一种基于全生命周期成本的露天开采运输方式的最优评估方法和系统

本发明属于露天开采运输系统方案评价、矿山工程经济分析、设备全生命周期成本计算和碳排放成本核算，具体涉及一种基于全生命周期成本的露天开采运输方式的最优评估方法和系统，尤其适用于电动矿用卡车运输方式与半固定式ipcc半连续运输方式之间的经济性评价、最优运输方式确定、投资回收期计算和运输系统转换时机判断。

背景技术：

1、露天开采过程中，矿岩运输是影响矿山生产成本和系统效率的重要环节。随着采场开采深度增加，运输距离、提升高度和运输组织复杂度通常随之增加，运输系统的设备投资、能源消耗、维修保养、停机损失和人工成本均会发生显著变化。传统露天矿山常采用矿用卡车运输方式，该方式具有机动灵活、建设周期短和生产组织适应性强的特点，但在深凹露天矿或长距离运输条件下，车辆数量、能耗成本、道路维护成本和停机损失可能显著增加。

2、随着露天开采运输系统向低碳化、连续化和大型化方向发展，电动矿用卡车运输和坑内破碎-胶带运输系统，即ipcc系统，逐渐成为露天矿运输方案选择的重要对象。其中，电动矿用卡车运输能够降低运输环节直接排放，但需要考虑电池容量、充电效率、充电机数量、变配电改造和充电等待时间等因素。半固定式ipcc半连续运输方式通常包括短倒电动矿用卡车、半固定式破碎站、给料转载系统、坑内胶带输送机、地表或阶段转载系统以及最终卸载点，其运行能耗较低、连续运输能力强，但初始投资高，且可能产生破碎站阶段性搬迁、系统改造和搬迁停机损失。

3、现有露天开采运输方式评价方法通常存在以下不足：一是评价对象多集中于单一运输方式，难以在同一评价口径下比较电动矿用卡车运输与半固定式ipcc半连续运输；二是部分方法仅关注初始投资或单位运行成本，缺少覆盖建设、投运、运行维护、系统改造、搬迁、更新、退役和残值回收全过程的全生命周期成本模型；三是未充分考虑开采深度、运输距离、提升高度、道路绕行系数、充电能力、破碎能力、胶带长度和胶带提升高度等工况参数对运输成本和运输能力的影响；四是缺少将碳排放成本、资金时间价值、投资回收期、系统转换时机和敏感性分析统一纳入最优评估的方法。

4、因此，需要提出一种基于全生命周期成本的露天开采运输方式的最优评估方法和系统，以实现电动矿用卡车运输方式与半固定式ipcc半连续运输方式在同一模型口径下的成本计算、指标对比、最优方案确定和决策输出。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于全生命周期成本的露天开采运输方式的最优评估方法和系统，以解决现有露天开采运输方式选择中成本构成不完整、不同运输方式评价口径不一致、资金时间价值和碳排放成本考虑不足、运输能力约束校核不充分以及最优方案和转换时机缺少量化依据的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于全生命周期成本的露天开采运输方式的最优评估方法，包括如下步骤。

3、s1，获取露天开采工程参数、生产参数、运输距离与几何参数、财务参数、碳排放参数、电动矿用卡车运输参数和半固定式ipcc半连续运输参数。其中，生产参数包括年矿岩运输量、工作日数和日工作小时；运输距离与几何参数包括采场块段坐标、破碎站坐标、高差、坡道参数、道路绕行系数、胶带长度和胶带提升高度；财务参数包括矿山剩余服务年限和折现率；碳排放参数包括电力碳排放因子和单位碳排放价格。

4、s2，基于年矿岩运输量、工作日数、日工作小时、运输距离、提升高度、道路绕行系数和运输设备运行参数，分别计算电动矿用卡车运输方式和半固定式ipcc半连续运输方式在目标评价周期内的年度运输需求、年度运输能力和运输能力约束结果。其中，电动矿用卡车运输方式同时校核车辆作业能力和充电能力，半固定式ipcc半连续运输方式同时校核短倒运输能力、破碎能力、胶带输送能力和转载能力。

5、s3，建立电动矿用卡车运输方式的全生命周期成本模型。所述电动矿用卡车运输方式的全生命周期成本包括车辆购置成本、电池成本、充电设施成本、变配电改造成本、土建安装成本、运行电耗成本、维修保养成本、轮胎成本、人工成本、充电设施维护成本、停机损失成本、其他年度成本、设备更新成本和残值回收。

6、s4，建立半固定式ipcc半连续运输方式的全生命周期成本模型。所述半固定式ipcc半连续运输方式包括短倒电动矿用卡车、半固定式破碎站、给料转载系统、坑内胶带输送机、地表或阶段转载系统和最终卸载点；其全生命周期成本包括短倒车辆成本、破碎站投资成本、胶带系统投资成本、给料转载系统投资成本、安装土建成本、预备费、短倒电耗成本、破碎系统电耗成本、胶带系统电耗成本、公共辅助电耗成本、搬迁相关能耗成本、综合运行维护成本、搬迁成本、搬迁停机损失成本、系统改造成本、退役处置成本和残值回收。

7、s5，基于电力消耗量、电力碳排放因子和单位碳排放价格，分别计算电动矿用卡车运输方式和半固定式ipcc半连续运输方式的年度碳排放成本，并将所述年度碳排放成本计入年度运行成本。

8、s6，基于折现率将目标评价周期内各年度成本折算至基准时点，分别得到电动矿用卡车运输方式和半固定式ipcc半连续运输方式的折现全生命周期成本。

9、s7，基于折现全生命周期成本、总运输量、等效运输距离和服务年限，分别计算两种运输方式的初始投资成本、年度运行成本、维护成本、停机损失成本、碳排放成本、年均等值成本、单位吨成本和单位吨公里成本。

10、s8，根据预设最优评估目标，从初始投资成本最低、运行成本最低、维护成本最低、停机损失成本最低、碳排放成本最低、折现全生命周期成本最低、年均等值成本最低、单位吨成本最低和单位吨公里成本最低中选择至少一种目标，对电动矿用卡车运输方式和半固定式ipcc半连续运输方式进行排序，输出不同成本目标下各自最优的对比表。

11、s9，基于半固定式ipcc半连续运输方式相对于电动矿用卡车运输方式的增量初始投资和年度折现节约成本，计算ipcc半连续运输方式的投资回收期，并根据累计折现节约成本由负转正的年份或阶段确定运输系统转换时机。

12、s10，对电价、折现率、电力碳排放因子、单位碳排放价格、年矿岩运输量、运输距离、提升高度、道路绕行系数、车辆购置成本、电池成本、充电设施成本、破碎站投资成本、胶带系统投资成本、运行维护费率和搬迁成本中的至少一种参数进行敏感性分析，输出敏感性排序和最优运输方式变化结果。

13、本发明还提供一种基于全生命周期成本的露天开采运输方式的最优评估系统，包括参数获取模块、工况计算模块、运输能力校核模块、电动矿用卡车成本计算模块、ipcc成本计算模块、碳排放成本计算模块、折现计算模块、成本指标生成模块、最优目标配置模块、运输方式比选模块、投资回收与转换时机判断模块、敏感性分析模块和结果输出模块。

14、有益效果

15、1. 本发明将电动矿用卡车运输方式和半固定式ipcc半连续运输方式纳入同一全生命周期成本评价口径，避免不同运输方式之间仅按初始投资或单期运行成本比较导致的评价偏差。

16、2. 本发明将车辆购置、电池、充电设施、变配电改造、破碎站、胶带系统、搬迁、停机损失、退役处置、残值回收和碳排放成本统一纳入模型，能够更完整地反映露天开采运输方式的真实成本。

17、3. 本发明通过运输能力校核，保证参与比选的电动矿用卡车运输方式和半固定式ipcc半连续运输方式均满足同一年度矿岩运输量要求，提高最优评估结果的可比性。

18、4. 本发明能够输出不同成本目标下各自最优的对比表，使初始投资最低、运行成本最低、全生命周期成本最低、单位吨成本最低、单位吨公里成本最低等不同管理目标均能被体现。

19、5. 本发明能够计算半固定式ipcc半连续运输方式相对于电动矿用卡车运输方式的投资回收期和转换时机，为露天开采运输系统由间断运输向半连续运输转换提供量化依据。

20、6. 本发明通过敏感性分析识别影响运输方式优选结果的关键因素，有利于矿山在电价、碳价、设备投资、运输距离和开采深度变化条件下进行稳健决策。