談復(fù)雜場地選礦廠總圖設(shè)計

胡 軍 鋒

(西安有色冶金設(shè)計研究院，陜西 西安 710001)

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談復(fù)雜場地選礦廠總圖設(shè)計

胡 軍 鋒

(西安有色冶金設(shè)計研究院，陜西 西安 710001)

從復(fù)雜地質(zhì)條件、復(fù)雜水文條件、零散場地、陡峭場地等方面，介紹了常見的復(fù)雜場地種類，并結(jié)合工程實例，探討了選礦廠復(fù)雜場地總圖設(shè)計的處理對策，為類似復(fù)雜場地工程設(shè)計積累了經(jīng)驗。

復(fù)雜場地，選礦廠，地質(zhì)條件，水文條件

0 引言

選礦廠通常受原礦供應(yīng)、運營費用、尾礦排放、環(huán)境保護等諸多因素限制，一般建在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的山區(qū)，且多數(shù)場地條件復(fù)雜。在復(fù)雜場地條件下建設(shè)選礦廠，較一般地區(qū)更具復(fù)雜性和難度。如何結(jié)合不同場地特點，合理進(jìn)行總平面布置和豎向設(shè)計，既滿足選礦工藝要求，使物流順暢，又保證選礦廠安全可靠運行，還節(jié)省工程投資，是選礦廠總圖設(shè)計需要考慮的重點[3，4]。文章結(jié)合工程實例，對復(fù)雜場地條件下選礦廠總圖設(shè)計進(jìn)行探討。

1 常見的復(fù)雜場地種類及總圖設(shè)計處理對策

選礦廠在選址時應(yīng)結(jié)合礦山開采、原礦運輸、尾礦排放、水電條件、環(huán)境保護、用地面積、工程地質(zhì)及地形地貌等因素綜合考慮，確保項目總體合理最優(yōu)的原則選取廠址。條件允許時，應(yīng)盡量選擇工程地質(zhì)、水文條件良好，具有足夠建設(shè)面積的有利地形作為選礦廠廠址。選礦廠各類車間建設(shè)較為理想的地形坡度如下：破碎車間建設(shè)適宜坡度為25°～40°，磨礦車間建設(shè)適宜坡度為20°～25°，浮選車間建設(shè)適宜坡度為15°，過濾脫水設(shè)施建設(shè)適宜坡度為10°～15°。但在選礦廠選址過程中時常會遇到各種制約條件，導(dǎo)致選礦廠場地條件復(fù)雜。例如：廠址其他各方面條件均較為優(yōu)越，唯獨地形條件復(fù)雜、用地面積有限的情況；由于客觀條件的限制，不允許設(shè)計單位和甲方有選擇理想選礦廠廠址的機會和余地，而只能在限定的復(fù)雜場地范圍內(nèi)建設(shè)選礦廠；地形復(fù)雜，用地受限，要求原地擴建選礦廠。

1.1 常見的復(fù)雜場地種類

1)工程地質(zhì)條件復(fù)雜的場地。

工程地質(zhì)條件復(fù)雜的場地主要包括：對建筑抗震不利的場地；不良地質(zhì)作用發(fā)育的場地；巖土種類多，分布不均勻，性質(zhì)變化大，需特殊處理的場地；濕陷、膨脹、鹽漬、受污染等特殊性巖土場地。

2)水文條件復(fù)雜的場地。

水文條件復(fù)雜的場地主要包括：有影響工程的多層地下水、巖溶裂隙水或其他水文地質(zhì)復(fù)雜、需專門研究的場地；基礎(chǔ)位于地下水位以下的場地；需要考慮防洪、排澇的場地。

3)地形地貌復(fù)雜的場地。

地形地貌復(fù)雜的場地主要包括：地形起伏大、坡度陡的場地；可用地面積狹小、零散的場地；用地紅線不規(guī)則、窄長帶狀場地。

1.2 復(fù)雜場地總圖設(shè)計處理對策

對具有不良地質(zhì)、地形、施工難度大、基建投資高的各類復(fù)雜場地，總圖設(shè)計時最經(jīng)濟、最容易的辦法是盡量避開該類場地。實在避不開的應(yīng)結(jié)合具體情況分析各不利條件，分別采取應(yīng)對措施，使設(shè)計達(dá)到適用、安全可靠、經(jīng)濟合理。

1)高邊坡和工程滑坡的處理對策。

由于高邊坡滑坡對選礦廠危害性很大，總圖設(shè)計時應(yīng)盡量避免大填大挖。無法避免時，需要結(jié)合場地工程地質(zhì)條件和總圖設(shè)計情況，選擇合理的邊坡方案，并進(jìn)行穩(wěn)定性分析，確定加固方案。高邊坡在穩(wěn)定性分析、加固處理前，需根據(jù)工程重要性確定安全等級和安全系數(shù)[K]，并確保加固處理后邊坡的安全系數(shù)K不小于確定的安全系數(shù)[K]。例如某選礦廠邊坡工程，確定安全系數(shù)[K]=1.35。對于高度不大于10 m的土質(zhì)或石質(zhì)邊坡，其加固前安全系數(shù)1.15≤k′≤2.00的邊坡，一般采用漿砌毛石擋墻+生態(tài)邊坡支護；高度為10 m～30 m土質(zhì)或石質(zhì)挖方邊坡，安全系數(shù)k′≤1.10的，一般采用錨索擋墻分段錯臺支護方案。高度30 m左右，安全系數(shù)1.15≤k′≤1.2的土石膠結(jié)較好的邊坡，一般采用削坡、減載后，采用錨桿+掛網(wǎng)+噴漿方案支護。經(jīng)以上加固處理后的邊坡安全系數(shù)均大于1.35。對于工程滑坡的治理一般可采用混凝土抗滑樁、混凝土框架+噴混凝土護坡等防護技術(shù)。

2)水文條件復(fù)雜場地處理對策。

對于地下水豐富的場地應(yīng)做好疏導(dǎo)設(shè)計，避免邊坡及建構(gòu)筑物安全穩(wěn)定性受到影響。對于可能受到山坡匯水影響的場地，應(yīng)在場地上方山坡沿有利地形修筑安全可靠的截排洪設(shè)施，排洪溝宜設(shè)置明溝，避免設(shè)置暗溝，其布置亦應(yīng)避開廠區(qū)，不宜穿越廠區(qū)。對位于山谷河道附近的場地，應(yīng)充分意識到洪水的威脅程度，加以科學(xué)防護。主要以“宜順不宜擋”“宜分不宜集”為原則，必要時可進(jìn)行河道整治。河道整治具體方法步驟:

a.根據(jù)工程重要程度及受災(zāi)后的損失程度擬定河道防洪標(biāo)準(zhǔn)；

b.計算流域的匯水面積；

c.計算對應(yīng)重現(xiàn)期洪峰流量；

d.根據(jù)河床縱坡，計算河段流速；

e.根據(jù)河段縱坡、流速及洪峰流量計算河段過水?dāng)嗝婧痛_定河道設(shè)計斷面 (調(diào)節(jié)寬度，加大深度，提高流速和通過能力)；

f.根據(jù)設(shè)計斷面，確定河道寬度和對應(yīng)重現(xiàn)期的洪水位標(biāo)高；

g.截彎取直，確定新的河堤擋墻位置；

h.根據(jù)校核洪峰流量校核洪水位高度和水的浮力，確定防沖刷措施，材質(zhì)、厚度與高度及場地標(biāo)高；

i.設(shè)計河堤高度和結(jié)構(gòu)斷面，最終滿足安全有序的排洪要求。

3)陡峭場地處理對策。

地形陡峭的場地在總圖設(shè)計時存在高邊坡的不利一面，而如果能合理利用地形高差，則可以實現(xiàn)礦漿自流，縮小建構(gòu)筑物間距，節(jié)省用地?？倛D設(shè)計時應(yīng)揚長避短，發(fā)揚有利的一面。

在陡峭場地設(shè)計選礦廠時，結(jié)合地形走向宜將建構(gòu)筑物的長軸平行于地形等高線布置。這時建構(gòu)筑物周圍的邊坡高度最小，占地最少，同時基礎(chǔ)工程量也最省。地形越陡，這樣布置的優(yōu)點也就越明顯。對于場地內(nèi)建構(gòu)筑物的平面形式也不宜過于復(fù)雜，否則邊坡增加，土方工程量加大，也不利于安全。

在陡峭場地布置選礦廠，宜將生產(chǎn)系統(tǒng)垂直于地形等高線布置。選礦廠生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程一般為：原礦倉→破碎車間→粉礦倉→磨礦車間→選別車間→精礦濃縮脫水。這些建構(gòu)筑物之間由膠帶輸送機或管道連接，本身具有一定高差要求。在地形陡峭場地布置時，宜將選礦廠各建構(gòu)筑物按工藝流程順序，在垂直等高線的方向由高到低分臺階布置，利用臺階高差來補償生產(chǎn)系統(tǒng)建構(gòu)筑物之間本身固有高差，可以縮短膠帶輸送機長度(一般自然地形坡度為20%時，膠帶輸送機走廊長度較平地可縮短60%)，縮小建筑物間距。該布置方式可以合理利用陡峭地形，做到物料自流，布置緊促，節(jié)約用地。

山區(qū)場地選礦廠豎向設(shè)計一般采用臺階式布置。為了車間聯(lián)系及運輸?shù)男枰髋_階往往需要有道路連通。對于陡峭場地選礦廠豎向設(shè)計，其場地臺階的劃分?jǐn)?shù)量會增加，臺階之間的高差也會加大。這樣會增加各臺階道路連接的難度，尤其是當(dāng)?shù)缆氛咕€受到地形或用地邊界制約時，這就需要采用一些特殊的連接方式。例如，某選礦廠破碎系統(tǒng)平臺受到地形限制，無法修建聯(lián)絡(luò)道路，設(shè)計在破碎系統(tǒng)西側(cè)山坡修建斜坡道解決其運輸聯(lián)系。當(dāng)某些車間內(nèi)平臺高度和場地臺階高度協(xié)調(diào)時，也可采用分層入口的方式連接。

4)零散場地處理對策。

山區(qū)建設(shè)選礦廠，往往較難找到一整塊理想場地，時常要利用零散碎塊地進(jìn)行整合設(shè)計。

零散場地設(shè)計應(yīng)充分分析場地建設(shè)條件，結(jié)合工藝流程合理分區(qū)，將工藝聯(lián)系緊密的車間盡量布置在一個地塊內(nèi)，將工藝聯(lián)系不太緊密的區(qū)塊可以考慮分開布置。即每一場地布置一個功能分區(qū)，每一分區(qū)內(nèi)的建筑物關(guān)系相對密切，場地間相對獨立可按單獨場地對待。例如，可將機修間、倉庫等輔助生產(chǎn)設(shè)施布置在一個獨立場地內(nèi)；精礦濃縮脫水設(shè)施、精礦庫等就近布置困難時，在滿足礦漿自流情況下，可考慮遠(yuǎn)離主廠房布置在對外運輸方便，便于生產(chǎn)管理的場地。

如果場地被溝谷分割為零散場地，生產(chǎn)系統(tǒng)可考慮跨溝布置?？蓪⑵扑椤⒑Y分等車間分布于溝谷兩側(cè)，可充分利用天然溝谷的上部空間設(shè)置皮帶走廊，這樣既可減少土方工程量，又可節(jié)約用地。

5)狹小場地處理對策。

在場地面積狹小的情況下建設(shè)選礦廠，除了對礦區(qū)山坡地大開挖平整場地以外，還可通過調(diào)整工藝方案以節(jié)省用地。例如，某金礦由于地形受限，建設(shè)場地緊張，迫使原礦倉及破碎車間緊靠粉礦倉布置，破碎車間與粉礦倉之間又沒有足夠高差和距離，為了解決破碎礦石至粉礦倉的運輸問題，設(shè)計在其側(cè)面布置轉(zhuǎn)運站，采用折返皮帶運輸，最終問題解決。

2 實例分析

1)甘肅某銻礦，規(guī)模30萬t/年。

礦區(qū)山高溝深，山坡地形陡，多見峭壁。海拔為1 600 m～2 300 m，相對比高700 m。區(qū)內(nèi)植被覆蓋少，易受雨水沖刷，山洪、泥石流時有發(fā)生。該礦選礦廠在考慮到礦山開采、原礦運輸、尾礦排放、自然災(zāi)害防治等因素后，將廠址選擇在礦山附近一處南向山坡。該廠址可以保證項目整體方案最優(yōu)，但場地較陡峭，且用地面積緊張。該選礦廠在設(shè)計中與選礦專業(yè)密切溝通，采用開路破碎系統(tǒng)。結(jié)合選礦工藝及地形，將生產(chǎn)系統(tǒng)垂直于地形等高線布置，由高到低依次布置破碎間、粉礦倉、磨礦間、浮選間、精礦壓濾。選礦廠采用臺階式布置，破碎車間在1 739.00 m平臺；球磨和浮選車間定在1 724.00 m～1 726 m平臺，精礦脫水在1 721.5 m平臺。該選礦廠在總圖設(shè)計中合理利用陡峭地形，既為礦漿自流創(chuàng)造了條件，也節(jié)省了用地。該選礦廠已建成投產(chǎn)，運行良好，為企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟效益。

2)西部某鋰輝石礦，規(guī)模90萬t/年。

礦區(qū)地處大雪山山脈北延部分，海拔高程2 300 m～4 190 m，相對高差1 890 m，山勢陡峭，懸崖疊出。地勢為西高東低、北高南低，屬構(gòu)造剝蝕高山極深切割高山區(qū)，溝谷呈V字形地貌形態(tài)，礦山區(qū)域建廠條件很差。通過多次現(xiàn)場踏勘及方案論證，形成兩個選礦廠建設(shè)方案。方案一:在礦山3 300主平硐口附近，利用僅有的帶狀場地布置破碎系統(tǒng)及一段磨礦，然后礦漿自流輸送至礦區(qū)東南方向9 km外的一處山坡，該場地標(biāo)高2 700 m，場地平緩開闊，作為選廠后續(xù)工段建設(shè)場地。二段磨礦、選別、精礦脫水等車間均布置于此場地。該場地附近也有合適的山溝建設(shè)尾礦庫，精礦脫水場地西側(cè)就是該項目規(guī)劃的鋰鹽加工園區(qū)。方案二：位于礦區(qū)西側(cè)約8 km處，標(biāo)高3 390 m，用地呈窄長帶狀，面積可以滿足選廠建設(shè)，該場地地形平緩，但物料自流條件差，距鋰鹽加工園區(qū)約50 km，精礦運輸距離較遠(yuǎn)。

通過對兩個建設(shè)方案定性、定量比較，得出結(jié)論：方案一的基建投資比方案二高5 023.29萬元，但其運營成本較方案二少1 054.9萬元/年。雖然方案一的基建工程量大、基建周期相對較長，選廠生產(chǎn)設(shè)施較分散，但海拔較低，日照條件好，可為生產(chǎn)及生活提供較好的自然條件，且與鋰鹽加園區(qū)地很近，相互之間協(xié)作條件好。最終推薦方案一為選礦廠建設(shè)方案。

3 結(jié)語

復(fù)雜場地選礦廠建設(shè)條件千變?nèi)f化，總圖設(shè)計需要根據(jù)不同情況靈活應(yīng)對，從全局出發(fā)，結(jié)合實際情況，進(jìn)行系統(tǒng)分析。復(fù)雜場地選礦廠總圖設(shè)計時，在滿足工藝流程要求的前提下，應(yīng)結(jié)合場地地形條件，工程地質(zhì)條件，水文條件等綜合考慮，巧妙的利用和適度改造現(xiàn)有場地，這對于優(yōu)化選礦廠總圖設(shè)計，節(jié)省工程投資，安全生產(chǎn)等方面都有重要意義。文章總結(jié)了工程實踐中對復(fù)雜場地總圖設(shè)計的一些應(yīng)對方法，希望能對類似的復(fù)雜場地工程設(shè)計提供幫助。

[1] 雷 明.工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1998.

[2] 《有色冶金企業(yè)總圖運輸設(shè)計參考資料》編寫組.有色冶金企業(yè)總圖運輸設(shè)計參考資料[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1981.

[3] 顏力源，武陶陶.山地條件下廠區(qū)總體規(guī)劃設(shè)計問題探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2015(3)：125-127.

[4] 李遙良.復(fù)雜地形在氯堿企業(yè)總圖運輸中的探討[J].鹽業(yè)與化工，2012(8)：24-26.

Discussion on the general layout of concentration plant in complex site

Hu Junfeng

(Xi’anEngineeringandResearchInstituteofNonferrousMetallurgy，Xi’an710001,China)

Starting from aspects of complex geological conditions, complex hydrological conditions, scattered sites, and steep sites, the paper introduces common complex sites types, and explores the design processing countermeasures of general concentration plant layout with complex sits by combining with engineering examples, which has accumulated experiences for engineering design with similar complex sites.

complex site, concentration plant, geological conditions, hydrological conditions

1009-6825(2016)18-0021-03

2016-04-13

胡軍鋒(1982- )，男，工程師

TU201

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