尾礦設(shè)施管道工程線路方案分析

馬艷晶

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 前言

尾礦輸送管線和尾礦庫回水管線是尾礦設(shè)施中最重要的管道工程[1]，尾礦輸送管線負(fù)責(zé)將選礦廠產(chǎn)出的尾礦漿輸送至尾礦庫，屬于漿體管道輸送；尾礦庫回水管線負(fù)責(zé)將尾礦庫內(nèi)的澄清水返回選礦廠回用，通常按輸水管道考慮。由于尾礦輸送管線需要考慮的因素更多，在進(jìn)行尾礦庫管道工程設(shè)計(jì)時(shí)，確定好尾礦輸送管線線路后，若無其他限制條件，大部分情況下尾礦回水管線可與尾礦輸送管平行布置，因此尾礦輸送管的線路方案是重點(diǎn)研究對(duì)象。

隨著礦山行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，我國許多礦山企業(yè)都已經(jīng)經(jīng)歷了十幾甚至幾十年生產(chǎn)運(yùn)行，大批礦山原始配套的尾礦庫基本都到了使用末期，需要重新規(guī)劃建設(shè)新的尾礦庫，受周邊自然地形條件等因素限制，新建尾礦庫往往距離礦山選礦廠較遠(yuǎn)，而且地勢(shì)也較高，需要穿跨越的障礙物較多，對(duì)尾礦庫管道工程的線路方案選擇帶來了諸多挑戰(zhàn)。

漿體長(zhǎng)距離輸送管道線路選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)管道工程建設(shè)的目的，結(jié)合沿線城鎮(zhèn)、交通、水利、礦產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的現(xiàn)狀與規(guī)劃，以及沿線地區(qū)的地形、地貌、水文、地質(zhì)、氣象、地震自然條件，通過綜合分析和多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定[2-3]。最終結(jié)論取決于對(duì)各方案在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境等多因素的綜合評(píng)價(jià)，包含經(jīng)濟(jì)和非經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，定量與定性分析相結(jié)合的方式進(jìn)行。漿體管道線路設(shè)計(jì)總體目標(biāo)，是以較低的投資實(shí)現(xiàn)所要求的輸送能力，同時(shí)創(chuàng)造良好的運(yùn)營條件，降低運(yùn)營費(fèi)用。此外，還應(yīng)注意減少污染，保證安全，創(chuàng)造良好的社會(huì)和環(huán)境效益[4-5]。

一般情況下，漿體管道線路選擇遵循以下原則：

(1)線路走向宜順直平緩，管道敷設(shè)坡角小于礦漿的安息角。

(2)線路選擇宜避免經(jīng)過地形起伏過大的地區(qū)。

(3)線路應(yīng)短，土石方及構(gòu)筑物工程量應(yīng)小。

(4)線路選擇宜減少與天然和人工障礙物的交叉，當(dāng)必須交叉時(shí)，宜垂直交叉。

(5)避開滑坡、崩塌、沉陷、泥石流、沼澤等地質(zhì)不良地區(qū)、地震烈度大于7度地區(qū)的活動(dòng)斷裂帶及人口稠密區(qū)。

(6)通過經(jīng)濟(jì)作物、基本農(nóng)田、河流等特殊地區(qū)，應(yīng)取得相關(guān)部門同意。

(7)與公路、鐵路并行敷設(shè)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)措施，征得鐵路公路管理部門同意，并滿足相關(guān)安全管理要求。

另外還要考慮選定的線路能否順利實(shí)施，減小施工難度，建成后管線能否安全運(yùn)行，并便于操作管理。

2 工程概況

某礦山位于我國西南地區(qū)，根據(jù)礦山生產(chǎn)需要，新規(guī)劃建設(shè)的尾礦庫距離選礦廠直線距離9 km，尾礦庫與選礦廠之間設(shè)置有尾礦漿體輸送管道和尾礦庫回水管道，初步考慮兩條管道平行布置，管線距離達(dá)10 km以上。通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，結(jié)合實(shí)際地形情況，整條管線大體呈東西走向，起點(diǎn)位于選礦廠的尾礦輸送泵站，終點(diǎn)位于尾礦庫壩頂。以現(xiàn)有跨河公路橋?yàn)榉纸琰c(diǎn)，整條管線分為東段和西段兩部分，其中西段管線距離較短，所處地形也較為簡(jiǎn)單，地勢(shì)相對(duì)平坦，不需要過多關(guān)注線路問題，只需要滿足一定的敷設(shè)坡度，便于管道運(yùn)行即可。而東段管線長(zhǎng)約6 km，且所處地區(qū)存在高山、河流、鐵路、國道、農(nóng)田、居民區(qū)等諸多天然和人工障礙，管道選線工作難度較大。通過分析，并結(jié)合管道線路選擇原則，針對(duì)東段管道線路初步確定了3個(gè)方案作為備選。

三條線路方案平面走向如圖1所示，其中線路1為隧洞方案，管線從泵站引出后，首先沿河流南岸地面敷設(shè)約1 km，然后設(shè)管橋一座，管線跨過管橋后進(jìn)入隧洞，隧洞出口位于GX4點(diǎn)，再沿地面敷設(shè)一段距離后到達(dá)現(xiàn)有公路橋附近的GX5點(diǎn)后接西段管線，關(guān)鍵點(diǎn)線路為GX1—GX2—GX3—GX4—GX5。線路2為河流北岸地表方案，其中首端管線GX1—GX2段線路同線路1，從GX2點(diǎn)后一直沿河流北岸山體地表敷設(shè)至GX5點(diǎn)，然后接西段管線，關(guān)鍵點(diǎn)線路為GX1—GX2—GX3—GX5。線路3為沿河流南岸敷設(shè)方案，沿河流南岸地面敷設(shè)約2 km后，在2#居民區(qū)附近沿國道邊敷設(shè)至現(xiàn)有跨河公路橋附近，利用現(xiàn)有橋梁跨河后到至GX5點(diǎn)，然后接西段管線，關(guān)鍵點(diǎn)線路為GX1—GX2—GX5，由于現(xiàn)有國道緊鄰河道，此線路中從2#居民區(qū)到現(xiàn)有跨河公路橋之間采用假設(shè)方式，且部分管線橋墩需設(shè)置在河道中。

圖1 線路平面走向圖

3 線路方案分析

影響管道線路方案選擇的因素很多，歸納起來主要包括工程技術(shù)、工程經(jīng)濟(jì)、管道安全及環(huán)境影響等因素，本文從這幾個(gè)角度出發(fā)，采用定性分析和定量分析相結(jié)合的方式對(duì)初步選擇的管道線路方案進(jìn)行進(jìn)一步比較。

1)工程技術(shù)

三個(gè)線路方案的主要特征見表1。

表1 線路方案主要特征表

從上表可以看出，三個(gè)方案涉及到地表敷設(shè)方式、隧洞內(nèi)敷設(shè)、跨河及沖溝架設(shè)等多種方式，在工程技術(shù)上均可以實(shí)現(xiàn)；但由于方案1線路順直，對(duì)尾礦漿體輸送更有利，方案2和方案3在線路走向上折彎點(diǎn)較多，對(duì)尾礦漿體輸送有一定弊端。

從工程可實(shí)施性來看，方案3沿河岸架設(shè)需建設(shè)多座涉水支墩，需要與水務(wù)部門進(jìn)行溝通；管道沿國道邊敷設(shè)，該國道目前交通量較大，施工時(shí)將對(duì)過往車輛形成較大制約，易發(fā)生交通擁堵，需要與公路主管部門進(jìn)行充分協(xié)調(diào)。相對(duì)而言，方案1隧洞施工和方案2地表敷設(shè)施工則較容易，干擾因素較少。

因此，從工程技術(shù)層面來看，方案1具有一定優(yōu)勢(shì)。

2)工程經(jīng)濟(jì)

工程經(jīng)濟(jì)性包括工程初期的工程投資及后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。其中三個(gè)方案的初期投資估算見表2。

表2 線路方案投資估算表

可以看出，方案3初期工程投資最高，而方案1和方案2差別較小。從初期工程投資來看，方案2較優(yōu)。

另外，再分析三個(gè)方案的后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。本工程尾礦輸送管道為壓力管道，尾礦庫回水管道為自流，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用主要是尾礦輸送的動(dòng)力費(fèi)用以及尾礦輸送管道維護(hù)費(fèi)用，具體體現(xiàn)在尾礦輸送管道的長(zhǎng)度和尾礦輸送管道上的彎頭數(shù)量。尾礦輸送管道越長(zhǎng)，水力損失越大，耗能越高，相應(yīng)動(dòng)力費(fèi)用越高；彎頭數(shù)量越多，磨損情況越嚴(yán)重，管道更換維護(hù)費(fèi)用也越高。

由于方案1線路最短，大部分管道在隧洞中敷設(shè)，管道彎頭數(shù)量最少，因此后期維護(hù)費(fèi)用較低；方案2在河道北岸地表明設(shè)，考慮到水土保持措施，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)維檢道路的維護(hù)費(fèi)用將很高；另外方案2和方案3的管線長(zhǎng)度都較方案1長(zhǎng)，彎頭數(shù)量多，維護(hù)費(fèi)用相應(yīng)較高。

綜合考慮工程經(jīng)濟(jì)性，雖然方案1初期投資略高，但后期運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用最低，考慮到管道20多年的運(yùn)行年限，方案1優(yōu)勢(shì)較大。

3)管道安全

管道安全包括管道安全運(yùn)行、管道對(duì)外界的安全影響及外界對(duì)管道的安全影響三個(gè)方面。

從管道安全運(yùn)行角度來看，敷設(shè)坡度不宜過大，允許管道短時(shí)間停止而管道內(nèi)不產(chǎn)生沉積現(xiàn)象，或者不至于淤死，確保在停車時(shí)漿體不會(huì)在管道中沉積，不會(huì)堵塞管道，保證管道系統(tǒng)的停車再啟動(dòng)。從管道對(duì)外界的安全影響角度來看，高壓管道存在爆管風(fēng)險(xiǎn)，存在對(duì)周邊人或其他設(shè)施造成安全影響的可能性。從外界對(duì)管道的安全影響角度來看，比如前文提到的滑坡、崩塌、沉陷、泥石流、沼澤等地質(zhì)不良地區(qū)、地震烈度大于7度地區(qū)的活動(dòng)斷裂帶，以及臨近鐵路公路的振動(dòng)等作用，都會(huì)對(duì)管道本身帶來一定安全影響。

方案1大部分線路為隧洞內(nèi)敷設(shè)，易實(shí)現(xiàn)較緩的敷設(shè)坡度，管道基礎(chǔ)條件較好，對(duì)管道安全運(yùn)行都很有利；發(fā)生爆管事故時(shí)，也能夠?qū)⒂绊懣刂圃谟邢蘅臻g內(nèi)。

方案2管道敷設(shè)平臺(tái)和維檢道路開挖形成邊坡，當(dāng)?shù)厣礁咂露?，在雨季易形成坍塌，?duì)管道安全運(yùn)行不利；發(fā)生事故時(shí)的影響范圍較大。

方案3大部分管道敷設(shè)在河岸，緊鄰河道和國道，發(fā)生事故的安全影響較大；管線經(jīng)過一處泥石流不良地質(zhì)作用區(qū)域，對(duì)管道安全運(yùn)行不利。

因此，從安全層面來看，方案1最優(yōu)。

4)環(huán)境保護(hù)

尾礦屬于一般固體廢物，按照環(huán)保類別分為第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物、第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物和危險(xiǎn)廢物，尾礦污染環(huán)境防治管理是固體廢物污染環(huán)境防治管理的重要部分，對(duì)于防治尾礦污染環(huán)境，保障公眾健康，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。

針對(duì)尾礦設(shè)施管道工程對(duì)環(huán)境層面的影響包括管道初期施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的影響，以及尾礦漿體管道和尾礦庫回水管道運(yùn)行過程中可能發(fā)生的泄漏對(duì)環(huán)境的影響。

方案1管道敷設(shè)在隧洞內(nèi)，本身環(huán)境敏感因素少，隧洞周圍圍巖的滲透性也較地表土壤低得多，再加上空間有限，即使發(fā)生泄漏也容易采取措施進(jìn)行有效控制，故對(duì)周邊環(huán)境影響最??；方案2由于敷設(shè)平臺(tái)和維檢道路施工，將產(chǎn)生大量新開挖邊坡，加之棄土方量也較大，土石方轉(zhuǎn)運(yùn)和棄土場(chǎng)堆存等因素均會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生一定影響；方案3大部分管道緊鄰河道架設(shè)，且經(jīng)過4個(gè)居民點(diǎn)，尾礦輸送管泄露后對(duì)環(huán)境影響最大且難以控制。

從環(huán)境保護(hù)層面來看，方案1最優(yōu)。

5)綜合比較

通過上述分析，三個(gè)方案各自的優(yōu)缺點(diǎn)見表3。

表3 線路方案綜合表

4 結(jié)論

從本文的分析可以得出以下結(jié)論：

(1)尾礦設(shè)施管道工程線路選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮尾礦輸送管道。

(2)尾礦設(shè)施管道工程線路選擇應(yīng)充分根據(jù)選線原則，綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保等因素統(tǒng)籌考慮，多方面論證。

(3)綜合考慮多方面因素，方案1即隧洞內(nèi)管線方案更優(yōu)。

(4)本工程中，隧洞方案雖然造價(jià)稍高，但在環(huán)境保護(hù)、管道安全以及運(yùn)行費(fèi)用方面更具有優(yōu)勢(shì)。

近年來，國家和地方政府對(duì)環(huán)保、安全的要求逐漸提高，相應(yīng)環(huán)保和安全設(shè)施投資在工程中的比例也在逐步增加。在多個(gè)實(shí)施的礦山項(xiàng)目中，針對(duì)尾礦設(shè)施管道工程都要求從環(huán)境保護(hù)和安全角度考慮，設(shè)置必要的防護(hù)設(shè)施。因此，結(jié)合隧洞方案的特點(diǎn)，在未來的尾礦設(shè)施管道工程線路方案選擇中，綜合經(jīng)濟(jì)條件等因素，適當(dāng)?shù)目紤]隧洞方案更符合安全環(huán)保要求。