結(jié)合工程實例分析露天采場內(nèi)破碎站設(shè)計

柴 立，趙 崢

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

1 前言

露天礦是一個以采掘為中心，以運輸為紐帶的大型生產(chǎn)系統(tǒng)。生產(chǎn)計劃指標和任務(wù)的完成，生產(chǎn)過程的組織、實施是通過采、運、排，尤其是對運輸系統(tǒng)的實時調(diào)度來進行的，運輸系統(tǒng)是否合理，將直接影響露天礦整個生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益[1]。

現(xiàn)有正在生產(chǎn)的露天礦山隨著采場開采標高的下降，部分已進入凹陷開采階段，礦巖運輸距離不斷增加，將破碎站布置在采場內(nèi)，采用汽車—破碎站—膠帶機的連續(xù)運輸方式成為解決該類問題的主要方案[2]。其中破碎站在采場中的選址及布置是影響運輸成本的關(guān)鍵因素，是此類項目設(shè)計的重點內(nèi)容。

2 項目設(shè)計

本次以三個具有代表性的項目設(shè)計工作為基礎(chǔ)，對設(shè)計工作內(nèi)容、工作流程等設(shè)計情況進行歸納總結(jié)，具體包括內(nèi)蒙古某大型礦山，江西某大型礦山和江西某鉛鋅礦。

2.1 項目簡介和共同點分析

內(nèi)蒙古某大型礦山地勢平坦，露天采場基本為凹陷，目前采場內(nèi)的礦巖均采用汽車運輸。現(xiàn)有礦石粗碎站位于采場的南部，礦石卸載標高830m，平均運距已達到3.1km。根據(jù)后續(xù)深部開采設(shè)計，礦石主要分布于505m標高以上，若采用全汽車運輸，隨著露天開采深度不斷增加礦石的運距大幅增加，會使得運輸成本不斷上升。選址如圖1所示。

圖1 內(nèi)蒙古某大型礦山破碎站選址示意圖

江西某大型礦山現(xiàn)有破碎站位于采場東南角，東部大部分儲量已采完，礦石運距目前已達2.5km。后續(xù)將主要集中在西北部開采，隨著開采深度的下降，礦體中心逐漸向北偏西方向傾斜，礦體重心下移，礦石運輸距離將增加到4.5km左右，導(dǎo)致運輸效率急劇下降，運輸成本增加。選址方案如圖2所示。

圖2 江西某大型礦山破碎站選址方案示意圖

江西某鉛鋅礦作為一個已經(jīng)生產(chǎn)了多年的礦山，露天坑已進入深凹開采，設(shè)計最低開采臺階標高-288m，排土場設(shè)計最終排土標高280m，露天礦剝離物采用汽車運輸，排土運輸均為重車上坡，且剝離與運輸部分外包，外包運輸車輛載重較小，車流密度大，車輛損耗加速，安全生產(chǎn)管理壓力大。選址方案如圖3所示。

圖3 江西某鉛鋅礦破碎站選址方案示意圖

以上三個項目均是正在生產(chǎn)的露天礦山，隨著采場開采標高下降，導(dǎo)致礦巖運輸距離大幅增加，需要研究將破碎站設(shè)置在采場內(nèi)，采用膠帶運輸降低成本。

2.2 設(shè)計工作程序

破碎站在采場內(nèi)位置的選擇至關(guān)重要，直接決定生產(chǎn)運輸成本，若位置選擇不合理，反而會影響采礦生產(chǎn)作業(yè)。綜合分析上述三個項目的設(shè)計工作，總結(jié)歸納了此類項目的主要設(shè)計內(nèi)容及流程，主要包括以下內(nèi)容。

1)境界內(nèi)礦巖量分布統(tǒng)計及分析

破碎站布置在露天采場內(nèi)，其本質(zhì)是優(yōu)化礦巖運輸，所以首先要確定后續(xù)生產(chǎn)中礦巖的分布，結(jié)合剩余資源量和采剝計劃，編制臺階礦巖量表，主要包括各個臺階的礦巖量、占比及累計占比，結(jié)合平面確定礦巖分布重心，同時根據(jù)排產(chǎn)計劃確定采剝重心的變化趨勢。這部分工作作為破碎站選址的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時還需計算礦巖運至現(xiàn)有破碎站或排土場的運輸距離，用于計算破碎站布置在采場內(nèi)后可節(jié)省的生產(chǎn)成本。

2)破碎站位置選擇

這部分是采場破碎站設(shè)計的重點內(nèi)容，需要綜合考慮多方面因素，主要包括采場現(xiàn)狀、礦巖分布、采剝計劃、運距對比、建設(shè)條件及時間、膠帶線路布置等，一般是相關(guān)專業(yè)共同商討，從定性角度初步制定幾個可行的方案，然后進行詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇最優(yōu)方案。采場內(nèi)破碎站位置不一定是固定的，可以隨著生產(chǎn)進行移設(shè)。

破碎站選址時，盡量選擇巖石條件好的區(qū)域，邊坡情況好，破碎站施工開挖量少，不會對上部臺階造成過多破壞，節(jié)省支擋工程量，卸礦棧橋長度也能盡量做短，對于卸礦卡車來說是非常有利的。

方案對比中一個重要的指標為礦巖運輸距離，可以利用Minesched軟件計算不同方案的礦巖運輸噸公里數(shù)，得出破碎站最優(yōu)位置方案。

3)破碎設(shè)備選型及破碎站布置形式

首先根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模及礦巖性質(zhì)等因素確定破碎機設(shè)備選型，這部分工作已十分成熟，作為破碎站布置形式的依據(jù)。

根據(jù)前序工作確定的破碎站選址、服務(wù)時間(是否需要移設(shè))、工程地質(zhì)情況，選擇合適的破碎站布置形式，主要包括固定式破碎站、半固定式破碎站和半移動式破碎站。

破碎站位置和形式確定后，細化破碎站的平面及豎向布置，包括卸車平臺、檢修通道和基坑等，并根據(jù)此布置方案調(diào)整該區(qū)域采場臺階。

3與采場外部破碎站布置的不同點

3.1 與采礦生產(chǎn)的相互影響程度不同

采礦作業(yè)采用全汽車運輸方案時，只需設(shè)置礦石破碎站，其在采場外部的選址主要依據(jù)礦山總體布置和采礦生產(chǎn)計劃確定，統(tǒng)籌考慮采場適宜的礦石出口和選礦廠的廠址方案，破碎站大多靠近采場礦石出口布置，減少汽車運距，破碎站與選礦廠通過膠帶連接。破碎站固定在采場外，整個生產(chǎn)期與采礦生產(chǎn)沒有相互干擾。

露天采場內(nèi)部是不斷動態(tài)變化的，采場內(nèi)破碎站的布置需要與采礦生產(chǎn)密切結(jié)合，既要靠近采礦重心，降低汽車運距，又不能影響生產(chǎn)計劃，滿足一定的服務(wù)時間，避免頻繁移設(shè)，設(shè)計中需要相關(guān)專業(yè)密切配合，制定最優(yōu)的建設(shè)方案。

3.2 建設(shè)時間的影響

采場外布置的破碎站在項目基建期建設(shè)，可獨立施工，在建設(shè)條件完備的情況下即可開工，采場內(nèi)破碎站需要考慮采場臺階到達設(shè)計要求位置的時間，采場是整體均衡推進的，破碎站位置的剝離不是單點工程，而是要兼顧周邊一定的區(qū)域，因此剝離往往需要時間，這將影響建設(shè)進度和效益。

在考慮項目建設(shè)時間的時候，還需兼顧現(xiàn)有采礦運輸車輛的使用情況及更新接續(xù)，最大化利用現(xiàn)有設(shè)備，也不造成新購設(shè)備的浪費。

3.3 膠帶線路對選址的影響

采場外部破碎站與選礦廠之間通過膠帶銜接，一般只需結(jié)合地形等外部條件選擇合適的膠帶走向和布置形式即可。而采場內(nèi)破碎站后續(xù)的膠帶要利用采場邊幫敷設(shè)，就需要考慮邊幫是否已達到最終幫，邊幫形態(tài)關(guān)系膠帶平面走向及轉(zhuǎn)載的次數(shù)，相對高差也關(guān)系到膠帶的線路，是否需要在邊幫上往返布置以克服高差，以及膠帶基礎(chǔ)架設(shè)高度等問題。膠帶布置也是影響破碎站選址可行性的重要因素。

3.4 破碎站形式的不同

露天破碎站根據(jù)其設(shè)置的形式，可分為固定式、半固定式和半移動式破碎站。

固定式破碎站通常設(shè)置在露天采場境界外附近，具體位置根據(jù)可利用的地形高差及工程地質(zhì)條件而定。與半固定式破碎站相比，其優(yōu)點：服務(wù)年限長，受爆破影響較小，能布置一定容量的貯礦設(shè)施來調(diào)節(jié)物料的轉(zhuǎn)運；缺點增加了礦石的運距，建、構(gòu)筑物工程量大，施工時間較長，初期基建投資大。

半固定式破碎站多設(shè)在露天采場工作臺階間，隨著開采的延伸而向下移設(shè)，布置時受工作平臺寬度、高度的制約。其優(yōu)點是可縮短露天采場內(nèi)礦巖的運距，建、構(gòu)筑物均比較簡單，可做成鋼結(jié)構(gòu)，便于搬遷；缺點是基建初期投資較高，移設(shè)時對生產(chǎn)會產(chǎn)生影響。因破碎站布置在采場內(nèi)，在其周圍進行爆破作業(yè)時需要采取一定的安全措施。

半移動式破碎站在結(jié)構(gòu)形式上與半固定式破碎站相似，只是布置位置在開采臺階附近，更加靠近礦石開采重心，露天采場內(nèi)物料運距更近，但破碎站的移設(shè)也更加頻繁。半移動破碎站的選址可根據(jù)經(jīng)濟比較結(jié)果，選擇壓礦布置或靠固定邊幫布置。若前期破碎站位置壓礦，可通過增加轉(zhuǎn)載膠帶機的形式，增加破碎站選址的靈活性，若選擇靠固定邊幫布置，可減少搬遷次數(shù)。半移動式破碎站采用鋼結(jié)構(gòu)框架，由廠家整套提供，半移動式破碎站適用于需要頻繁移設(shè)的情況，移設(shè)時，可將破碎站分解成幾大模塊分步移設(shè)或采用履帶運輸車將破碎站整體移設(shè)。

4 結(jié)論

破碎站在采場內(nèi)布置時需考慮的因素多，空間和時間上都要統(tǒng)籌兼顧。常規(guī)的設(shè)計工作往往只針對最終成果，而采場是隨生產(chǎn)不斷變化的，是兼顧過程及演變的動態(tài)設(shè)計，也包括建設(shè)和生產(chǎn)的全要素全周期設(shè)計。