某大型石場產(chǎn)品輸出方案的比選

高戰(zhàn)敏 王 軍 金忠偉 陳 峰

(1.鞍鋼集團礦業(yè)設計研究院有限公司，遼寧 鞍山 114004；2.遼寧工程技術大學，遼寧 阜新 123000；3.鞍鋼集團礦業(yè)有限公司，遼寧 鞍山 114000)

0 引言

國內(nèi)一擬建大型綠色石場，開采礦種為建筑用花崗巖，經(jīng)評審備案的資源量為2.43×108m3。最終露天境界內(nèi)圈定礦量1.80×108m3，設計年開采建筑用花崗巖660×104m3(折合1 730×104t)，年生產(chǎn)機制砂石1 650×104t。該石場由露天采場、礦石加工區(qū)和產(chǎn)品發(fā)運區(qū)等組成。礦石加工區(qū)位于露天采場北部，毗鄰露天采場布置；受地形等因素限制，產(chǎn)品發(fā)運區(qū)不能與礦石加工區(qū)集中布置，布置在加工區(qū)的西部，直線距離約1.3 km。

該石場所在地經(jīng)濟不很發(fā)達，而周邊地市經(jīng)濟發(fā)達，該石場產(chǎn)品主要面向周邊地市。礦山發(fā)運區(qū)最終產(chǎn)品需要通過石場附近的高速公路輸出到周邊地市，發(fā)運區(qū)距離高速公路的直線距離約10 km，該段距離的產(chǎn)品運輸存在兩個典型方案，分別為膠帶運輸方案和公路汽車運輸方案。膠帶運輸方案，基建投資少，運營費低，但對石場所在地經(jīng)濟社會發(fā)展貢獻有限；公路汽車運輸方案，對所在地經(jīng)濟社會發(fā)展貢獻較大，但基建投資大，運營費高。上述兩個方案需綜合比較后確定。

1 成品外部輸出存在問題及建設必要性

連接石場場區(qū)的現(xiàn)有道路僅為鄉(xiāng)道，現(xiàn)有道路技術標準低，路面寬度不足，無法滿足成品外部輸出需要。且沿線村莊眾多，對噪音和粉塵污染比較敏感。此外，石場建成后，在給當?shù)卮彐?zhèn)帶來共建紅利的同時，也將增加現(xiàn)有縣道的交通壓力。因此，建設滿足石場運輸需要，并且避開城鎮(zhèn)、村莊等人口集中的主要環(huán)境敏感點的成品外部輸出系統(tǒng)，對石場的建設、生產(chǎn)和運輸均很重要。

2 項目研究過程及成品外部輸出系統(tǒng)方案

石場公司針對成品外部輸出系統(tǒng)建設問題，進行了詳細的實地勘察和交通量調(diào)查分析，充分征詢了當?shù)刂鞴懿块T對該項目的意見和建議，收集周邊直接及間接影響區(qū)的地質(zhì)、水文、氣象、地震及建材等方面的資料；細致地整理了影響區(qū)近期的經(jīng)濟發(fā)展狀況和遠景經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃等資料；對項目影響區(qū)內(nèi)的交通概況、綜合運輸網(wǎng)現(xiàn)狀做了多方面研究，在進行了大量交通資料的搜集、整理、分析的基礎上進行了遠景交通量預測。依據(jù)石場的功能定位及交通發(fā)展預測確定了該項目的建設標準；通過工程概略設計、經(jīng)濟評價和沿線實際用地控制規(guī)劃等內(nèi)外因素的分析等工作，綜合考慮項目經(jīng)濟效益評價、社會效益評價、節(jié)能及維穩(wěn)工作分析與評價、風險分析等因素，提出了石場成品外部輸出系統(tǒng)方案，研究形成成品外部輸出膠帶運輸系統(tǒng)和成品外部輸出公路運輸系統(tǒng)兩套方案。

3 成品外部輸出膠帶運輸系統(tǒng)

成品外部輸出膠帶運輸系統(tǒng)起點是礦區(qū)成品堆場，終點是現(xiàn)有縣道附近的成品外部發(fā)運區(qū)，建設一套長距離膠帶運輸系統(tǒng)。礦區(qū)發(fā)運區(qū)的成品骨料通過堆場底部放礦設備進入膠帶運輸系統(tǒng)，通過膠帶運輸系統(tǒng)將礦石輸送至縣道附近的成品外部發(fā)運區(qū)堆場貯存，后經(jīng)汽車外運銷售。

在充分了解區(qū)域地形地貌條件的基礎上，結(jié)合項目建設規(guī)模、生產(chǎn)能力，成品外部運輸膠帶系統(tǒng)擬采用“地上+隧道”的建設模式。其中：膠帶機地上部分采用封閉鋼桁架結(jié)構(gòu)，隧道部分挖掘時根據(jù)圍巖性質(zhì)采取合理的支護形式。

膠帶運輸系統(tǒng)地上部分由4個轉(zhuǎn)運站，膠帶機通廊，貯礦倉等組成，主運輸膠帶總長約12 km，其中隧道7處、總長度近2 000 m；同時為解決皮帶廊的檢修進場，需修建檢修道路；為解決進場材料、設備運輸問題，需再規(guī)劃一條8 m寬的進場道路，道路總長度約15 km。

成品外部輸出膠帶運輸系統(tǒng)能力4 500 t/h，年輸送砂石骨料1 650 萬t。由4個轉(zhuǎn)運站，膠帶機通廊，貯礦倉等組成，皮帶寬度d=1 600～1 800 mm，皮帶機4臺，總長度12 km。

成品外部運輸膠帶機地上部分采用封閉鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼桁架頂部走臺采用鋼格板、兩側(cè)設鋼欄桿、立柱采用鋼結(jié)構(gòu)、立柱基礎采用鋼筋混凝土獨立基礎。皮帶廊寬度4.5 m,高度3.0 m；膠帶機驅(qū)動站采用鋼筋混凝土整體基礎。配電室采用鋼結(jié)構(gòu)，毛石基礎，彩鋼板圍護。

成品外部運輸膠帶機隧道部分總長度2 000 m，寬度4.5 m，高度3.5 m，隧道挖掘時根據(jù)圍巖性質(zhì)確定支護形式。

轉(zhuǎn)運站采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱下獨立基礎，轉(zhuǎn)運站為封閉式，平臺周邊設鋼欄桿。

外運場外成品倉共計4個成品堆場，總占地面積約20 000 m2，高度為22 m。成品通過皮帶運至裝車樓裝車外運，共計24個裝車系統(tǒng)。

廠外膠帶通廊為鋼結(jié)構(gòu)全封閉式，通廊桁架為三角形空間桁架，上部設防雨蓬，支架為鋼結(jié)構(gòu)，下部獨立基礎。

4 成品外部輸出公路運輸系統(tǒng)

成品外部輸出公路運輸系統(tǒng)，起點是礦區(qū)西側(cè)的成品發(fā)運區(qū)，穿越縣道，南向終點為礦區(qū)附近國道入口，直接服務于石場前期建設和后期的石場成品外部運輸專用通道。

針對項目建設性質(zhì)及功能定位，運輸功能滿足交通量增長需要，通行能力(行車道數(shù))必須適當超前，考慮征地、拆遷帶來的經(jīng)濟費用，在充分了解區(qū)域發(fā)展建設規(guī)劃、紅線寬度、道路性質(zhì)的基礎上，通過調(diào)查并分析項目的交通量、流向及車輛組成，同時，針對規(guī)劃區(qū)段、山區(qū)段，結(jié)合規(guī)劃道路的斷面型式，提出道路橫斷面方案。其中,礦區(qū)起點至縣道路段為山區(qū)公路，長度14.4 km,擬采用設計車速為40 km/h的雙向兩車道三級公路(外側(cè)設置慢車道)設計標準；縣道至國道路段為微丘段，長度約7.9 km，采用設計車速為60 km/h的雙向兩車道二級公路(外側(cè)設置慢車道)標準，道路全長22.3 km。

公路運輸系統(tǒng)為石場項目的配套運輸公路，同時作為服務于區(qū)域交通的支線道路?？紤]區(qū)域地形地貌以及發(fā)展建設規(guī)劃，本項目山區(qū)路段，即礦區(qū)發(fā)運區(qū)起點至縣道路段采用三級公路技術標準；微丘路段，即縣道至國道路段，地勢平緩，采用二級公路標準。

根據(jù)區(qū)域地形、地質(zhì)條件，沿線土地利用性質(zhì)，現(xiàn)有道路等級和功能等因素，綜合考慮設計車速。石場達產(chǎn)后，日均產(chǎn)量為52 000 t，運輸車輛擬采用載重40 t貨車。依據(jù)《公路路線設計規(guī)范》(JTG D20-2017)，經(jīng)計算，本項目山區(qū)段擬采用設計車速為40 km/h的三級公路技術標準，規(guī)劃區(qū)段擬采用設計車速為60 km/h的技術標準。

考慮二級、三級公路交通量預測年限為15年。經(jīng)計算，車道數(shù)為1.85。根據(jù)計算結(jié)果，并結(jié)合沿線相關路網(wǎng)、城鎮(zhèn)發(fā)展的實際情況，同時考慮帶動沿線經(jīng)濟發(fā)展、吸引車流的需要，采用雙向兩車道設計標準。同時，考慮礦區(qū)運輸車輛難以避免與其他社會車輛交通混行，于主車道外側(cè)設置慢車道，以保障公路行車安全。

根據(jù)通行能力和服務水平的計算分析，該石場外部公路建設工程針對山區(qū)段及規(guī)劃區(qū)段制定相應的技術標準以及路線方案。其中：礦區(qū)起點至縣道路段為山區(qū)公路，長14.4 km，擬采用設計車速為40 km/h的雙向兩車道三級公路(外側(cè)設置慢車道)設計標準；縣道至國道路段為規(guī)劃區(qū)段，長7.9 km，采用設計車速為60 km/h的雙向兩車道二級公路(外側(cè)設置慢車道)標準。上述標準能在預測年限內(nèi)滿足通道維持四級服務水平的要求。

新建路基、防護、公路排水系統(tǒng)及路面(水泥砼路面)工程全長22.3 km，采用雙向兩車道(外側(cè)設置慢車道)的建設標準，路基橫斷面寬19～21 m；全線共設橋梁6座，其中含大橋一座，中橋5座；涵洞92座，其中圓管涵34座，蓋板涵37座，箱涵21座。改河改溝4處，合計798 m；全線含平面交叉11處；完善交通工程及沿線設施22.3 km；中央防撞欄14.4 km，綠化工程(中央綠化帶)23 662 m2。

5 方案比選

兩個方案建設投資與運營費定量比較情況詳見表1。

表1 兩個運輸方案建設投資與年運營費綜合比較表

能源消耗。膠帶運輸方案消耗能源主要是電力，估算膠帶運輸方案噸公里耗電量僅為0.23 kW·h，每噸砂石骨料全程12 km耗電2.76 kW·h，年耗電量為4 554×104kW·h，折合5 597 tce。汽車運輸方案，消耗能源主要是柴油，估算汽車運輸方案噸公里耗柴油量為0.10 kg，年耗柴油量為36 795 t，折合53 614 tce，約是膠帶運輸方案的9.6倍。

兩個方案優(yōu)缺點比較情況詳見表2。

表2 兩個方案優(yōu)缺點比較表

經(jīng)綜合比較后，設計推薦方案一即膠帶運輸方案，主要理由如下：

1)膠帶運輸方案的基建投資比汽車運輸方案的基建投資少9 473萬元。

2)膠帶運輸方案的年運營費比汽車運輸方案的年運營費少45 065萬元。

3)環(huán)境保護和綠色礦山建設。節(jié)能減排是綠色礦山建設的重要標準之一，《關于推進機制砂石行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干意見》(工信部聯(lián)原〔2019〕239號)鼓勵砂石礦山運輸公(路)轉(zhuǎn)鐵(路)、公(路)轉(zhuǎn)水(路)。膠帶運輸系統(tǒng)電耗少，噪音低，全封閉，對周圍環(huán)境影響很小。且公路運輸系統(tǒng)的汽車需要消耗大量油類。大量油耗所產(chǎn)生的尾氣，嚴重污染新建公路附近的空氣質(zhì)量；大批高速運行的車輛，將使得新建公路附近的空氣產(chǎn)生嚴重的飛塵污染。

4)安全性。膠帶運輸方案，全部產(chǎn)品通過全封閉的膠帶運輸，非常安全。而公路運輸方案，汽車數(shù)量多，大量石場運輸車輛與社會車輛并行，存在車輛刮碰等安全風險。

5)石場對所在地經(jīng)濟社會發(fā)展的貢獻。公路運輸方案能夠完善區(qū)域公路網(wǎng)絡，適應地區(qū)交通運輸發(fā)展的需要；能夠改善投資環(huán)境，促進地區(qū)旅游經(jīng)濟發(fā)展。但上述優(yōu)點難以消除大量運輸車輛尾氣、揚塵和噪聲對周圍環(huán)境的污染。

6 結(jié)語

相對于公路輸出方案，膠帶運輸系統(tǒng)運輸能力大、運行阻力小、運行平穩(wěn)、噪聲小、電耗低、結(jié)構(gòu)簡單、維修容易、便于實現(xiàn)自動化、運輸成本低。國內(nèi)外開采深度大、運距長、運量大的露天礦山，越來越多地采用汽車-帶式輸送機聯(lián)合運輸系統(tǒng)取代單一汽車運輸系統(tǒng)，其主要原因就是帶式輸送機系統(tǒng)運營費用低、安全環(huán)保。

綜合考慮基建投資、運營費用、環(huán)境保護和安全等因素，設計推薦該石場發(fā)運區(qū)至附近高速公路的產(chǎn)品輸出采用膠帶運輸方案。