特大型砂石礦山“長九模式”綠色技術研究

劉孟輝

（1.中國水利水電第八工程局有限公司；2.中電建安徽長九新材料股份有限公司）

隨著國民經濟的快速發展，基礎建設對砂石的需求持續走高，2007—2015 年，我國砂石需求量從102 億t 增至177 億t，其中2014 年需求量高達187億t［1］。為了加快推進生態文明建設，2015 年安徽省的砂石礦山由1 005 個減至781 個，一年時間內減少了224 個［2］，加劇了局部砂石供應緊張的局面。

長九（神山）灰巖礦位于安徽省池州市貴池區境內，礦區面積4.73 km2，資源儲量19.08 億t，礦山設計總生產規模7 000 萬t/a，分兩期實施，每期3 500 萬t/a，系目前全球單體最大的建筑骨料生產基地，總投資93.36 億元。長九項目主要由礦山（含加工區）、物流廊道、長江專用碼頭三大系統工程組成，項目一期于2019 年6 月底正式建成投產，項目礦山二期于2021年底建成投產，碼頭二期正在加緊推進立項報建工作。

1 綠色礦山工程

在礦山資源的開發過程中，為了避免對當地環境造成過多擾動，堅持綠色高效開采，并創建綠色礦山。綠色礦山是指在資源開發全過程中，做到科學有序開采，高效利用資源，使礦區及周邊生態環境可控，確保在開發周期內始終與周邊環境相協調［3］。為此，長九項目設計初期運用綠色高效采選技術，不斷優化設計方案，積極謀劃采選設備大型化、生產控制智慧化、礦區環境公園化的辦礦理念，將綠色礦山的建設要求貫穿于礦山的規劃、設計、建設、運營等多個過程。長九（神山）灰巖礦項目總平面布置見圖1。

1.1 采礦系統

長九（神山）石灰巖礦采礦權共33 個拐點圈定，開采標高+408.60～+40 m。礦區灰巖礦體埋藏淺，厚度大，傾角緩，為獨立山體，東西長約4.5 km，南北寬約1.5 km，賦存標高位于當地地表標高以上；采用露天開采方式，臺階高度15 m，臺階坡面角65°，安全平臺寬度8 m，清掃平臺寬度10 m，每隔2個安全平臺設置1個清掃平臺，最小工作平臺寬度60 m。礦石采用公路—溜井—平硐聯合開拓運輸方式，廢石用汽車直接運輸至排土場。采場靠近北側山坡由東向西平行設置了4 條直徑8 m 的溜井，溜井間距620～800 m不等，同時在礦體北側修筑了9 m 寬的上山開拓道路，開拓道路為Ш 級道路。礦體主要采用直徑120～160 mm 潛孔鉆穿孔，采用毫秒微差控制爆破，孔網參數4 m×6 m；主要采用4.6 m3挖掘機進行裝車，并配有3.2，2 m3挖掘機輔助鏟裝；運輸礦石采用非公路60 t 寬體自卸車，剝離風化層采用TR50 型自卸汽車，運營期采用新能源汽車代替了部分燃油車；破碎硐室內設有寬2.4 m 的重型板式給料機，將溜井礦石給入SR2461 型滾軸篩進行預先篩分，篩上原礦采用新型單段錘破進行高效破碎，預先篩下產品和單段錘破產品分別由不同帶寬的帶式輸送機送至加工區作業。

采礦系統在砂石礦山創新性地采用了公路—溜井—平硐聯合開拓運輸方式，直接降低工程投資超1.7 億元，每年可節省礦石運輸費用超1.3 億元，科學的開拓方案設計給企業帶來了極大的經濟效益，同時也因減少了汽車用量，有效的減少了汽車尾氣排放和運輸揚塵量，為低碳經濟和綠色礦山的創建提供了有力保障。

1.2 砂石加工系統

砂石骨料是混凝土的主要成分，它的質量在一定程度上影響著工程質量。長九（神山）水泥用石灰巖飽和抗壓強度平均值約為64.9 MPa，屬于易碎—中等可碎性巖石［4］，對于該類礦石，中小型骨料加工線大多采用錘破+反擊破的組合作為破碎設備，該種流程具有流程短、破碎比大的優勢，但也不可避免地產生了含粉率高、產品產率可調整度小、易損件磨損快、維修量大的缺點。

為了選擇適合的骨料加工流程及設備，并實現生產設備大型化、生產系統模塊化、產品質量可控、產品產率可調的生產目標，項目組進行了大量的方案對比、試驗研究和實踐考察，創造性地采用了新型單獨錘破+圓錐破碎機的組合破碎流程，解決了傳統錘破+反擊破的含粉率高、維修量大等缺點，新流程具有短流程、破碎比大、能耗低的優點。該流程設計砂石加工生產能力7 000 萬t/a，最終產品為4.75～16 mm、16～25 mm、25～31.5 mm 碎石，以及0～4.75 mm水洗砂及0～6 mm 石粉。砂石加工系統共分2 個區域，分別為礦山加工區域和陸域篩洗區域，2 個區域由1 條綠色物流廊道連接。長九（神山）灰巖巖礦砂石加工生產流程見圖2。

1.2.1 礦山加工區域

礦山加工區域布置于礦山北側，設計處理能力7 000 萬t/a，整個礦區規劃為2 個相對獨立的生產模塊，每個生產模塊由溜破硐室、預篩分車間、半成品堆場、第一篩分車間、第二篩分車間、細碎車間、成品堆場、制砂樓、除塵系統以及配套輔助設施等組成。

溜破硐室位于礦體底部，共有4個硐室，一期、二期各建設2 個硐室，每個硐室內配有2 套生產設備，2套生產設備可獨立生產，也可同時生產。給料設備為GBZ2400X14000 重型板式給料機，預先篩分設備為SR2461 型滾軸篩，粗碎設備為新型JSPCD2626 單段錘破。新型JSPCD2626單段錘破具有破碎比大、處理量大、能耗低、體積小等顯著特點［5］，設備直接投資降低了2.4億元。

（1）一期砂石工藝。預篩分車間設有2 臺3YKR3075 型圓振動篩處理滾軸篩的篩下產品，第一篩分車間設有20 臺3YKR3075 型圓振動篩處理經新型單段錘破破碎的產品，第二篩分車間設有8 臺3YKR3075 型圓振動篩處理與圓錐破碎機形成閉路破碎的產品，合計30臺。3YKR3075型圓振動篩均為3 層篩網，篩上+31.5 mm 粒級產品均進入中細碎作業，預篩分車間的2 臺3YKR3075 篩下-6 mm 粒級產品即為石粉產品，第一篩分車間和第二篩分車間的28臺3YKR3075型圓振動篩的篩下-4.5 mm粒級產品也作為石粉產品，石粉產品由物流廊道運至陸域篩洗區域后從專用碼頭外銷。預篩分車間、第一篩分車間和第二篩分車間的30 臺3YKR3075 型圓振動篩的篩中產品合并后由物流廊道運至陸域篩洗區域進行下一作業。

細碎車間各配置了4 臺CC400-X1 型和CH660MF 型圓錐破碎機，該類破碎機采用的是層壓破碎原理，骨料針片狀和粒形均優于其他破碎機，最終產品含粉量也低于其他類型破碎機約3%，具有故障率低、磨耗件更換簡單、生產效率高、單位電耗較低的優點，較易實現設備大型化。制砂系統配置了8套制砂樓。

（2）二期砂石工藝。二期砂石工藝與一期基本保持一致，僅對部分生產設備和建構筑物布置進行了優化，合并了第一和第二篩分車間，共布置了20臺3LF2870 型環保篩和6 臺3WFPS-XC-3075 型弛張篩，細碎設備改為型號更大的4 臺CH870 圓錐破碎機，所有大型帶式輸送機驅動采用永磁電機。

1.2.2 陸域篩洗區域

陸域篩洗區域設置在長江專用碼頭一端，主要功能為產品篩洗和碼頭儲存，共設16 臺3YKR3680型圓振動篩作為篩洗設備，并配套選用了16 臺FC-15 型螺旋分級機，經篩洗的各種骨料產品和水洗砂進入碼頭產品堆場。

陸域篩洗區域篩洗作業產生的所有廢水均循環處理回用，采用預處理+輻流沉淀池+高壓隔膜壓濾機綜合處理工藝，廢水處理規模2 500 m3/h，實現了廢水零排放。廢水處理系統共設有4座輻流式沉淀池，池體直徑34 m，深5.3 m，池體形式采用圓柱體+底部錐形結構，設計為半埋式，錐形部分在地面以下，圓柱體在地面以上，整體采用鋼筋混凝土結構形式。經濃縮沉淀的尾泥采用12 臺800 m2節能高效壓濾機，1 個循環40 min，濾餅水分控制在20%以下。經處理后的水全部回收利用，脫水后產生的泥渣運至指定的污泥暫存堆場堆存，再定期將污泥外運進行綜合利用。

2 綠色物流廊道工程

對于砂石礦山而言，外部運輸是制約開發規模和市場環境的主要因素，在現代大宗物料運輸方案中，長膠帶綠色廊道是砂石運輸的生命線［6］，其承擔了砂石加工區與專用碼頭之間的作業連接和物流運輸。長九項目綠色物流廊道線路起點為礦山砂石工廠，終點為碼頭陸域的混合料堆場，由弧線和直線組合布置，全程12.98 km，采用了單線單條布置，帶寬2.4 m，帶速5.0 m/s，運輸能力1.3 萬t/h。

綠色物流廊道地面段長度為6.15 km，采用棧橋結構形式；設有4 條隧洞，總長5.1 km，分別穿越楊公嶺、南泉嶺、姥山3座大型山體。對于隧洞段支護，在Ⅱ、Ⅲ類圍巖段采用噴錨永久支護，IV、V類圍巖先采用掛網噴錨與鋼格柵聯合初期支護，后采用鋼筋混凝土二次襯砌進行永久支護。隧洞先后下穿銅九鐵路、橫跨S236 省道、下穿G50 高速、橫跨G318 國道以及升金湖自然保護區。綠色物流廊道長度長、沿線地形和周邊環境復雜，全線均采用了封閉結構，并配備了降噪和除塵等措施，最大程度地減少了對周邊環境的擾動。

3 專用碼頭工程

專用碼頭水域部分位于長江牛頭山港區，設計年吞吐量6 000 萬t，規劃12 個5 000 t 級散貨出口泊位，岸線總長1.6 km。按照“一次規劃，分期實施”的原則，碼頭一期工程設計7 個泊位和5 臺3 000 t/h 裝船機，岸線長度975 m，年設計吞吐能力3 500 萬t。二期設計5 個泊位和3 臺3 000 t/h 裝船機，岸線長度625 m，年設計吞吐能力2 500 萬t。成品砂石經下部地籠帶式輸送機分別運輸至碼頭裝船帶式輸送機，再經沿岸線布置的裝船機裝船。碼頭裝船設備選用直線軌道式裝船機，軌距14.0 m，用于載重500～5 000 t散貨船的裝船作業。

4 智慧礦山建設

智慧礦山是指將礦山開采過程中的各種靜態、動態信息進行數字化處理，并通過計算機網絡實現對礦山的實時自動定位和導航技術的一體化系統［7］。長九（神山）石灰巖礦生產規模大，系統作業面多，分布廣，生產過程工序繁多而復雜，設計與建設初期，便結合國家政策和行業發展趨勢，通過智慧礦山建設將礦山（含加工區）、物流廊道和專用碼頭3 個生產系統的信息、監控、控制、分析集成于一套信息化系統，目前智慧礦山建設已形成“兩大系統，三大管控平臺”，即物聯網控制系統、視頻監控系統、物聯網管控平臺、智慧碼頭管控平臺、智慧礦山綜合管理平臺等。智慧礦山綜合管控平臺總體框架見圖3。

（1）物聯網控制系統包含計量系統、自動化控制系統、料倉自動布料系統、控制中心及網絡傳輸系統，同時建設有物流廊道控制系統、裝船機控制系統、污水處理系統、除塵系統、制砂樓控制系統等。系統總體實現了料倉自動布料、系統生產數據自動計量與實時監管、所有設備啟停順序的自動連鎖控制、運行工況的在線監測、報警及記錄等功能。

（2）視頻監控系統對主要生產區域、重點輔助設施、重點人員作業區域，分級布置了不同分辨率的球型、槍型海康攝像頭，共570個，采用高清攝像機進行遠程實時監控，實時監管現場生產過程，保障作業人員的安全。

（3）物聯網管控平臺主要滿足長九項目產品加工部分在信息集成、生產管理和安全管理等方面的需求，以設備的全流程自動化運轉為基礎，實現設備的點巡檢管理、維修管理及數據分析，實現系統對產品加工沿線設備的智慧化管控，提高系統的監控質量和效率。

（4）智慧碼頭管控平臺主要滿足碼頭區域生產人員及客戶自產品銷售合同簽訂到產品運抵客戶堆場的全過程，所涉及的碼頭作業管理、骨料銷售管理及信息獲取需求，便于不同層級和類型用戶圍繞產品協同工作并獲取相關信息，實現管理信息的透明化，提高管理的質量和效率。

（5）智慧礦山系統依據“綠色礦山”建設標準開發，包含資源管理、地質監測、三維儲量、環境監測、電子圍欄、技術文檔等模塊。

5 結 論

（1）長九項目在礦山開拓上采用了公路—溜井—平硐聯合開拓運輸方式，在砂石破碎中采用了新型單段錘破+圓錐破碎機組合破碎，在物流廊道運輸中采用了長距離、大寬帶、高帶速帶式輸送機運輸方式等多項先進綠色工藝技術，項目起點高，技術先進，完成了對傳統水電砂石生產技術的升級換代。

（2）長九項目采用了以TR100 型自卸運輸汽車、JSPCD2626 新型單段錘破、CH870 大型圓錐破碎機、2.4 m 帶寬帶式輸送機為代表的大型化生產設備，實現了資源的集約化綠色開發，發揮了規模性優勢，創造了極大的經濟效益，為后續大型砂石礦山的建設樹立了標桿。

（3）立足長九項目開發特性，智慧礦山建設將砂石礦山（含加工區）、物流廊道和專業碼頭的各種靜態、動態信息集于一體，實現了資源開發智慧化。

（4）“長九模式”創建了綠色廊道運輸和碼頭水路組合綠色運輸大型實踐案例，突破了砂石骨料銷售經濟半徑的限制，能夠面向城市建筑市場需求，提供規模化、集約化、高品質的砂石產品，開創了特大型綠色砂石項目投資開發新模式。