山区选矿厂阶梯式竖向设计探讨

王 健

(北京矿冶科技集团有限公司，北京100160)

0 引言

选矿厂竖向布置有两种形式，分别为平坡式和阶梯式，厂区面积较大且地形高差较大时一般采用阶梯式竖向布置。阶梯式竖向布置能有效减小厂区土石方工程量，降低厂区边坡高度，同时车间之间的物料可实现部分重力运输，节约能耗。阶梯式竖向布置相对平坡式难度较大，除了考虑与总平面布置相协调之外本身的影响因素也较多。本文通过鞍山市某选矿厂设计实例对阶梯式竖向设计进行探讨。

1 工程概况

该选矿厂位于辽宁省鞍山市，厂址地形相对高差较大，为山区地形。根据采矿工艺的设计及地形条件，主井及选矿厂厂址选择在采矿工业场地南侧山坡，主井提升至地表的矿石通过胶带进入选矿厂。厂址所在位置西高东低，西侧位于山梁，东侧位于沟底，地形坡度相对较缓，大约5%～20%。

选矿厂厂区由选矿工艺设施、尾矿设施、辅助生产设施、机修设施和办公服务设施等组成。选矿工艺系统由中细碎车间、筛分车间、磨矿仓、主厂房、中矿浓缩池及泵站组成，布置在场地西侧中间位置。尾矿设施由浓缩池、分砂泵站、总砂泵站、尾矿库回水泵站组成，布置在场地东侧，靠近尾矿库方向。辅助生产设施和机修设施布置在场地南北，围绕工艺设施布置，靠近服务对象。办公服务设施由办公楼、食堂、浴室组成，布置在场地东北。厂区用地面积为27.55 hm2，挖方量48.52 万m3，填方量23.16 万m3。总平面图，见图1。

图1 选矿厂厂区总平面图

2 设计思路及设计方法

2.1 竖向设计之利用地形

1)首先山区地形坡度较大，可以利用其坡度实现物料的重力运输或降低高差，以节能降耗。选矿厂的主要原料为矿石，主要产品为精粉。所经过的工艺环节为粗破碎、中细碎、筛分、磨矿仓、主厂房、中矿浓缩池。因此将各工艺环节的生产车间按标高由高到低的顺序依次布置，可实现物料的重力运输，不仅能节能降耗，还能减少通廊长度，节省工程量，节约项目占地。物料的重力运输是该选矿厂主体工艺系统竖向布置的基本思路。

2)其次要分析厂区地形的变化并结合选矿厂的各个系统和车间的特点，把系统或车间布置在合适的地形上，达到降低填挖高度、减小基建工程量的效果。如选矿厂矿石从主井提升至地表后先后进入中细碎车间和筛分车间，两车间的工艺关系为闭路关系，即中细碎车间破碎后的物料通过胶带通廊进入筛分车间，筛分车间筛上的物料还要返回中细碎车间，从立面上看，两车间的通廊为交叉通廊，两车间的设计标高应基本相同。从主井向南为南北向山梁，坡度较缓，长度也能满足交叉通廊的布置要求，因此在此山梁布置中细碎车间和筛分车间，这样技能满足工艺要求，工程量又小。再如主厂房占地面积较大，长度达到300 m，宽度为129 m，如果主厂房地形切割剧烈，势必造成填挖深度过大，造成土石方量、地基处理工程量及基础工程量过大，因此根据该地形分析厂区中部地形相对平缓，等高线平行，可以布置主厂房。中矿浓缩池与尾矿浓缩池处于工艺流程的末端，厂区东侧为山沟，地势较低，因此将其布置在沟内，并且可以适当填方，减少浓缩池的挖方量。利用地形是使选矿厂各个设施的布置适应地形的设计过程。

2.2 竖向设计之改造地形

除了利用地形，对地形进行适度的改造也是必要的，使之满足生产、运输等要求。山区建厂各个建构筑物布置在不同的标高上，高差相对较大，因而厂区呈现阶梯式的空间状态。阶梯式竖向设计的主要内容为台阶的划分，台阶的宽度、台阶的高度、台阶的标高以及台阶之间的连接。

1)台阶划分设计

台阶的划分首先结合地形分析主体工艺系统的布置，使系统各个车间布置在相应的台阶上，实现重力运输，缩短胶带长度，减小用地面积。该选矿厂中细碎车间和筛分车间沿山梁南北向布置，两个车间由交叉通廊连接，标高均为93 m，布置在同一个台阶上；山梁东侧向下布置磨矿仓，台阶标高88 m，切合地形，同时缩短通廊长度，减小占地；再往东向下台阶为主厂房，主厂房较宽，如果采用同一设计标高，势必造成填方或挖方较大，并且不利于物料的重力运输，因此与工艺专业结合将其西部两跨与东部两跨设计为不同标高，一方面可以减小土石方工程量，另一方面物料在主厂房内重力运输，节约能源。中矿浓缩池与尾矿浓缩池位置最低，设计标高为81 m，使中矿和尾矿能够自流入浓缩池，节约能源。

其次生产联系密切的建筑物和构筑物应布置在同一平台或相邻台阶。如机修区，综合修理间、桶装油库标高为88.50 m，仓库标高为92.30 m，便于运输，方便生产管理。再如办公生活区占地不大，且原始地形相对平缓，设计标高均为83 m，方便日常工作联系。

2)台阶宽度设计

台阶宽度应满足建构筑物、道路、人行道、管线、绿化、检修的布置要求。建构筑物的布置要注意考虑其基础与边坡坡顶的距离，保证建构筑物的安全，如果边坡高度超过8 m，要进行台阶边坡的稳定性分析。道路及人行道的宽度根据使用功能及人流量合理确定宽度。管线占地根据管线种类及间距要求确定，在高阶段不进行管线的综合设计时，设计者对厂区管线的布置要有一个基本判断，以合理预留相应宽度。绿化带的宽度根据厂区设施的性质和功能要求确定，如行政办公区及生活服务区、散发粉尘及高噪声厂房、洁净度要求高的车间及装置等周围要重点绿化，增加绿化宽度。检修主要考虑未来车间或设施的检修位置和检修方式，为其留出足够的检修通道。总之台阶的宽度设计要满足施工及生产运营的要求。

3)台阶高度设计

台阶的高度不宜太高，根据《工业企业总平面设计规范》推荐不宜高于4 m[1]。因为台阶高度过大，则连接道路过长，厂区内空间有限厂房之间道路展线困难，并且台阶间联系不方便。另外台阶高度过高，虽然可能减少土石方量，但台阶间挡墙工程量急剧增大，会造成费用增加。该选矿厂设计台阶高度一般为2～4 m，台阶间道路可直接连接，护坡挡墙的工程量较小。全厂仅磨矿仓和主厂房之间台阶高度为5 m，磨矿仓与主厂房之间由于物料提升高度以及通廊角度的限制，间距较大，达到87 m，台阶可采用放坡连接，因此当两个建筑物因特殊原因间距较大时，台阶高度可以适当加大，以节约工程量。

4)台阶标高设计

台阶的设计标高的确定要考虑多方面的因素。首先台阶的高差要满足工艺流程的要求，如中矿浓缩池与主厂房的高差最低要满足矿浆自流的要求，事故池的标高要满足事故状态下，生产水能流入事故池等。其次工业厂房大部分应布置在挖方地段，填方高度要控制到一定范围，这样地基条件较好，基础工程量较小。地下构筑物及水池布置到填方地段，有利于节省挖方工程量，同时消化部分工业厂房产生的挖方，有利于土方尽量平衡。

5)台阶之间的连接

台阶之间的连接可采用自然放坡或挡土墙。自然放坡的挖方边坡可分为岩质边坡和土质边坡，岩质边坡的坡度可根据边坡高度及风化程度确定，土质边坡的坡度可根据边坡高度和土质的密实度确定。当岩质边坡高度超过25 m，土质边坡高度超过10 m后，边坡坡度及形态需要进行稳定性分析确定，边坡土质松散或处于易受冲刷位置要设置护坡，护坡尽量考虑植物护坡。挡土墙一般用在场地较为紧张或易产生滑塌的位置，选矿厂采用浆砌毛石挡土墙或钢筋混凝土挡土墙。

3 结语

通过对原地形的利用和改造，使场地既能满足工艺流程、工艺布置、场地施工、生产运营等要求，同时能够节省土方工程量、减少边坡工程、减小厂区占地，降低对自然环境的破坏程度，达到经济效益与环境效益的双赢。