高海拔高寒地区矿山总图设计探析

胡军锋（西安有色冶金设计研究院，陕西 西安 710000）

高海拔高寒地区矿山总图设计探析

胡军锋（西安有色冶金设计研究院，陕西 西安 710000）

结合工程实例，介绍了高海拔高寒地区矿山总图设计要点。就场地选择、建筑物朝向、排土场设计等进行分析，并提出相应的的技术方法，可供高海拔高寒地区矿山总图设计参考。

高海拔高寒地区；总图设计；场地选址；建筑朝向；排土场

1 前言

近年来由于矿产资源需求持续旺盛，加之边远地区交通运输、供电、供水等建设条件得到改善，许多地处边远地区的矿山得以开发，而高海拔高寒地区的矿山又占有相当一部分。主要分布在青藏高原，云贵高原、四川等地区。本文结合笔者近几年在高海拔高寒地区所做的矿山总图设计工程实例，提出几点设计中需考虑的问题，对遇到的问题进行分析，并提出相应的技术方法。可供工程设计者做高海拔高寒地区矿山总图设计时参考。

2 高海拔高寒地区的界定

按照国际通行的海拔划分标准：1 500～3 500m为高海拔；3 500～5 500m为超高海拔；5 500m以上为极高海拔。高寒地区一般指高海拔、高纬度地区，气温偏低，全年日平均温度大于或等于10℃，积温1 800～2 000℃。高寒地区可分成3种类型：高海拔河谷地区和高纬度地带的平原地区，如雅鲁藏布江和黑龙江北部地区；高原盆地，如藏北高原、柴达木盆地等；高山山地。

本文所谈高海拔高寒地区泛指其工业场地的设计控制标高在3 000m以上的地区。这些地方自然条件恶劣，往往给总图设计带来较大的困难。

3 高海拔高寒地区矿山建设特点

（1）低压缺氧。气压的高低主要决定于海拔的高低，随着海拔的增加大气压会降低。氧气分压也是如此，高原地区大气压低，大气中的含氧量和氧分压也较低，从而引起如人体各器官组织供氧不足，产生功能或器质性变化，进而出现缺氧症状。

（2）寒冷、干燥及强风。在自由大气中，气温随着海拔高度的升高而降低，一般每升高1 000m，气温下降约1℃，有的地区甚至每升高150m可下降约1℃。高海拔高寒地区冬季较为寒冷，无霜期很短，昼夜温差大，气候垂直差异明显，年降雨量少，冻土深度大，有的属多年冻土地区。另外，海拔高度对风的形成影响明显，海拔高的地区会受到高层空气动量下传的影响而造成地面强风、大风。

（3）高海拔高寒地区自然条件恶劣，生态环境脆弱，部分地区水资源匮乏，靠少量雨水和冰川融水补给。如青海某多金属选矿厂海拔3 700m，场地荒芜，几乎无植被覆盖。

（4）周边工业基础薄弱，协作条件很差。矿区交通条件差，物料运输困难，多以汽车运输为主。

（5）总图设计不仅要符合当地的工业规划，做到经济适用，安全合理；而且要重视生态环境保护，使其不至于破坏与恶化，提高环境效益。

另外，这些矿山多数位于幼年期高山地形区。其特点是山势陡峭险峻、岩石风化强烈、山谷比高，山体滑坡、坍塌、泥石流时常有发生。这样给矿山的工业场地、生活区以及道路的布置与修建带来不少的困难。

4 高海拔高寒地区矿山总图设计要点

结合高海拔高寒地区矿山建设的自然条件、社会协作条件及笔者在做这类矿山总图设计时遇到的问题，笔者认为高海拔高寒地区矿山总图设计应该在场地选择、建筑物朝向、排土场设计、矿山道路等方面给予足够重视。

4.1 重视场地选择

冶金矿山企业一般由各主要工业场地、辅助工业场地、废料堆放场、生活区组成，各个场地的选择与布置以及其相互之间的联系是总图设计的核心。不仅涉及的范围广，而且对企业的技术经济效益、社会效益有着直接的影响。且建成后不易改变其位置关系。在做高海拔高寒地区矿山总图设计时，其工业场地的选择除遵循现行总图设计规范的一般原则外，还应特别注意以下几点。

（1）工业场地尽可能集中布置。在高海拔高寒地区的低压缺氧环境下，工人的劳动强度比低海拔地区明显增强。而工业场地集中布置具有缩短工艺连接及运输线路，能充分发挥机械化设施的潜在能力；可以有效节省用地，加快建设进度与降低投资，降低工人劳动强度。如川滇高原地区某金矿在以汽车运输公路开拓的前提下，结合尾矿库的建设条件，以集中布置的原则，指导采选工业场地位置选择。将采选工业场地集中布置，并尽量靠近矿山，保证尾矿浆自流至尾矿库。

（2）重视辅助工业场地的选择。辅助工业场地主要包括变电所、水源地、炸药库、油库及加油站等。除了要考虑地形与用地面积是否满足需求，还应重视安全、防护距离是否能满足。水源地的选择应避开可能受到泥石流、滑坡、排土场等危害或污染的区域。在高海拔高寒地区，冶金矿山企业周边社会协作条件差，企业一般都设有自己的油库、加油站，选址除了要与主要用户联系方便外，还应满足其内、外部安全距离要求。炸药库的外部防护距离一般比较大，应首选山间低洼的封闭地形，尽可能的利用有利自然地形增强安全防护，高海拔高寒地区一般没有大的居民点，注意不要忽略零散住户的安全防护。

（3）生活区的布置应重视人员的生存环境。生活区的选址除了要有足够的占地面积，适宜的地形坡度，与采矿场和采选工业场地有方便的交通和足够的卫生防护距离外，其人员的生存环境也应足够的重视。高海拔高寒地区山高风大，注意不要将居住区和工业场地布置在排土场、露天矿山等粉尘污染源的主导风向下风侧，并应避开“风口”。在实践过程中笔者对这点有深刻的体会，如青海某多金属矿山，在设计之初生活区初步考虑放在一处开阔山谷，此处占地面积、地形坡度、内外部联系、朝向等都具备较大的优势，但恰是布置在“风口”上。设计人员在现场踏勘时，厂区山高风大，在大风的作用下人都难以站稳，故在设计中将生活区调整到靠山坡的避风处。四川某矿山建设之初甲方就将物资转运站建在一处平缓山谷中，表面山看是降低了施工成本，加快了施工进度，但恰巧就建在“风口”上，在使用过程中饱受其害。

另外，应尽量将生活区选择在山脚下海拔较低处，植被覆盖较好的地方。随着海拔的增加，大气压降低，大气中的含氧量和氧分压也会降低，从而导致高山缺氧症。通常氧气分压和大气压力的关系为：

P′=V′P

式中：P′——氧分压；

V′——氧气在空气中所占体积，取0.21；

P——大气压力。

在标准状况下，氧分压为0.21MPa时，人体血红蛋白的氧饱和度维持在正常的95%～97%。在3 000m高度，氧分压下降到0.14MPa，人体血红蛋白的氧饱和度下降到84%以下，就可引起头昏、心悸、喘息等缺氧症。因此，在条件允许时，应尽量降低生活区海拔高度，靠近植被覆盖较好的地方，以保证生活区附近大气中有较高的含氧量和氧分压。川滇高原地区某金矿就是在不砍伐树木的情况下，将生活区穿插布置在山脚下残存的原始树林中，与同类矿山比较，职工的生存条件很好。

4.2 注意方位朝向及满足通风采光

厂区方位的确定与建筑物、场地和地形利用、铁路接轨方向等因素有关。厂区的方位确定要为建筑朝向创造有利条件，而这又与场地选择关系密切，应在场地选择时一并考虑。在保证各车间的生产性质、操作和使用等要求的同时，应使车间纵轴尽量与场地地形等高线平行布置，且主要建筑物应争取有较好的朝向。朝向问题在高海拔高寒地区应是总图设计着重考虑的一点。这些地方大多寒冷、干燥及强风，应保证主要建筑物有较好的自然通风、采光和日照条件，一般应为南向或南东向布置。特别注意避开寒风袭击的朝向。

在高海拔高寒地区有个显著的特点，由于海拔高空气稀薄，大气吸收地面逆辐射相对低海拔地区少，大气保存热量和传递热量的能力也随海拔增加而降低，人在太阳照射到的地方会觉得暖和，在照不到的地方会明显感到阴冷。因此，保证主要建筑物有较好的朝向，不仅可以保证车间有较好的自然采光条件，而且可以降低车间的人工采暖量，也是积极响应节能减排政策的体现。

4.3 排土场设计

露天矿排土场占地面积平均占矿山用地的30%～50%，排土场占地之多是十分惊人的。高海拔高寒地区荒无人烟，矿区周围一般无建筑物。从直观上看，企业用地似乎不受限制，但在设计中也应执行节约用地这一基本国策，对企业用地加以严格控制。高海拔高寒地区矿山企业排土场设计除应遵守各相关规范的一般原则外，考虑其自然生态环境、区域经济等特点。相应问题也应予足够重视。

由于矿区大多属原始未开发地区，生态环境脆弱。虽然国家规定对排土场必须进行复垦，但因这些地区自然条件限制，复垦较难见效。应本着以减少生态破坏为主，以修复生态为辅的原则。尽量减少对自然植被的破坏，使其自然生态环境不予过度恶化，便于治理与恢复和其工程量为最少。故排土场场址选择在条件允许时，应尽可能采用将采空区或塌陷区开辟为排土场，将剥离物用作充填料，选择沟谷提高堆置高度等方法，以减少新征用地，降低排土场占地面积，减少环境破坏。在开辟外部排土场时应尽量靠近矿山，缩短废石运输线路长度，其所处地形坡度应不大于24°为宜(当有足够的安全措施保证时可大于该坡度)。在占地多时，则宜一次规划，分期征用或租用。初期征用时大型矿山不宜小于10年的容量，中型矿山不宜小于7年的容量，小型矿山不宜小于5年的容量。

高海拔高寒地区排土场防护治理措施，应以不发生危及人民生命财产安全事故为前提，其防护治理应侧重于若意外失稳后对自然环境的破坏减少到最低限度。有些矿区地处江河上游，应重视对水体、河流的防护。山坡排土场应采用合宜的安全防护距离，必要时可设置落石坑及挡渣墙予以防护，如四川某金矿为防止废石滚人下部河流造成堵塞和污染，排土场在留有一定安全距离的基础上，另设挡渣墙，防止其对沟谷下部河流的影响与危害。另外，根据各矿山实际情况必要时排土场应做防水、防渗处理，加设雨淋水处理系统，对含有有毒有害物质的废石雨淋水加以处理，使其排放指标达到国家规定标准。

4.4 道路

矿山道路运输条件的好坏直接影响到矿山的生产。在高海拔高寒地区自然条件恶劣，道路的选线除了满足露天开拓、原矿和废石的运输要求外，还要通过调查、分析、权衡利弊确定合理的路线方案。路线应尽量避免穿过滑坡、崩塌、泥石流、冻土等严重不良地质地段和特殊地区。必须穿过时，应选择合适的位置，尽量缩小超越范围，并应采取必要的工程措施。道路展线应尽量避免在阴坡进行，这些地段往往冰雪覆盖时间长，不易消融，道路运输条件差。在高海拔高寒地区一般植被较差，侵蚀严重，山坡碎石在雨水作用下容易堵塞涵管，可以采用以桥代涵的措施，以减少淤积和便于清理。对于冻土路段可采用倾填片石筑通风路堤，倾填片石要求粒径在200～400mm，或者采用加筋路堤等方法提高路基稳定性。

海拔高3 000m以上时，由于空气中氧气含量降低，汽车动力下降。矿山道路的最大纵坡值，应在《厂矿道路设计规范》GBJ-22-87中规定的矿山各级道路最大纵坡值上按表1折减，以保证汽油、柴油运输设备的正常工作。炸药库区内道路可采用最大纵坡值应按《民用爆破器材工程设计安全规范》GB50089-2007规定选用，并按表1进行相应的折减。

表1 纵坡折减值

5 设计实例

青海某选矿厂，选厂所在地海拔为3 690～3 750m。区内气候干旱、寒冷、多风、少雨、冰冻期长。年平均气温2.3℃，最低气温-30℃。平均风速3m/s，最大风速25.9m/s。冰冻期始于当年9月至次年5月，冻土深度2.01m。选矿厂所在区域无农业和固定居民点，区内工业极不发达，矿区劳动力及生产生活物资依赖外地供应。

本选厂由多个矿山供应矿石，在厂址选择阶段除了考虑原矿运输、尾矿运输、供水、供电等建厂条件外，还适当调高了场地坡向、公用福利设施等因素在厂址评价因数中的权值，最终将一处南向山坡作为推荐方案。实践证明，南向厂址解冻早，可以提前进场施工，对于冬季漫长的高海拔高寒地区来说，可以争取较长施工时间。同时，因其有较好的采光条件，也改善了生产条件与人员所处的环境。

另外，厂区外部协作条件差，生活福利设施、机修、加油站等均考虑自建。

为了保证选厂能全年生产，该选厂建有锅炉房供生活及生产采暖；为了解决冬季尾矿输送管道冻结、回水困难等问题，尾矿采取脱水后干排，用汽车运至尾矿库，基本可以保证冬季正常生产。

6 结语

矿山总图设计是一个复杂的系统工程，尤其是在高海拔高寒地区，面对恶劣的自然环境，需要考虑的因素随之增加，使得总图设计变的更为复杂。高海拔高寒地区总图设计除了遵循总图设计的一般要求外，应该在场地选择、建筑物朝向、排土场设计、矿山道路等方面，多考虑一些高海拔高寒地区总图设计的特殊要求。本文仅是笔者工程实践中的一点认识，望广大工程设计人员能在设计中不断总结经验，为总图设计工作多积累一些基础资料。

[1] 雷明.工业企业总平面设计[M].西安:陕西科学技术出版社,1998.

[2]《有色冶金企业总图运输设计参考资料》编写组.有色冶金企业总图运输设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社,1981.

[3] 中华人民共和国建设部.工业企业总平面设计规范[M].北京:中国计划出版社，1993.

[4] 雷 明.厂址选择[M].北京:科学技术文献出版社，1992.

Discussion on design of mine general layout in high altitude and cold region

Combined with engineering example,this paper introduced the main design points of mine general layout in high altitude and cold region.The site selection,building orientation and waste dump design were analyzed.The corresponding technical means were put forward,which could provide reference for design of mine general layout in high altitude and cold region.

high altitude and cold region;design of general layout;site selection;building orientation;waste dump

1672-609X（2010）06-0038-03

TD22

B

2010-05-14

2010-05-24

胡军锋（1982-），男，陕西周至县人，助理工程师，从事有色工程总图设计工作。