某大型石場產品輸出方案的比選

高戰敏 王 軍 金忠偉 陳 峰

(1.鞍鋼集團礦業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.鞍鋼集團礦業有限公司，遼寧 鞍山 114000)

0 引言

國內一擬建大型綠色石場，開采礦種為建筑用花崗巖，經評審備案的資源量為2.43×108m3。最終露天境界內圈定礦量1.80×108m3，設計年開采建筑用花崗巖660×104m3(折合1 730×104t)，年生產機制砂石1 650×104t。該石場由露天采場、礦石加工區和產品發運區等組成。礦石加工區位于露天采場北部，毗鄰露天采場布置；受地形等因素限制，產品發運區不能與礦石加工區集中布置，布置在加工區的西部，直線距離約1.3 km。

該石場所在地經濟不很發達，而周邊地市經濟發達，該石場產品主要面向周邊地市。礦山發運區最終產品需要通過石場附近的高速公路輸出到周邊地市，發運區距離高速公路的直線距離約10 km，該段距離的產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，但對石場所在地經濟社會發展貢獻有限；公路汽車運輸方案，對所在地經濟社會發展貢獻較大，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

連接石場場區的現有道路僅為鄉道，現有道路技術標準低，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，在給當地村鎮帶來共建紅利的同時，也將增加現有縣道的交通壓力。因此，建設滿足石場運輸需要，并且避開城鎮、村莊等人口集中的主要環境敏感點的成品外部輸出系統，對石場的建設、生產和運輸均很重要。

2 項目研究過程及成品外部輸出系統方案

石場公司針對成品外部輸出系統建設問題，進行了詳細的實地勘察和交通量調查分析，充分征詢了當地主管部門對該項目的意見和建議，收集周邊直接及間接影響區的地質、水文、氣象、地震及建材等方面的資料；細致地整理了影響區近期的經濟發展狀況和遠景經濟發展規劃等資料；對項目影響區內的交通概況、綜合運輸網現狀做了多方面研究，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。依據石場的功能定位及交通發展預測確定了該項目的建設標準；通過工程概略設計、經濟評價和沿線實際用地控制規劃等內外因素的分析等工作，綜合考慮項目經濟效益評價、社會效益評價、節能及維穩工作分析與評價、風險分析等因素，提出了石場成品外部輸出系統方案，研究形成成品外部輸出膠帶運輸系統和成品外部輸出公路運輸系統兩套方案。

3 成品外部輸出膠帶運輸系統

成品外部輸出膠帶運輸系統起點是礦區成品堆場，終點是現有縣道附近的成品外部發運區，建設一套長距離膠帶運輸系統。礦區發運區的成品骨料通過堆場底部放礦設備進入膠帶運輸系統，通過膠帶運輸系統將礦石輸送至縣道附近的成品外部發運區堆場貯存，后經汽車外運銷售。

在充分了解區域地形地貌條件的基礎上，結合項目建設規模、生產能力，成品外部運輸膠帶系統擬采用“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構，隧道部分挖掘時根據圍巖性質采取合理的支護形式。

膠帶運輸系統地上部分由4個轉運站，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能力4 500 t/h，年輸送砂石骨料1 650 萬t。由4個轉運站，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構，鋼桁架頂部走臺采用鋼格板、兩側設鋼欄桿、立柱采用鋼結構、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；膠帶機驅動站采用鋼筋混凝土整體基礎。配電室采用鋼結構，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，隧道挖掘時根據圍巖性質確定支護形式。

轉運站采用現澆鋼筋混凝土框架結構，柱下獨立基礎，轉運站為封閉式，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。

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

4 成品外部輸出公路運輸系統

成品外部輸出公路運輸系統，起點是礦區西側的成品發運區，穿越縣道，南向終點為礦區附近國道入口，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)必須適當超前，考慮征地、拆遷帶來的經濟費用，在充分了解區域發展建設規劃、紅線寬度、道路性質的基礎上，通過調查并分析項目的交通量、流向及車輛組成，同時，針對規劃區段、山區段，結合規劃道路的斷面型式，提出道路橫斷面方案。其中,礦區起點至縣道路段為山區公路，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(外側設置慢車道)標準，道路全長22.3 km。

公路運輸系統為石場項目的配套運輸公路，同時作為服務于區域交通的支線道路?？紤]區域地形地貌以及發展建設規劃，本項目山區路段，即礦區發運區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。

根據區域地形、地質條件，沿線土地利用性質，現有道路等級和功能等因素，綜合考慮設計車速。石場達產后，日均產量為52 000 t，運輸車輛擬采用載重40 t貨車。依據《公路路線設計規范》(JTG D20-2017)，經計算，本項目山區段擬采用設計車速為40 km/h的三級公路技術標準，規劃區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。經計算，車道數為1.85。根據計算結果，并結合沿線相關路網、城鎮發展的實際情況，同時考慮帶動沿線經濟發展、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，于主車道外側設置慢車道，以保障公路行車安全。

根據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段及規劃區段制定相應的技術標準以及路線方案。其中：礦區起點至縣道路段為山區公路，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(外側設置慢車道)設計標準；縣道至國道路段為規劃區段，長7.9 km，采用設計車速為60 km/h的雙向兩車道二級公路(外側設置慢車道)標準。上述標準能在預測年限內滿足通道維持四級服務水平的要求。

新建路基、防護、公路排水系統及路面(水泥砼路面)工程全長22.3 km，采用雙向兩車道(外側設置慢車道)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。

兩個方案優缺點比較情況詳見表2。

表2 兩個方案優缺點比較表

經綜合比較后，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)環境保護和綠色礦山建設。節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高質量發展的若干意見》(工信部聯原〔2019〕239號)鼓勵砂石礦山運輸公(路)轉鐵(路)、公(路)轉水(路)。膠帶運輸系統電耗少，噪音低，全封閉，對周圍環境影響很小。且公路運輸系統的汽車需要消耗大量油類。大量油耗所產生的尾氣，嚴重污染新建公路附近的空氣質量；大批高速運行的車輛，將使得新建公路附近的空氣產生嚴重的飛塵污染。

4)安全性。膠帶運輸方案，全部產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)石場對所在地經濟社會發展的貢獻。公路運輸方案能夠完善區域公路網絡，適應地區交通運輸發展的需要；能夠改善投資環境，促進地區旅游經濟發展。但上述優點難以消除大量運輸車輛尾氣、揚塵和噪聲對周圍環境的污染。

6 結語

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

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