结合工程实例分析露天采场内破碎站设计

柴 立，赵 峥

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 前言

露天矿是一个以采掘为中心，以运输为纽带的大型生产系统。生产计划指标和任务的完成，生产过程的组织、实施是通过采、运、排，尤其是对运输系统的实时调度来进行的，运输系统是否合理，将直接影响露天矿整个生产系统的生产效率和经济效益[1]。

现有正在生产的露天矿山随着采场开采标高的下降，部分已进入凹陷开采阶段，矿岩运输距离不断增加，将破碎站布置在采场内，采用汽车—破碎站—胶带机的连续运输方式成为解决该类问题的主要方案[2]。其中破碎站在采场中的选址及布置是影响运输成本的关键因素，是此类项目设计的重点内容。

2 项目设计

本次以三个具有代表性的项目设计工作为基础，对设计工作内容、工作流程等设计情况进行归纳总结，具体包括内蒙古某大型矿山，江西某大型矿山和江西某铅锌矿。

2.1 项目简介和共同点分析

内蒙古某大型矿山地势平坦，露天采场基本为凹陷，目前采场内的矿岩均采用汽车运输。现有矿石粗碎站位于采场的南部，矿石卸载标高830m，平均运距已达到3.1km。根据后续深部开采设计，矿石主要分布于505m标高以上，若采用全汽车运输，随着露天开采深度不断增加矿石的运距大幅增加，会使得运输成本不断上升。选址如图1所示。

图1 内蒙古某大型矿山破碎站选址示意图

江西某大型矿山现有破碎站位于采场东南角，东部大部分储量已采完，矿石运距目前已达2.5km。后续将主要集中在西北部开采，随着开采深度的下降，矿体中心逐渐向北偏西方向倾斜，矿体重心下移，矿石运输距离将增加到4.5km左右，导致运输效率急剧下降，运输成本增加。选址方案如图2所示。

图2 江西某大型矿山破碎站选址方案示意图

江西某铅锌矿作为一个已经生产了多年的矿山，露天坑已进入深凹开采，设计最低开采台阶标高-288m，排土场设计最终排土标高280m，露天矿剥离物采用汽车运输，排土运输均为重车上坡，且剥离与运输部分外包，外包运输车辆载重较小，车流密度大，车辆损耗加速，安全生产管理压力大。选址方案如图3所示。

图3 江西某铅锌矿破碎站选址方案示意图

以上三个项目均是正在生产的露天矿山，随着采场开采标高下降，导致矿岩运输距离大幅增加，需要研究将破碎站设置在采场内，采用胶带运输降低成本。

2.2 设计工作程序

破碎站在采场内位置的选择至关重要，直接决定生产运输成本，若位置选择不合理，反而会影响采矿生产作业。综合分析上述三个项目的设计工作，总结归纳了此类项目的主要设计内容及流程，主要包括以下内容。

1)境界内矿岩量分布统计及分析

破碎站布置在露天采场内，其本质是优化矿岩运输，所以首先要确定后续生产中矿岩的分布，结合剩余资源量和采剥计划，编制台阶矿岩量表，主要包括各个台阶的矿岩量、占比及累计占比，结合平面确定矿岩分布重心，同时根据排产计划确定采剥重心的变化趋势。这部分工作作为破碎站选址的基础数据，同时还需计算矿岩运至现有破碎站或排土场的运输距离，用于计算破碎站布置在采场内后可节省的生产成本。

2)破碎站位置选择

这部分是采场破碎站设计的重点内容，需要综合考虑多方面因素，主要包括采场现状、矿岩分布、采剥计划、运距对比、建设条件及时间、胶带线路布置等，一般是相关专业共同商讨，从定性角度初步制定几个可行的方案，然后进行详细的技术经济比较，选择最优方案。采场内破碎站位置不一定是固定的，可以随着生产进行移设。

破碎站选址时，尽量选择岩石条件好的区域，边坡情况好，破碎站施工开挖量少，不会对上部台阶造成过多破坏，节省支挡工程量，卸矿栈桥长度也能尽量做短，对于卸矿卡车来说是非常有利的。

方案对比中一个重要的指标为矿岩运输距离，可以利用Minesched软件计算不同方案的矿岩运输吨公里数，得出破碎站最优位置方案。

3)破碎设备选型及破碎站布置形式

首先根据生产规模及矿岩性质等因素确定破碎机设备选型，这部分工作已十分成熟，作为破碎站布置形式的依据。

根据前序工作确定的破碎站选址、服务时间(是否需要移设)、工程地质情况，选择合适的破碎站布置形式，主要包括固定式破碎站、半固定式破碎站和半移动式破碎站。

破碎站位置和形式确定后，细化破碎站的平面及竖向布置，包括卸车平台、检修通道和基坑等，并根据此布置方案调整该区域采场台阶。

3与采场外部破碎站布置的不同点

3.1 与采矿生产的相互影响程度不同

采矿作业采用全汽车运输方案时，只需设置矿石破碎站，其在采场外部的选址主要依据矿山总体布置和采矿生产计划确定，统筹考虑采场适宜的矿石出口和选矿厂的厂址方案，破碎站大多靠近采场矿石出口布置，减少汽车运距，破碎站与选矿厂通过胶带连接。破碎站固定在采场外，整个生产期与采矿生产没有相互干扰。

露天采场内部是不断动态变化的，采场内破碎站的布置需要与采矿生产密切结合，既要靠近采矿重心，降低汽车运距，又不能影响生产计划，满足一定的服务时间，避免频繁移设，设计中需要相关专业密切配合，制定最优的建设方案。

3.2 建设时间的影响

采场外布置的破碎站在项目基建期建设，可独立施工，在建设条件完备的情况下即可开工，采场内破碎站需要考虑采场台阶到达设计要求位置的时间，采场是整体均衡推进的，破碎站位置的剥离不是单点工程，而是要兼顾周边一定的区域，因此剥离往往需要时间，这将影响建设进度和效益。

在考虑项目建设时间的时候，还需兼顾现有采矿运输车辆的使用情况及更新接续，最大化利用现有设备，也不造成新购设备的浪费。

3.3 胶带线路对选址的影响

采场外部破碎站与选矿厂之间通过胶带衔接，一般只需结合地形等外部条件选择合适的胶带走向和布置形式即可。而采场内破碎站后续的胶带要利用采场边帮敷设，就需要考虑边帮是否已达到最终帮，边帮形态关系胶带平面走向及转载的次数，相对高差也关系到胶带的线路，是否需要在边帮上往返布置以克服高差，以及胶带基础架设高度等问题。胶带布置也是影响破碎站选址可行性的重要因素。

3.4 破碎站形式的不同

露天破碎站根据其设置的形式，可分为固定式、半固定式和半移动式破碎站。

固定式破碎站通常设置在露天采场境界外附近，具体位置根据可利用的地形高差及工程地质条件而定。与半固定式破碎站相比，其优点：服务年限长，受爆破影响较小，能布置一定容量的贮矿设施来调节物料的转运；缺点增加了矿石的运距，建、构筑物工程量大，施工时间较长，初期基建投资大。

半固定式破碎站多设在露天采场工作台阶间，随着开采的延伸而向下移设，布置时受工作平台宽度、高度的制约。其优点是可缩短露天采场内矿岩的运距，建、构筑物均比较简单，可做成钢结构，便于搬迁；缺点是基建初期投资较高，移设时对生产会产生影响。因破碎站布置在采场内，在其周围进行爆破作业时需要采取一定的安全措施。

半移动式破碎站在结构形式上与半固定式破碎站相似，只是布置位置在开采台阶附近，更加靠近矿石开采重心，露天采场内物料运距更近，但破碎站的移设也更加频繁。半移动破碎站的选址可根据经济比较结果，选择压矿布置或靠固定边帮布置。若前期破碎站位置压矿，可通过增加转载胶带机的形式，增加破碎站选址的灵活性，若选择靠固定边帮布置，可减少搬迁次数。半移动式破碎站采用钢结构框架，由厂家整套提供，半移动式破碎站适用于需要频繁移设的情况，移设时，可将破碎站分解成几大模块分步移设或采用履带运输车将破碎站整体移设。

4 结论

破碎站在采场内布置时需考虑的因素多，空间和时间上都要统筹兼顾。常规的设计工作往往只针对最终成果，而采场是随生产不断变化的，是兼顾过程及演变的动态设计，也包括建设和生产的全要素全周期设计。