案。2.構(gòu)造判斷矩陣針對(duì)準(zhǔn)則層的每個(gè)指標(biāo)，分別構(gòu)造判斷矩陣，以確定各指標(biāo)之間的相對(duì)重要性。例如，對(duì)于技術(shù)指標(biāo)下的運(yùn)輸能力、線路條件、設(shè)備可靠性三個(gè)子指標(biāo)，通過(guò)專(zhuān)家打分等方式構(gòu)造判斷矩陣。判斷矩陣元素aij表示相對(duì)于目標(biāo)，因素i與因素j的相對(duì)重要性。判斷矩陣滿足aij>0，aij=1/aji，aii=1。3.計(jì)算權(quán)重向量對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后，計(jì)算其最大特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量，特征向量即為各指標(biāo)的權(quán)重向量。權(quán)重向量反映了各指標(biāo)在比選過(guò)程中的相對(duì)重要程度。例如，通過(guò)計(jì)算得到技術(shù)指標(biāo)的權(quán)重向量為[0.5,0.3,0.2]，表示運(yùn)輸能力的權(quán)重最大，線路條件次之，設(shè)備可靠性相對(duì)較小。4.計(jì)算綜合得分根據(jù)各運(yùn)輸方案在各指標(biāo)下的得分，結(jié)合權(quán)重向量，計(jì)算每個(gè)運(yùn)輸方案的綜合得分。綜合得分越高，說(shuō)明該運(yùn)輸方案越優(yōu)。例如，某公路運(yùn)輸方案在技術(shù)指標(biāo)下得分為80分，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下得分為60分，環(huán)境指標(biāo)下得分為50分，技術(shù)指標(biāo)權(quán)重為0.5，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)重為0.3，環(huán)境指標(biāo)權(quán)重為0.2，則其綜合得分為：80×0.5+60×0.3+50×0.2=70分。

（二）模糊綜合評(píng)價(jià)法1.確定評(píng)價(jià)因素集評(píng)價(jià)因素集U={u1,u2,...,un}，其中ui為各評(píng)價(jià)指標(biāo)，如運(yùn)輸能力、運(yùn)輸成本等。2.確定評(píng)語(yǔ)集評(píng)語(yǔ)集V={v1,v2,...,vm}，如很好、較好、一般、較差、很差。3.建立模糊關(guān)系矩陣針對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)專(zhuān)家打分或統(tǒng)計(jì)分析等方法確定各運(yùn)輸方案在該指標(biāo)下屬于不同評(píng)語(yǔ)的隸屬度，從而構(gòu)成模糊關(guān)系矩陣R。例如，對(duì)于運(yùn)輸能力指標(biāo)，某公路運(yùn)輸方案屬于"很好"的隸屬度為0.1，屬于"較好"的隸屬度為0.3，屬于"一般"的隸屬度為0.4，屬于"較差"的隸屬度為0.2，則該方案在運(yùn)輸能力指標(biāo)下的模糊關(guān)系向量為[0.1,0.3,0.4,0.2,0]。4.計(jì)算模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果將權(quán)重向量A與模糊關(guān)系矩陣R進(jìn)行合成運(yùn)算，得到模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果B=A×R。B向量中的元素表示各運(yùn)輸方案屬于不同評(píng)語(yǔ)的綜合隸屬度。根據(jù)最大隸屬度原則，確定各運(yùn)輸方案的評(píng)價(jià)等級(jí)。例如，某運(yùn)輸方案的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為B=[0.2,0.3,0.4,0.1,0]，則其評(píng)價(jià)等級(jí)為"一般"。

五、實(shí)際案例分析（一）案例背景某露天礦年生產(chǎn)礦石量為500萬(wàn)噸，礦區(qū)地形較為復(fù)雜，有一定的坡度。礦石運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，需要選擇合適的運(yùn)輸方案。

（二）運(yùn)輸方案及指標(biāo)計(jì)算1.公路運(yùn)輸方案運(yùn)輸能力：選用大型自卸汽車(chē)，每小時(shí)運(yùn)輸4次，每次運(yùn)輸量為30噸，運(yùn)輸能力為120噸/小時(shí)。線路條件：需修建盤(pán)山公路，坡度最大為8‰，曲線半徑滿足車(chē)輛行駛要求。設(shè)備可靠性：根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備故障率較高，平均每月故障2次，每次維修時(shí)間約為3天。運(yùn)輸成本：車(chē)輛購(gòu)置費(fèi)用為200萬(wàn)元/輛，每輛車(chē)臺(tái)班費(fèi)為5000元，燃油費(fèi)每噸50元，維修費(fèi)用每年50萬(wàn)元。運(yùn)輸成本計(jì)算如下：固定成本：假設(shè)購(gòu)置20輛車(chē)，車(chē)輛折舊年限為10年，每年折舊費(fèi)用為200×20÷10=400萬(wàn)元。場(chǎng)地建設(shè)等其他固定成本每年100萬(wàn)元，則固定成本每年為500萬(wàn)元?？勺兂杀荆好磕赀\(yùn)輸?shù)V石量為500萬(wàn)噸，燃油費(fèi)為500×50=25000萬(wàn)元，臺(tái)班費(fèi)為5000×20×365=3650萬(wàn)元，維修費(fèi)用為50×20=1000萬(wàn)元，可變成本每年為29650萬(wàn)元。運(yùn)輸成本每年為500+29650=30150萬(wàn)元?；ㄍ顿Y：修建盤(pán)山公路及配套設(shè)施投資2000萬(wàn)元，購(gòu)置車(chē)輛投資4000萬(wàn)元，總基建投資為6000萬(wàn)元。廢氣排放：根據(jù)車(chē)輛尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，每輛車(chē)每小時(shí)一氧化碳排放量約為5千克，每年運(yùn)輸時(shí)間為300天，每天24小時(shí)，則20輛車(chē)每年一氧化碳排放量為5×20×24×300=720000千克。噪聲污染：在距離公路50米處，噪聲強(qiáng)度約為75分貝。2.鐵路運(yùn)輸方案運(yùn)輸能力：選用重型鐵路列車(chē)，每列運(yùn)輸量為5000噸，每天運(yùn)輸10列，運(yùn)輸能力為50000噸/天，滿足生產(chǎn)需求。線路條件：需要建設(shè)專(zhuān)用鐵路線路，線路坡度最大為3‰，曲線半徑滿足列車(chē)運(yùn)行要求。設(shè)備可靠性：鐵路設(shè)備故障率較低，平均每年故障1次，每次維修時(shí)間約為5天。運(yùn)輸成本：機(jī)車(chē)購(gòu)置費(fèi)用為5000萬(wàn)元/臺(tái)，每臺(tái)機(jī)車(chē)臺(tái)班費(fèi)為20000元，列車(chē)編組費(fèi)用等其他費(fèi)用每噸10元。運(yùn)輸成本計(jì)算如下：固定成本：假設(shè)購(gòu)置3臺(tái)機(jī)車(chē)，機(jī)車(chē)折舊年限為20年，每年折舊費(fèi)用為5000×3÷20=750萬(wàn)元。線路建設(shè)等其他固定成本每年3000萬(wàn)元，則固定成本每年為3750萬(wàn)元?？勺兂杀荆好磕赀\(yùn)輸?shù)V石量為500萬(wàn)噸，可變成本為10×500=5000萬(wàn)元。運(yùn)輸成本每年為3750+5000=8750萬(wàn)元?；ㄍ顿Y：建設(shè)鐵路線路、橋梁、隧道等投資15000萬(wàn)元，購(gòu)置機(jī)車(chē)投資15000萬(wàn)元，總基建投資為30000萬(wàn)元。廢氣排放：機(jī)車(chē)每年一氧化碳排放量約為100000千克。噪聲污染：在距離鐵路線路100米處，噪聲強(qiáng)度約為68分貝。3.膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸方案運(yùn)輸能力：選用多條膠帶輸送機(jī)，總運(yùn)輸能力為60000噸/天，滿足生產(chǎn)需求。線路條件：膠帶輸送機(jī)線路較為平坦，坡度小于1‰。設(shè)備可靠性：設(shè)備可靠性較高，平均每年故障2次，每次維修時(shí)間約為2天。運(yùn)輸成本：膠帶輸送機(jī)購(gòu)置費(fèi)用為8000萬(wàn)元，每年運(yùn)營(yíng)成本（包括電費(fèi)、維修費(fèi)用等）為1500萬(wàn)元。運(yùn)輸成本計(jì)算如下：固定成本：每年折舊費(fèi)用為8000÷10=800萬(wàn)元。可變成本：每年運(yùn)營(yíng)成本為1500萬(wàn)元。運(yùn)輸成本每年為800+1500=2300萬(wàn)元?；ㄍ顿Y：鋪設(shè)膠帶輸送機(jī)線路及配套設(shè)施投資10000萬(wàn)元，購(gòu)置設(shè)備投資8000萬(wàn)元，總基建投資為18000萬(wàn)元。廢氣排放：基本不產(chǎn)生廢氣排放。噪聲污染：在距離膠帶輸送機(jī)50米處，噪聲強(qiáng)度約為65分貝。

（三）比選過(guò)程1.層次分析法建立層次結(jié)構(gòu)模型，目標(biāo)層為選擇最優(yōu)運(yùn)輸方案，準(zhǔn)則層包括技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)指標(biāo)，方案層為公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸。構(gòu)造判斷矩陣并計(jì)算權(quán)重向量：技術(shù)指標(biāo)權(quán)重為0.5，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)重為0.3，環(huán)境指標(biāo)權(quán)重為0.2。計(jì)算各運(yùn)輸方案綜合得分：公路運(yùn)輸方案綜合得分：技術(shù)指標(biāo)得分70分，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得分50分，環(huán)境指標(biāo)得分40分。綜合得分為70×0.5+50×0.3+40×0.2=61分。鐵路運(yùn)輸方案綜合得分：技術(shù)指標(biāo)得分80分，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得分60分，環(huán)境指標(biāo)得分50分。綜合得分為80×0.5+60×0.3+50×0.2=70分。膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸方案綜合得分：技術(shù)指標(biāo)得分85分，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得分80分，環(huán)境指標(biāo)得分90分。綜合得分為85×0.5+80×0.3+90×0.2=84分。2.模糊綜合評(píng)價(jià)法確定評(píng)價(jià)因素集U={運(yùn)輸能力,線路條件,設(shè)備可靠性,運(yùn)輸成本,基建投資,廢氣排放,噪聲污染}，評(píng)語(yǔ)集V={很好,較好,一般,較差,很差}。建立模糊關(guān)系矩陣并計(jì)算模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：公路運(yùn)輸方案模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：經(jīng)過(guò)計(jì)算得到B1=[0.1,0.2,0.3,0.3,0.1]，根據(jù)最大隸屬度原則，評(píng)價(jià)等級(jí)為"一般"。鐵路運(yùn)輸方案模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)