汨羅某花崗巖礦總體布置方案優化

吳翔偉

(1.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；2.金屬礦山安全技術國家重點實驗室，湖南 長沙 410012)

0 引言

隨著我國基礎設施持續大規模建設，江河湖泊的天然砂石資源枯竭，有些地區超量開采，導致部分地區生態遭到嚴重破壞[1]。近年來，隨著生態文明建設的不斷深入，在一系列政策的指引下，大力整頓和關閉傳統的砂石企業，機制砂石骨料礦山及設備正在成為一個新型龐大的市場[2]。

在有色金屬礦、黑色金屬礦、煤礦等方面，礦山總體布置及總平面布置已經有學者及技術工作者進行了大量的研究，但是機制砂石骨料礦山規模化發展較晚。參考類似礦山因地制宜開展礦山布置，本文以汨羅某花崗巖礦總圖布置為例，結合常見的影響因素、工藝條件、地形特點，對礦山總體布置、破碎加工場地總平面布置、運輸道路設計等方面進行探討和分析。

1 礦山總體布置

通過對區域內地理交通、建設條件、整體規劃、用地布置、投資估算等多方面的調研分析，初步確定在川山坪鎮三子村和青江村范圍內建設建筑用花崗巖破碎及加工生產線。礦區位于汨羅市的南部，離城區約35 km，有簡易公路通往川山坪鎮，川山坪鎮有省道S201 經過，附近有京廣鐵路線川山坪站，交通便利。

礦山生產規模為300×104t/a，分二期開采，一期開采對象為采礦許可證范圍內東南側的花崗巖礦體，最終產品為20～31.5 mm、10～20 mm、5～10 mm 建筑石料和0～5 mm 的機制砂。

根據生產工藝要求、地形及運輸條件，礦山分為露天采場、破碎加工場地、排土場、水源地、35 kV 變電站、辦公場地等6 個功能分區。總體布置堅持節約用地，堅持多用荒山、不占國家生態林地；盡量縮短運輸距離，利用地形高差重力運輸，節約能源的原則[3-4]。

露天開采分為兩期建設，一期為山坡露天開采，最高臺階標高+280 m，最低臺階標高+115.0 m，爆破警戒范圍300 m。礦區西側有青龍湖生態公園，離礦山一期開采爆破警戒范圍約520 m，礦區開采境界300 m 范圍內有民房、電力設施、村級公路等設施。一期爆破警戒范圍內居民樓主要分布在礦區東側、西側，約24 戶，均為磚混結構，設計全部搬遷；爆破警戒范圍內的電力設施，為普通的居民用電，無高等級輸電線路，已由當地電力部門實施改線或拆除，通過以上措施保證了一期300 m 爆破警戒范圍內無居民和電力設施。對爆破警戒范圍內的芙佳洞水庫、村級公路、青龍湖生態公園、破碎加工場地等設施采取防護措施，爆破時設立專門的爆破警戒小組，對警戒范圍內的各道路口實行警戒，并采取控制爆破，控制飛石及沖擊波對周邊建構筑物的影響，通過以上措施保證采場爆破安全。

排土場位于破碎加工場地北側山溝，運輸距離800～2500 m，用于堆存礦山前期及破碎加工場地剝離的第四系表土，長土用于礦山土地復墾。山溝被南北向的山脊劃分為3 部分，設計分為1 區、2區、3 區。1 區最終堆置標高106.0 m，堆置總高度26.0 m；2 區最終堆置標高102.0 m，堆置總高度24.0 m；3 區最終堆置標高106.0 m，堆置總高度27.0 m。排土場堆置高度27 m，總容積35.43×104m3，為三等排土場。

破碎加工場地經現場多次踏勘，場地南側為基本農田，不宜作為工業場地，設計將工業場地布置在露天采場東南側山谷。山谷總體為西東走向，地形坡度為15°～26°，場地北側最高山頂標高150.00 m，南側最高山頂標高140.00 m，溝谷最低標高72.00 m，加工場地占地面積83 500 m2。

水源地設置在礦區東側的河流，新建取水泵站，泵送至礦區高位水池，自流至各用水點。

新建一座35/10 kV 變電站，位于破碎加工場地東側，靠近主要用電負荷。新建變電站從礦區東南方向2 km 高坊35 kV 變電站處接線。

辦公場地新建一棟辦公樓和一座籃球場，位于骨料加工場地出入口東側，距離爆破警戒線最近約105 m，場地標高約70.00 m。礦山總體布置如圖1所示。

圖1 礦山總體布置

2 破碎加工場地總平面布置

2.1 工業場地布置

破碎加工場地地形為西高東低，西側靠近露天采場，地形標高+135～240 m，東側通過骨料運輸道路連接省道S201，地形標高+85～70 m；北側和南側高，中間為溝谷，溝谷地形標高+135～70 m。

破碎加工場地主要布置有粗碎車間、中間礦堆、中細碎車間、礦石加工一車間、礦石加工二車間、成品庫、裝車場地等。建構筑物的布置盡量沿等高線布置，可以使土石方工程量最少，建構筑物及設備基礎位于同一持力層上，受力比較均勻；沿等高線布置能盡量降低場地平整所形成的邊坡高度；場地的布置要結合外部運輸道路，統籌考慮[5-6]。本項目破碎加工場地布置近似坐北朝南；原礦倉倉頂卸礦平臺設置為40m×30 m，載重60 t電動自卸汽車在這里卸礦、調車，電動自卸汽車利用山地下坡的制動來發電，能耗較低；中間礦堆設計為堆場形式，跟傳統意義上的鋼筋混凝土礦倉相比，投資少、施工周期短；礦石加工一車間、二車間總計長×寬為236m×68 m，廠房跨度較大，雖然造成土石方工程量略大，但是廠房整齊美觀且便于內部設施布置；外部運輸量為365.0×104t/a，采用載重30 t 自卸汽車，汽車運輸量大，因此裝車場地是運輸的交通要塞，從成品庫邊緣到裝車場地南側邊緣設計寬度70 m，可用裝車場地10 000 m2，長×寬=200m×50 m，方便汽車在這里裝車運輸。

各車間采用臺階式布置，最高處為原礦倉頂卸礦場地標高+122.00 m，最低處為南側裝車場地標高+89.00 m，高差23 m，場地之間采用鋼筋混凝土擋墻或毛石混凝土擋墻連接[7-8]。卸礦場地與破碎車間擋土墻高為14 m，破碎車間與礦石加工車間擋土墻高為4 m，產品庫與裝車場地之間擋土墻高為8 m，擋土墻高度控制在15 m 以內，施工容易且造價合理。破碎加工場地總平面布置如圖2 所示，破碎加工場地I-I剖面如圖3 所示。

圖2 破碎加工場地總平面布置

圖3 Ⅰ-Ⅰ剖面圖（單位：m）

2.2 土石方工程量

根據實測地形圖和設計場地標高，采用三維軟件計算場地平整土石方工程量，場地挖方量為48.9×104m3，填方量為6.7×104m3，余土方量為42.2×104m3。裝車場地的標高受外部道路限制，最高設置在89.00 m，以此為基準向上設計各場地的標高；重載設備及堆場盡量布置在挖方地段；礦石加工一車間、二車間總計長×寬為236m×68 m，廠房跨度大；可用裝車場地10 000 m2，以上因素雖然造成設計方案挖填方失衡，但是場地平整產生的余土中，質地較好的巖石作為擋土墻材料或供當地建材使用，表層砂厚度3～5 m 供應給當地作為建材使用，其余僅少量運至排土場堆存。各平臺標高滿足工藝及使用要求，場地平整余土能夠有效合理解決。

2.3 場地排洪

工業場地位于山溝處，在場地平整之前，在山溝底部修建Φ1.2 m 混凝土圓管涵，將上游匯水排至場地下游的沉淀池，經沉淀后連接至骨料運輸道路側排水溝。圓管涵長460.0 mm，采用鋼筋混凝土預制Ⅲ級企口式排水管，采用開槽法施工并安裝管道，溝槽采用砂石回填，最大粒徑不得大于25 mm，砂石壓實系數≥0.93，基礎采用C20 混凝土墊層，管埋深要求管頂至地面≥2.0 m。

3 運輸道路

3.1 原礦運輸道路

原礦采用挖掘機裝，汽車運輸，4 m3挖掘機配合載重60 t 電動自卸汽車運輸，平均運距2.0 km。原礦運輸道路等級為二級露天礦山道路，設計時速采用30 km/h，全線設計汽車荷載為公路-II 級。路基寬度10.0～11.5 m，路面寬度2×4.5 m，路肩寬度為1.25 m（填方段），0.5 m（挖方段）。

路面類型采用水泥混凝土路面和泥結碎石路面相結合的形式，其中礦山永久性道路采用水泥混凝土路面，路面結構與產品運輸道路結構相同；露天采場內道路為泥結碎石路面，4 cm 砂礫磨耗層，40 cm 級配碎礫石面層。

路塹邊坡坡比1:0.5，超過10 m 高邊坡，每隔10 m 高度設置一級馬道，寬2.0 m，遇坡體較破碎段，視現場開挖情況，采用噴射混凝土或錨噴支護。填方路堤沿外側路肩修筑安全防護墩，防護墩高50 cm，寬100 cm，長2 m，每隔3 m 設置一道防護墩。外露面涂反光油漆，馬路油漆按40°斜紋涂紅白相間示警線。在挖方路段，沿道路內側路肩設置寬×深為40 cm×40 cm 矩形排水溝，排水溝坡度與道路一致，每隔一段距離將排水溝引至附近天然排水沖溝。原礦運輸主干線標準橫斷面如圖4 所示。

圖4 主運輸道路標準橫斷面（單位：m）

3.2 產品運輸道路

產品運輸道路主要分為骨料運輸道路、骨料運輸道路與工業場地之間的連接道路兩部分。

骨料運輸道路連接裝車場地和東側S201 省道，長950 m，按三級公路標準建設，設計時速40 km/h，全線設計汽車荷載采用公路-II 級。路基整體寬度11.5 m，斷面組成為：行車道寬度2×3.5 m，雙向人行道寬度2×1.5 m，土路肩寬度2×0.75 m。

骨料運輸道路和工業場地之間的連接道路，長320 m，按三級公路標準建設，設計時速40 km/h，全線設計汽車荷載采用公路-II 級。設置為6 車道，空車4 車道，重車2 車道，路面寬度24 m，為水泥混凝土路面，路面較寬，方便車輛運輸，同時便于運輸車輛停放。

全線路側植物選擇鄉土樹種，注重喬、灌木樹種搭配，合理運用開花植物，土路肩栽植木槿和桂花樹一行，間距1 m，木槿和桂花樹以5 m 分段交替種植。滿足綠色礦山建設中礦區專用道路兩側因地制宜設置隔離綠化帶的要求。

行車道路面結構見表1。

表1 行車道路面結構

4 結論

（1）根據生產工藝要求、地形及運輸條件，對汨羅某花崗巖礦露天采場、破碎加工場地、排土場、水源地、35 kV 變電站、辦公場地等6 個功能分區進行優化布置，為礦山提供了安全、便捷的生產和生活環境。

（2）破碎加工場地近坐北朝南布置；礦石加工車間大廠房的布置形式便于內部設施布置；1 萬m2的裝車場地，方便汽車裝車運輸，破碎加工場地的布置功能分區明確，不僅方便生產、運輸，同時廠區整體布置簡潔、規整。