某高山地區(qū)大型礦山選礦廠的廠址選擇

高曉軍

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 前言

選礦廠廠址選擇，就是企業(yè)對用于工程建設(shè)的廠址進行多方案的比較論證，選出投資省、建設(shè)快、運營費用低，具有最佳經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益的場地位置。

選礦廠廠址選擇是一項綜合性很強的工作，除了滿足當?shù)匾?guī)劃、用地面積、地形、工程地質(zhì)的基本要求外，也要考慮物料運輸、外部交通、供水、供電、環(huán)境保護、企業(yè)協(xié)作等因素，更要關(guān)注廠址的經(jīng)濟性，同時廠址還要避開不適宜建廠的地段。

對于高山地區(qū)的大型選礦廠，由于溝谷狹窄、地形陡峭，一般很難找到適宜建設(shè)的大面積場地，而且在高山地區(qū)建廠往往也意味著巨大的土石方工程量、高昂的建設(shè)投資和較高的運輸成本，同時還要盡量避免滑坡、垮塌、泥石流、山洪等工程風險，因此在高山地區(qū)選擇廠址是有一定難度的，也是在工程設(shè)計中需要重點關(guān)注的一項內(nèi)容。

對于一座大型露天礦山，選礦廠只是其中的一個組成部分，除了露天采礦場、選礦廠外，露天礦山一般還有粗碎站、采礦工業(yè)場地、排土場、炸藥庫、尾礦庫等工業(yè)場地，各工業(yè)場地之間存在著有機的聯(lián)系，它們一起協(xié)同作業(yè)，完成整個礦山的生產(chǎn)任務(wù)，各場地的相互位置和聯(lián)系共同構(gòu)成了礦山的總體布置。礦山總體布置往往決定著礦山的總體生產(chǎn)、物料流程，其合理性對礦山長期生產(chǎn)的經(jīng)濟效益以及企業(yè)的后續(xù)發(fā)展起到非常重要的作用。

選礦廠承擔著將礦石加工成精礦的任務(wù)，是礦山總體生產(chǎn)流程的重要環(huán)節(jié)，也是礦山總體布置的重要組成部分，在進行選礦廠廠址選擇的同時，也要關(guān)注其上下游生產(chǎn)設(shè)施的布置和相關(guān)物料的運輸方案，以保證礦山總體布置的經(jīng)濟合理。

2 項目概況

某大型銅金屬礦山，是一座露天采礦+選礦的工程項目，日處理礦石6萬t/d，主產(chǎn)品為銅精礦。礦區(qū)的場地組成包括露天采礦場、排土場、采礦工業(yè)場地、炸藥庫、粗碎站、選礦廠、尾礦庫、居住區(qū)、水源地、防排洪設(shè)施等。

礦區(qū)地處高山地區(qū)，山勢雄偉，地形陡峻，懸崖峭壁多見，溝谷切割強烈，礦區(qū)海拔標高600～1 900m，山坡地形坡度多在40°以上。

露天采礦場根據(jù)礦體的賦存條件，建在南北走向的一條山谷的溝底，溝底北高南低，采場邊界范圍約2km2，地形標高905～1 250m，采場最深底標高530m。

采礦作業(yè)采用傳統(tǒng)的電鏟裝載+礦用卡車運輸?shù)姆绞?，剝離的廢石由290t電動輪礦用卡車送排土場堆放，開采出的原礦由同樣的礦用卡車送至粗碎站，破碎后的礦石通過膠帶運輸至選礦廠。

選礦廠產(chǎn)出的成品銅精礦通過道路運輸外銷，產(chǎn)出的尾礦通過管道輸送至尾礦庫。選礦廠日處理礦石6萬t/d，廠區(qū)用地面積約2.5×105m2。

3 本項目的主要特點

(1) 礦山地處高山地區(qū)，地形陡峭，溝谷狹窄，廠址選擇難度較大。

(2) 礦山的生產(chǎn)規(guī)模大，選礦廠用地面積大。

(3) 物料的運輸量大，而且采場是位于溝底的凹陷型露天礦，礦石要重車上坡運輸，運輸費用高。

(4) 廠址選擇對物料運輸?shù)挠绊懘蟆?/p>

4 廠址選擇的主要矛盾及解決方案

廠址選擇是一項多廠址比較論證的工作，對于本項目選礦廠的廠址選擇，應(yīng)結(jié)合項目特點重點關(guān)注以下幾個問題：①選礦廠的廠址方案；②在礦山總體布置中，選廠的相關(guān)聯(lián)系；③礦石運輸方案；④廠址的綜合經(jīng)濟比較。

4.1 選礦廠的廠址方案

在場地條件許可的情況下，礦山項目為了盡可能減少礦石運輸費用，通常將選礦廠靠近粗碎站、露天采場塹溝口布置。但是對于本項目而言，露天采場是位于溝底的凹陷型露天采場，塹溝口開口于溝底側(cè)邊，附近的溝谷狹窄、兩側(cè)山坡坡度>40°，不存在大面積適宜建設(shè)選礦廠的場地，因此在塹溝口附近布置選礦廠是不現(xiàn)實的，只能在更大的范圍內(nèi)選擇廠址[1]。

通過對地形圖的研究分析并多次現(xiàn)場勘探，初步確定了兩個廠址方案。選廠廠址方案Ⅰ(選廠Ⅰ)位于露天采礦場西北約3.2km的近東西走向的山脊上，廠址和采場之間有山脊相隔，地勢相對較平緩，地形標高990～1 030m。選廠廠址方案Ⅱ(選廠Ⅱ)位于露天采礦場西北約1.2km的山脊埡口處，地形相對起伏較大，地形標高1 200～1 270m。兩方案的技術(shù)條件比較詳見表1。

表1 兩廠址初步技術(shù)條件比較表

由表1的技術(shù)條件比較看出，選廠Ⅰ標高比選廠Ⅱ低200m，土石方工程量少430萬m3，場地可呈臺階式布置，有利于物料重力輸送，可以減少選廠的輸送設(shè)備投資和運輸成本，而且廠址可用地面積和外部交通、供水、供電條件都較好，企業(yè)有發(fā)展余地。因此，單從選廠的建設(shè)條件來看，選廠Ⅰ較優(yōu)。

4.2 選礦廠的相關(guān)聯(lián)系

選礦廠承擔著將礦石加工成精礦的任務(wù)，從礦區(qū)的總體布置來看，其上游的生產(chǎn)聯(lián)系是與粗碎站(采場)之間的礦石運輸，其下游的生產(chǎn)聯(lián)系是與尾礦庫之間的尾礦輸送和尾礦回水。另外還要從職工生活方便的角度考慮和營地的聯(lián)系。

從整個礦區(qū)的礦石運輸來看，粗碎站到選礦廠的礦石膠帶運輸只是其中的一段運輸，另一段礦石運輸是采場內(nèi)到粗碎站的礦用卡車運輸，粗碎站處于兩段運輸?shù)慕唤犹帲渌幬恢玫牟煌瑫啥芜\輸帶來投資和運輸成本的影響[2]。因此，粗碎站的廠址選擇也是一項重要內(nèi)容。

圖1 廠址方案圖

圖1所示為廠址方案圖。從采礦場和兩個選廠的平面位置來看，粗碎站(粗碎站Ⅰ)宜布置在采場的西北側(cè)，這樣可使得粗碎站與選礦廠之間的礦石膠帶(膠帶Ⅰ、膠帶Ⅱ)運輸距離最短，膠帶穿越山體，敷設(shè)在隧洞中。但是該粗碎站位于采場上游山谷一側(cè)，場地標高為980m，相對比在采場下游布置粗碎站來說，采場內(nèi)礦用卡車的礦石運輸費用要增加很多。如果在采場下游布置粗碎站(粗碎站Ⅱ)，可布置在采場東南側(cè)的下游山谷一側(cè)，場地標高為900m，粗碎站Ⅱ相對于上游的粗碎站Ⅰ標高降低了80m，也就意味著，礦用卡車爬高減少80m，平均運距減少1km，這對于降低礦用卡車的運輸費用非常有利，但是粗碎站Ⅱ和兩個選廠之間有采礦場相隔，運礦膠帶(膠帶Ⅲ、膠帶Ⅳ)需要繞過采場，增加了轉(zhuǎn)運站和礦石膠帶的運輸距離。

綜上所述，粗碎站廠址有兩個方案，分別是位于采場上游的粗碎站Ⅰ和位于采場下游的粗碎站Ⅱ，而選礦廠也有兩個方案，這樣礦區(qū)的總體礦石運輸方案將產(chǎn)生4個方案。

尾礦輸送：在本項目中尾礦庫的位置是確定的，它位于選廠Ⅰ北側(cè)的山谷中，兩個選廠的尾礦輸送都可以實現(xiàn)礦漿自流，但是選廠Ⅰ的輸送和回水管道較短；而選廠Ⅱ距尾礦庫約2km，高差超過200m，礦漿自流的壓力大，中間需設(shè)置減壓措施，同時尾礦輸送和回水管道長，回水高差大、能耗大。由此可見在尾礦輸送方面，選廠Ⅰ明顯優(yōu)于選廠Ⅱ。

職工生活的便利性：礦區(qū)生活營地位于選廠Ⅰ的西面直距約1.0km，兩者之間有進礦道路相連，道路距離約1.5km；而選廠Ⅱ直距西面的營地約3.5km，高差增加了200m，道路距離約8.3km。由此可見選廠Ⅰ與營地之間的道路短捷，職工上下班方便，因此在職工生活的便利性方面，選廠Ⅰ優(yōu)于選廠Ⅱ。

4.3 礦石運輸方案

在露天礦山的總體布置中，大宗物料的運輸研究非常重要，這是因為在礦山的生產(chǎn)中，總是有大量的礦石、廢石、尾礦需要輸送，物料的運輸費用在整個礦山的生產(chǎn)成本中占有相當大的比重[3]。

在露天礦山的生產(chǎn)中，由于礦用卡車運輸具有極大的靈活性，因此采場內(nèi)的礦石大多采用礦用卡車運輸，但是礦用卡車的運輸成本是很高的，特別是對于凹陷型露天礦，由于基本上都是重車上坡，卡車油耗很大，運輸成本更高。對于一座新建礦山，一般在滿足爆破安全規(guī)程的前提下盡量將粗碎站布置在采場塹溝口附近，以減少礦用卡車的運輸距離，降低運輸費用。有的服務(wù)年限較長、分期建設(shè)的礦山，后期的粗碎站直接布置在前期形成的采空區(qū)內(nèi)，其目的也是要降低礦用卡車的運輸費用。

從粗碎站到選礦廠之間的礦石運輸往往采用運輸能力大、運輸成本低的膠帶運輸。 在本項目中由于山體的阻隔，部分膠帶要敷設(shè)在隧洞中。

由于選礦廠和粗碎站各有兩個廠址方案，礦區(qū)總體的礦石運輸系統(tǒng)形成了A、B、C、D共4個方案，分別是：

方案A：選廠Ⅰ+膠帶Ⅲ+粗碎站Ⅱ+礦用卡車

方案B：選廠Ⅰ+膠帶Ⅰ+粗碎站Ⅰ+礦用卡車

方案C：選廠Ⅱ+膠帶Ⅱ+粗碎站Ⅰ+礦用卡車

方案D：選廠Ⅱ+膠帶Ⅳ+粗碎站Ⅱ+礦用卡車

4個方案的技術(shù)條件比較詳見表2。

表2 礦石運輸系統(tǒng)主要技術(shù)條件比較

需要說明的是方案A和方案D的膠帶轉(zhuǎn)運站是根據(jù)線路走向布置的；而方案C的轉(zhuǎn)運站是一座接力轉(zhuǎn)運站，在該方案中，選廠Ⅱ和粗碎站Ⅰ之間距離短、高差大，設(shè)計膠帶坡度已接近極限坡度，同時受電機功率的制約，不能采用一條膠帶運輸，只能分為兩段，而且由于地形坡度陡于膠帶坡度，大部分膠帶敷設(shè)在隧洞中。

從表2技術(shù)條件比較看出，每個方案都各有特點，優(yōu)劣條件各不同，有的膠帶高差大，但礦用卡車爬高小；有的膠帶爬高小，但運距比較長，另外膠帶隧洞的長度差別也很大。在這種情況下，方案的優(yōu)劣比選需要通過定量的綜合經(jīng)濟比較才能做出選擇。

4.4 廠址方案的經(jīng)濟比較

針對4個方案，本項目從礦區(qū)總體經(jīng)濟性的角度出發(fā)，對選礦廠、粗碎站、運礦膠帶、采礦設(shè)施、尾礦設(shè)施的總體可比建設(shè)投資和可比運營成本進行比較，采用費用限值法進行經(jīng)濟比較。廠址方案經(jīng)濟比較的結(jié)果見表3(具體數(shù)據(jù)略)。

表3 廠址方案經(jīng)濟比較表

根據(jù)優(yōu)劣排序結(jié)果，推薦方案A，即選廠Ⅰ+運礦膠帶Ⅲ+粗碎站Ⅱ。

5 結(jié)論

在高山地區(qū)進行廠址選擇，研究和合理利用地形是一項重要的基礎(chǔ)工作，也是一個難點，適宜的廠址不僅能大幅減少土石方工程量，避免工程風險，而且也能適應(yīng)選礦的生產(chǎn)要求，但是僅關(guān)注廠址自身的建設(shè)條件是遠遠不夠的，更應(yīng)該關(guān)注廠址方案對礦山總體布置和總體經(jīng)濟性的影響，要使得整個礦山的經(jīng)濟效益最大化。

不同項目的廠址選擇可能會面臨不同的難題，在本項目中礦石運輸方案的論證是一個主要矛盾，但是有的選礦廠的廠址選擇，礦石運輸簡單，而尾礦庫的位置和尾礦輸送方案的論證是難點。在實際工作中，要具體項目具體分析，只要結(jié)合項目特點，抓住項目的主要矛盾，進行充分的多方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，雖然高山地區(qū)的廠址選擇比較困難，但也能得到合理的結(jié)果。