談復雜場地選礦廠總圖設計

胡 軍 鋒

(西安有色冶金設計研究院，陜西 西安 710001)

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談復雜場地選礦廠總圖設計

胡 軍 鋒

(西安有色冶金設計研究院，陜西 西安 710001)

從復雜地質條件、復雜水文條件、零散場地、陡峭場地等方面，介紹了常見的復雜場地種類，并結合工程實例，探討了選礦廠復雜場地總圖設計的處理對策，為類似復雜場地工程設計積累了經驗。

復雜場地，選礦廠，地質條件，水文條件

0 引言

選礦廠通常受原礦供應、運營費用、尾礦排放、環境保護等諸多因素限制，一般建在遠離城鎮的山區，且多數場地條件復雜。在復雜場地條件下建設選礦廠，較一般地區更具復雜性和難度。如何結合不同場地特點，合理進行總平面布置和豎向設計，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，還節省工程投資，是選礦廠總圖設計需要考慮的重點[3，4]。文章結合工程實例，對復雜場地條件下選礦廠總圖設計進行探討。

1 常見的復雜場地種類及總圖設計處理對策

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

1.1 常見的復雜場地種類

1)工程地質條件復雜的場地。

工程地質條件復雜的場地主要包括：對建筑抗震不利的場地；不良地質作用發育的場地；巖土種類多，分布不均勻，性質變化大，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)水文條件復雜的場地。

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

3)地形地貌復雜的場地。

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

1.2 復雜場地總圖設計處理對策

對具有不良地質、地形、施工難度大、基建投資高的各類復雜場地，總圖設計時最經濟、最容易的辦法是盡量避開該類場地。實在避不開的應結合具體情況分析各不利條件，分別采取應對措施，使設計達到適用、安全可靠、經濟合理。

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，總圖設計時應盡量避免大填大挖。無法避免時，需要結合場地工程地質條件和總圖設計情況，選擇合理的邊坡方案，并進行穩定性分析，確定加固方案。高邊坡在穩定性分析、加固處理前，需根據工程重要性確定安全等級和安全系數[K]，并確保加固處理后邊坡的安全系數K不小于確定的安全系數[K]。例如某選礦廠邊坡工程，確定安全系數[K]=1.35。對于高度不大于10 m的土質或石質邊坡，其加固前安全系數1.15≤k′≤2.00的邊坡，一般采用漿砌毛石擋墻+生態邊坡支護；高度為10 m～30 m土質或石質挖方邊坡，安全系數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1.15≤k′≤1.2的土石膠結較好的邊坡，一般采用削坡、減載后，采用錨桿+掛網+噴漿方案支護。經以上加固處理后的邊坡安全系數均大于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。

2)水文條件復雜場地處理對策。

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

a.根據工程重要程度及受災后的損失程度擬定河道防洪標準；

b.計算流域的匯水面積；

c.計算對應重現期洪峰流量；

d.根據河床縱坡，計算河段流速；

e.根據河段縱坡、流速及洪峰流量計算河段過水斷面和確定河道設計斷面 (調節寬度，加大深度，提高流速和通過能力)；

f.根據設計斷面，確定河道寬度和對應重現期的洪水位標高；

g.截彎取直，確定新的河堤擋墻位置；

h.根據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、厚度與高度及場地標高；

i.設計河堤高度和結構斷面，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，則可以實現礦漿自流，縮小建構筑物間距，節省用地。總圖設計時應揚長避短，發揚有利的一面。

在陡峭場地設計選礦廠時，結合地形走向宜將建構筑物的長軸平行于地形等高線布置。這時建構筑物周圍的邊坡高度最小，占地最少，同時基礎工程量也最省。地形越陡，這樣布置的優點也就越明顯。對于場地內建構筑物的平面形式也不宜過于復雜，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，宜將生產系統垂直于地形等高線布置。選礦廠生產系統的工藝流程一般為：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系統建構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，節約用地。

山區場地選礦廠豎向設計一般采用臺階式布置。為了車間聯系及運輸的需要，各臺階往往需要有道路連通。對于陡峭場地選礦廠豎向設計，其場地臺階的劃分數量會增加，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，尤其是當道路展線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，某選礦廠破碎系統平臺受到地形限制，無法修建聯絡道路，設計在破碎系統西側山坡修建斜坡道解決其運輸聯系。當某些車間內平臺高度和場地臺階高度協調時，也可采用分層入口的方式連接。

4)零散場地處理對策。

山區建設選礦廠，往往較難找到一整塊理想場地，時常要利用零散碎塊地進行整合設計。

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

如果場地被溝谷分割為零散場地，生產系統可考慮跨溝布置。可將破碎、篩分等車間分布于溝谷兩側，可充分利用天然溝谷的上部空間設置皮帶走廊，這樣既可減少土方工程量，又可節約用地。

5)狹小場地處理對策。

在場地面積狹小的情況下建設選礦廠，除了對礦區山坡地大開挖平整場地以外，還可通過調整工藝方案以節省用地。例如，某金礦由于地形受限，建設場地緊張，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，設計在其側面布置轉運站，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，規模30萬t/年。

礦區山高溝深，山坡地形陡，多見峭壁。海拔為1 600 m～2 300 m，相對比高700 m。區內植被覆蓋少，易受雨水沖刷，山洪、泥石流時有發生。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，但場地較陡峭，且用地面積緊張。該選礦廠在設計中與選礦專業密切溝通，采用開路破碎系統。結合選礦工藝及地形，將生產系統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。該選礦廠在總圖設計中合理利用陡峭地形，既為礦漿自流創造了條件，也節省了用地。該選礦廠已建成投產，運行良好，為企業帶來了較好的經濟效益。

2)西部某鋰輝石礦，規模90萬t/年。

礦區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，屬構造剝蝕高山極深切割高山區，溝谷呈V字形地貌形態，礦山區域建廠條件很差。通過多次現場踏勘及方案論證，形成兩個選礦廠建設方案。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及一段磨礦，然后礦漿自流輸送至礦區東南方向9 km外的一處山坡，該場地標高2 700 m，場地平緩開闊，作為選廠后續工段建設場地。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尾礦庫，精礦脫水場地西側就是該項目規劃的鋰鹽加工園區。方案二：位于礦區西側約8 km處，標高3 390 m，用地呈窄長帶狀，面積可以滿足選廠建設，該場地地形平緩，但物料自流條件差，距鋰鹽加工園區約50 km，精礦運輸距離較遠。

通過對兩個建設方案定性、定量比較，得出結論：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，選廠生產設施較分散，但海拔較低，日照條件好，可為生產及生活提供較好的自然條件，且與鋰鹽加園區地很近，相互之間協作條件好。最終推薦方案一為選礦廠建設方案。

3 結語

復雜場地選礦廠建設條件千變萬化，總圖設計需要根據不同情況靈活應對，從全局出發，結合實際情況，進行系統分析。復雜場地選礦廠總圖設計時，在滿足工藝流程要求的前提下，應結合場地地形條件，工程地質條件，水文條件等綜合考慮，巧妙的利用和適度改造現有場地，這對于優化選礦廠總圖設計，節省工程投資，安全生產等方面都有重要意義。文章總結了工程實踐中對復雜場地總圖設計的一些應對方法，希望能對類似的復雜場地工程設計提供幫助。

[1] 雷 明.工業企業總平面設計[M].西安:陜西科學技術出版社,1998.

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

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

[4] 李遙良.復雜地形在氯堿企業總圖運輸中的探討[J].鹽業與化工，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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