山區(qū)選礦廠階梯式豎向設(shè)計探討

王 健

(北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京100160)

0 引言

選礦廠豎向布置有兩種形式，分別為平坡式和階梯式，廠區(qū)面積較大且地形高差較大時一般采用階梯式豎向布置。階梯式豎向布置能有效減小廠區(qū)土石方工程量，降低廠區(qū)邊坡高度，同時車間之間的物料可實現(xiàn)部分重力運(yùn)輸，節(jié)約能耗。階梯式豎向布置相對平坡式難度較大，除了考慮與總平面布置相協(xié)調(diào)之外本身的影響因素也較多。本文通過鞍山市某選礦廠設(shè)計實例對階梯式豎向設(shè)計進(jìn)行探討。

1 工程概況

該選礦廠位于遼寧省鞍山市，廠址地形相對高差較大，為山區(qū)地形。根據(jù)采礦工藝的設(shè)計及地形條件，主井及選礦廠廠址選擇在采礦工業(yè)場地南側(cè)山坡，主井提升至地表的礦石通過膠帶進(jìn)入選礦廠。廠址所在位置西高東低，西側(cè)位于山梁，東側(cè)位于溝底，地形坡度相對較緩，大約5%～20%。

選礦廠廠區(qū)由選礦工藝設(shè)施、尾礦設(shè)施、輔助生產(chǎn)設(shè)施、機(jī)修設(shè)施和辦公服務(wù)設(shè)施等組成。選礦工藝系統(tǒng)由中細(xì)碎車間、篩分車間、磨礦倉、主廠房、中礦濃縮池及泵站組成，布置在場地西側(cè)中間位置。尾礦設(shè)施由濃縮池、分砂泵站、總砂泵站、尾礦庫回水泵站組成，布置在場地東側(cè)，靠近尾礦庫方向。輔助生產(chǎn)設(shè)施和機(jī)修設(shè)施布置在場地南北，圍繞工藝設(shè)施布置，靠近服務(wù)對象。辦公服務(wù)設(shè)施由辦公樓、食堂、浴室組成，布置在場地東北。廠區(qū)用地面積為27.55 hm2，挖方量48.52 萬m3，填方量23.16 萬m3。總平面圖，見圖1。

圖1 選礦廠廠區(qū)總平面圖

2 設(shè)計思路及設(shè)計方法

2.1 豎向設(shè)計之利用地形

1)首先山區(qū)地形坡度較大，可以利用其坡度實現(xiàn)物料的重力運(yùn)輸或降低高差，以節(jié)能降耗。選礦廠的主要原料為礦石，主要產(chǎn)品為精粉。所經(jīng)過的工藝環(huán)節(jié)為粗破碎、中細(xì)碎、篩分、磨礦倉、主廠房、中礦濃縮池。因此將各工藝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)車間按標(biāo)高由高到低的順序依次布置，可實現(xiàn)物料的重力運(yùn)輸，不僅能節(jié)能降耗，還能減少通廊長度，節(jié)省工程量，節(jié)約項目占地。物料的重力運(yùn)輸是該選礦廠主體工藝系統(tǒng)豎向布置的基本思路。

2)其次要分析廠區(qū)地形的變化并結(jié)合選礦廠的各個系統(tǒng)和車間的特點，把系統(tǒng)或車間布置在合適的地形上，達(dá)到降低填挖高度、減小基建工程量的效果。如選礦廠礦石從主井提升至地表后先后進(jìn)入中細(xì)碎車間和篩分車間，兩車間的工藝關(guān)系為閉路關(guān)系，即中細(xì)碎車間破碎后的物料通過膠帶通廊進(jìn)入篩分車間，篩分車間篩上的物料還要返回中細(xì)碎車間，從立面上看，兩車間的通廊為交叉通廊，兩車間的設(shè)計標(biāo)高應(yīng)基本相同。從主井向南為南北向山梁，坡度較緩，長度也能滿足交叉通廊的布置要求，因此在此山梁布置中細(xì)碎車間和篩分車間，這樣技能滿足工藝要求，工程量又小。再如主廠房占地面積較大，長度達(dá)到300 m，寬度為129 m，如果主廠房地形切割劇烈，勢必造成填挖深度過大，造成土石方量、地基處理工程量及基礎(chǔ)工程量過大，因此根據(jù)該地形分析廠區(qū)中部地形相對平緩，等高線平行，可以布置主廠房。中礦濃縮池與尾礦濃縮池處于工藝流程的末端，廠區(qū)東側(cè)為山溝，地勢較低，因此將其布置在溝內(nèi)，并且可以適當(dāng)填方，減少濃縮池的挖方量。利用地形是使選礦廠各個設(shè)施的布置適應(yīng)地形的設(shè)計過程。

2.2 豎向設(shè)計之改造地形

除了利用地形，對地形進(jìn)行適度的改造也是必要的，使之滿足生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)纫?。山區(qū)建廠各個建構(gòu)筑物布置在不同的標(biāo)高上，高差相對較大，因而廠區(qū)呈現(xiàn)階梯式的空間狀態(tài)。階梯式豎向設(shè)計的主要內(nèi)容為臺階的劃分，臺階的寬度、臺階的高度、臺階的標(biāo)高以及臺階之間的連接。

1)臺階劃分設(shè)計

臺階的劃分首先結(jié)合地形分析主體工藝系統(tǒng)的布置，使系統(tǒng)各個車間布置在相應(yīng)的臺階上，實現(xiàn)重力運(yùn)輸，縮短膠帶長度，減小用地面積。該選礦廠中細(xì)碎車間和篩分車間沿山梁南北向布置，兩個車間由交叉通廊連接，標(biāo)高均為93 m，布置在同一個臺階上；山梁東側(cè)向下布置磨礦倉，臺階標(biāo)高88 m，切合地形，同時縮短通廊長度，減小占地；再往東向下臺階為主廠房，主廠房較寬，如果采用同一設(shè)計標(biāo)高，勢必造成填方或挖方較大，并且不利于物料的重力運(yùn)輸，因此與工藝專業(yè)結(jié)合將其西部兩跨與東部兩跨設(shè)計為不同標(biāo)高，一方面可以減小土石方工程量，另一方面物料在主廠房內(nèi)重力運(yùn)輸，節(jié)約能源。中礦濃縮池與尾礦濃縮池位置最低，設(shè)計標(biāo)高為81 m，使中礦和尾礦能夠自流入濃縮池，節(jié)約能源。

其次生產(chǎn)聯(lián)系密切的建筑物和構(gòu)筑物應(yīng)布置在同一平臺或相鄰臺階。如機(jī)修區(qū)，綜合修理間、桶裝油庫標(biāo)高為88.50 m，倉庫標(biāo)高為92.30 m，便于運(yùn)輸，方便生產(chǎn)管理。再如辦公生活區(qū)占地不大，且原始地形相對平緩，設(shè)計標(biāo)高均為83 m，方便日常工作聯(lián)系。

2)臺階寬度設(shè)計

臺階寬度應(yīng)滿足建構(gòu)筑物、道路、人行道、管線、綠化、檢修的布置要求。建構(gòu)筑物的布置要注意考慮其基礎(chǔ)與邊坡坡頂?shù)木嚯x，保證建構(gòu)筑物的安全，如果邊坡高度超過8 m，要進(jìn)行臺階邊坡的穩(wěn)定性分析。道路及人行道的寬度根據(jù)使用功能及人流量合理確定寬度。管線占地根據(jù)管線種類及間距要求確定，在高階段不進(jìn)行管線的綜合設(shè)計時，設(shè)計者對廠區(qū)管線的布置要有一個基本判斷，以合理預(yù)留相應(yīng)寬度。綠化帶的寬度根據(jù)廠區(qū)設(shè)施的性質(zhì)和功能要求確定，如行政辦公區(qū)及生活服務(wù)區(qū)、散發(fā)粉塵及高噪聲廠房、潔凈度要求高的車間及裝置等周圍要重點綠化，增加綠化寬度。檢修主要考慮未來車間或設(shè)施的檢修位置和檢修方式，為其留出足夠的檢修通道?？傊_階的寬度設(shè)計要滿足施工及生產(chǎn)運(yùn)營的要求。

3)臺階高度設(shè)計

臺階的高度不宜太高，根據(jù)《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范》推薦不宜高于4 m[1]。因為臺階高度過大，則連接道路過長，廠區(qū)內(nèi)空間有限廠房之間道路展線困難，并且臺階間聯(lián)系不方便。另外臺階高度過高，雖然可能減少土石方量，但臺階間擋墻工程量急劇增大，會造成費用增加。該選礦廠設(shè)計臺階高度一般為2～4 m，臺階間道路可直接連接，護(hù)坡?lián)鯄Φ墓こ塘枯^小。全廠僅磨礦倉和主廠房之間臺階高度為5 m，磨礦倉與主廠房之間由于物料提升高度以及通廊角度的限制，間距較大，達(dá)到87 m，臺階可采用放坡連接，因此當(dāng)兩個建筑物因特殊原因間距較大時，臺階高度可以適當(dāng)加大，以節(jié)約工程量。

4)臺階標(biāo)高設(shè)計

臺階的設(shè)計標(biāo)高的確定要考慮多方面的因素。首先臺階的高差要滿足工藝流程的要求，如中礦濃縮池與主廠房的高差最低要滿足礦漿自流的要求，事故池的標(biāo)高要滿足事故狀態(tài)下，生產(chǎn)水能流入事故池等。其次工業(yè)廠房大部分應(yīng)布置在挖方地段，填方高度要控制到一定范圍，這樣地基條件較好，基礎(chǔ)工程量較小。地下構(gòu)筑物及水池布置到填方地段，有利于節(jié)省挖方工程量，同時消化部分工業(yè)廠房產(chǎn)生的挖方，有利于土方盡量平衡。

5)臺階之間的連接

臺階之間的連接可采用自然放坡或擋土墻。自然放坡的挖方邊坡可分為巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡，巖質(zhì)邊坡的坡度可根據(jù)邊坡高度及風(fēng)化程度確定，土質(zhì)邊坡的坡度可根據(jù)邊坡高度和土質(zhì)的密實度確定。當(dāng)巖質(zhì)邊坡高度超過25 m，土質(zhì)邊坡高度超過10 m后，邊坡坡度及形態(tài)需要進(jìn)行穩(wěn)定性分析確定，邊坡土質(zhì)松散或處于易受沖刷位置要設(shè)置護(hù)坡，護(hù)坡盡量考慮植物護(hù)坡。擋土墻一般用在場地較為緊張或易產(chǎn)生滑塌的位置，選礦廠采用漿砌毛石擋土墻或鋼筋混凝土擋土墻。

3 結(jié)語

通過對原地形的利用和改造，使場地既能滿足工藝流程、工藝布置、場地施工、生產(chǎn)運(yùn)營等要求，同時能夠節(jié)省土方工程量、減少邊坡工程、減小廠區(qū)占地，降低對自然環(huán)境的破壞程度，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的雙贏。