山區(qū)選礦廠階梯式豎向設(shè)計(jì)探討

馬慶軍

（山西中條山工程設(shè)計(jì)研究有限公司，山西 運(yùn)城 043700）

1 豎向設(shè)計(jì)布置形式

在豎向設(shè)計(jì)的布置方面，主要包含了平坡式和階梯式，不同的布設(shè)形式下也存在著各自的特點(diǎn)，為達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果，在具體的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件的分析，選取最為有效的設(shè)計(jì)策略。

1.1 平坡式豎向布置

如果設(shè)計(jì)廠區(qū)的場(chǎng)地相對(duì)平坦，自然地形坡度處于3%以內(nèi)，在采用豎向設(shè)計(jì)的過程中，一般選用平坡式布設(shè)最佳。為達(dá)到設(shè)計(jì)質(zhì)量，坡向的設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵，專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地范圍大小、建筑平面布局、地下管溝和交通分布等，比較是選用單坡還是雙坡、多坡的形式最好[1]。在有效的坡度設(shè)計(jì)下，廠區(qū)中的各個(gè)場(chǎng)地之間實(shí)現(xiàn)了可靠連接，完全能夠滿足工藝布設(shè)的要求。

1.2 階梯式豎向布置

如果豎向設(shè)計(jì)中遇到的是場(chǎng)地條件范圍有限，自然地形坡度超過了3%，就可以選用階梯式豎向布置的形式。一般情況下，在采用階梯式豎向設(shè)計(jì)的過程中，尤其要注重對(duì)階梯的科學(xué)劃分，將主廠房區(qū)域布置作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，考慮綜合性的因素，將相關(guān)建筑物和設(shè)施布設(shè)在同一個(gè)階梯中，通過這一設(shè)計(jì)方式來保障廠區(qū)內(nèi)管溝布設(shè)、內(nèi)外交通布設(shè)的科學(xué)性和合理性[2]。但階梯式豎向設(shè)計(jì)中，專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮階梯的連接和階面處理，將臺(tái)階數(shù)量控制在合理的范圍內(nèi)。

2 工程概況

以某山區(qū)選礦廠為例，該選礦廠場(chǎng)址的地形起伏較大，特殊的山區(qū)地形使得其設(shè)計(jì)難度加大。根據(jù)該山區(qū)的地形地質(zhì)等情況調(diào)查，結(jié)合采礦工藝的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最終將主井和選礦廠場(chǎng)址選擇在采礦場(chǎng)地南側(cè)的山坡上，主井提升到地表的礦石在經(jīng)由膠帶以后會(huì)陸續(xù)進(jìn)入選礦廠中。此選礦廠的地形高差較大，呈現(xiàn)出西高東低的分布特點(diǎn)，西側(cè)和東側(cè)分別處于山梁和溝底的位置，且此選礦廠廠區(qū)中的地形坡在5%～20%之間。根據(jù)選礦廠的設(shè)計(jì)要求，此選礦廠中的基礎(chǔ)構(gòu)成要素分別為選礦工藝設(shè)施、尾礦設(shè)施、輔助生產(chǎn)設(shè)施、機(jī)械設(shè)施和辦公服務(wù)設(shè)施，而每種設(shè)施下又包含了多種構(gòu)成要素，比如，選礦工藝系統(tǒng)內(nèi)有細(xì)碎車間、篩分車間、磨礦倉(cāng)、主廠房、中礦濃縮；尾礦設(shè)施包含了濃縮池、分砂泵站、總砂泵站等。

3 設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方法

3.1 豎向設(shè)計(jì)之利用地形

因?yàn)樵谠撋絽^(qū)選礦廠中所處的地質(zhì)地形條件復(fù)雜，山區(qū)惡劣的地形條件使得在選礦廠的設(shè)計(jì)過程中，可以直接利用自然坡度有來實(shí)現(xiàn)物料的重力運(yùn)輸，且自然坡度的利用還可以有效降低地形相對(duì)高差。礦石是選礦廠的主要原料，在經(jīng)由一系列的處理以后，所產(chǎn)生的產(chǎn)品就是精粉，細(xì)碎、篩分、磨礦倉(cāng)、主廠房和中礦濃縮池都是選礦中經(jīng)歷的環(huán)節(jié)，為保障選礦流程的科學(xué)性，在選礦廠的設(shè)計(jì)過程中，最好將各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)車間按照從高到低的順序來開展布設(shè)，通過重力運(yùn)輸不僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的，更是縮短了通廊的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，整體的工程量有所減少[3]。

在階梯式豎向設(shè)計(jì)的過程中，如果要有效利用山區(qū)特有的地形條件，專業(yè)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中同樣要注重對(duì)地形變化的關(guān)注，通過地形變化趨勢(shì)的掌握，將選礦廠中的各個(gè)系統(tǒng)和車間特點(diǎn)與其結(jié)合起來，保障各個(gè)系統(tǒng)、車間位置選擇的合理性，通過地形條件的有效利用，可以有效減小填挖高度。比如，選礦廠的選礦作業(yè)實(shí)施中，礦石經(jīng)由主井提升到地表以后，先后進(jìn)入了中細(xì)碎車間、篩分車間，兩個(gè)車間之間呈現(xiàn)出閉路關(guān)系，也就是中細(xì)碎車間破碎以后的物料直接通過膠帶通廊進(jìn)入到篩分車間內(nèi)，而篩分車間中的物料同樣要返回到中細(xì)碎車間，如果從立面角度來看，兩個(gè)車間之間的通道為交叉通廊設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該保障二者設(shè)計(jì)標(biāo)高的一致性[4]。因?yàn)樵诖松絽^(qū)選礦廠場(chǎng)址條件下，主井向南為南北向山坡，坡度相對(duì)較緩，且場(chǎng)地中的長(zhǎng)度完全也可以達(dá)到交叉通廊的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在設(shè)計(jì)的過程中可以將其直接布設(shè)在溝內(nèi)，并通過適當(dāng)?shù)奶罘阶鳂I(yè)來實(shí)現(xiàn)濃縮池的挖方量控制。

3.2 豎向設(shè)計(jì)之改造地形

對(duì)山區(qū)選礦廠的階梯式豎向設(shè)計(jì)中，對(duì)地形的改造同樣非常重要，因?yàn)檫x礦廠有著其特殊的工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，現(xiàn)場(chǎng)的地形條件并不能完全滿足要求。因此，階梯式豎向設(shè)計(jì)中，最為關(guān)鍵的就是臺(tái)階寬度、高度、標(biāo)高與連接設(shè)計(jì)。

3.2.1 臺(tái)階劃分設(shè)計(jì)

在臺(tái)階的劃分過程中，需考慮的因素非常多，地形是需要考慮的重點(diǎn)因素，專業(yè)設(shè)計(jì)人員為達(dá)到最為理想的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該根據(jù)主體工藝系統(tǒng)的布置標(biāo)準(zhǔn)，使得系統(tǒng)中各個(gè)車間布置在對(duì)應(yīng)的臺(tái)階上，充分實(shí)現(xiàn)重力運(yùn)輸、膠帶長(zhǎng)度較小的目標(biāo)。該山區(qū)選礦廠的設(shè)計(jì)過程中，將中細(xì)碎車間和篩分車間都沿著山梁的南北方向布置，且這兩個(gè)車間利用交叉通廊設(shè)計(jì)來保障連接效果，最終的設(shè)計(jì)標(biāo)高都為93m，并將這兩個(gè)車間都布設(shè)在同一臺(tái)階上。山梁東側(cè)向下的位置，布設(shè)磨礦倉(cāng)，最終的設(shè)計(jì)標(biāo)高為88m；再往東向下臺(tái)階為主廠房，作為選礦廠中的重要構(gòu)成要素，其寬度較大，如果在設(shè)計(jì)的過程中采用同一設(shè)計(jì)標(biāo)高，可能會(huì)導(dǎo)致填方或者挖方的工作量較大，物料的重力運(yùn)輸目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)，經(jīng)由多種因素考慮，將西部?jī)煽绾蜄|部?jī)煽缭O(shè)計(jì)在不同的標(biāo)高上，這種設(shè)計(jì)理念下，土石方工作量有所減少，重力運(yùn)輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)[5]。

3.2.2 臺(tái)階寬度設(shè)計(jì)

在山區(qū)選礦廠設(shè)計(jì)的過程中，如果選用的是階梯式豎向設(shè)計(jì)的方式，對(duì)臺(tái)階寬度的設(shè)計(jì)也非常重要，專業(yè)設(shè)計(jì)人員在臺(tái)階寬度的設(shè)計(jì)上，必須要保障最終所確定的寬度符合建筑物、道路、人行道、管線和綠化等的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。建筑物與構(gòu)筑物的布置過程中，應(yīng)該將基礎(chǔ)與邊坡坡頂?shù)木嚯x控制在合理的范圍內(nèi)，通過這一距離控制來提高建筑物與構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的安全性，一旦邊坡高度在8m以上，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的同時(shí)還應(yīng)做好臺(tái)階邊坡的穩(wěn)定性分析[6]。道路與人行道的寬度設(shè)計(jì)上，應(yīng)從使用功能、人流量角度出發(fā)，保障寬度的合理性，而管線占地應(yīng)該以管線種類、間距作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如果在高階段不需要進(jìn)行管線的綜合設(shè)計(jì)，專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)選礦廠廠區(qū)內(nèi)的管線布置情況有一個(gè)基本的了解，做好預(yù)留寬度的有效設(shè)計(jì)。而綠化帶的寬度設(shè)計(jì)上，應(yīng)該以廠區(qū)內(nèi)設(shè)施的性質(zhì)、功能作為設(shè)計(jì)前提，比如，針對(duì)廠區(qū)內(nèi)的行政辦公區(qū)、生活服務(wù)區(qū)、存在噪音和粉塵的車間等，因?yàn)閷?duì)于綠化設(shè)計(jì)的要求相對(duì)較高，在綠化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)作為重點(diǎn)環(huán)節(jié)開展設(shè)計(jì)，適當(dāng)增加綠化的寬度。

3.2.3 臺(tái)階高度設(shè)計(jì)

臺(tái)階高度的設(shè)計(jì)方面，嚴(yán)禁臺(tái)階高度過大，設(shè)計(jì)人員在臺(tái)階高度這一指標(biāo)的確定過程中，應(yīng)該根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來確定。因?yàn)槿绻_(tái)階高度過大，直接導(dǎo)致連接道路過長(zhǎng)，廠區(qū)內(nèi)空間有限廠房之間的道路展現(xiàn)越發(fā)困難，且不同臺(tái)階之間難以實(shí)現(xiàn)良好的連接。此外，臺(tái)階高度過大，雖然可以在一定程度上減小土石方工作量，但臺(tái)階之間的擋墻工程量卻非常大，也就增大了山區(qū)選礦廠的建設(shè)施工費(fèi)用。因此，根據(jù)對(duì)該山區(qū)選礦廠的現(xiàn)場(chǎng)條件分析，其臺(tái)階高度保持在2m～4m最為理想，這一高度設(shè)計(jì)要求下，臺(tái)階之間的道路連接相對(duì)便捷，護(hù)坡?lián)鯄Φ墓こ塘恳驳玫搅艘欢ǖ目刂啤?/p>

3.2.4 臺(tái)階標(biāo)高設(shè)計(jì)

臺(tái)階標(biāo)高設(shè)計(jì)同樣是山區(qū)選礦廠階梯式豎向設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)考慮的設(shè)計(jì)參數(shù)，為保障這一參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性，專業(yè)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)綜合考慮多方面的因素。具體設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下要點(diǎn)：臺(tái)階高差應(yīng)該符合工藝流程標(biāo)準(zhǔn)，比如，中礦濃縮池與主廠房的高差最低要達(dá)到礦漿自流的目的，事故池的標(biāo)高設(shè)計(jì)上，應(yīng)該使得在事故狀態(tài)下，生產(chǎn)水可以順利流入事故池中；工業(yè)廠房的大部分應(yīng)盡量布設(shè)在挖方段，并要加強(qiáng)對(duì)填方高度的科學(xué)控制。

4 結(jié)語

一些山區(qū)選礦廠的設(shè)計(jì)中，階梯式豎向設(shè)計(jì)的理念應(yīng)用較多，雖然這一設(shè)計(jì)方法非常有效，但在設(shè)計(jì)的過程中同樣應(yīng)該從山區(qū)廠區(qū)內(nèi)的地形地質(zhì)等基本情況出發(fā)，全面保障最終的設(shè)計(jì)質(zhì)量，將階梯式豎向設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)。