山区选矿厂阶梯式竖向设计探讨

马庆军

（山西中条山工程设计研究有限公司，山西 运城 043700）

1 竖向设计布置形式

在竖向设计的布置方面，主要包含了平坡式和阶梯式，不同的布设形式下也存在着各自的特点，为达到最佳的设计效果，在具体的设计过程中应根据现场条件的分析，选取最为有效的设计策略。

1.1 平坡式竖向布置

如果设计厂区的场地相对平坦，自然地形坡度处于3%以内，在采用竖向设计的过程中，一般选用平坡式布设最佳。为达到设计质量，坡向的设计是其中的关键，专业设计人员应根据现场的场地范围大小、建筑平面布局、地下管沟和交通分布等，比较是选用单坡还是双坡、多坡的形式最好[1]。在有效的坡度设计下，厂区中的各个场地之间实现了可靠连接，完全能够满足工艺布设的要求。

1.2 阶梯式竖向布置

如果竖向设计中遇到的是场地条件范围有限，自然地形坡度超过了3%，就可以选用阶梯式竖向布置的形式。一般情况下，在采用阶梯式竖向设计的过程中，尤其要注重对阶梯的科学划分，将主厂房区域布置作为设计基础，考虑综合性的因素，将相关建筑物和设施布设在同一个阶梯中，通过这一设计方式来保障厂区内管沟布设、内外交通布设的科学性和合理性[2]。但阶梯式竖向设计中，专业设计人员应考虑阶梯的连接和阶面处理，将台阶数量控制在合理的范围内。

2 工程概况

以某山区选矿厂为例，该选矿厂场址的地形起伏较大，特殊的山区地形使得其设计难度加大。根据该山区的地形地质等情况调查，结合采矿工艺的设计标准，最终将主井和选矿厂场址选择在采矿场地南侧的山坡上，主井提升到地表的矿石在经由胶带以后会陆续进入选矿厂中。此选矿厂的地形高差较大，呈现出西高东低的分布特点，西侧和东侧分别处于山梁和沟底的位置，且此选矿厂厂区中的地形坡在5%～20%之间。根据选矿厂的设计要求，此选矿厂中的基础构成要素分别为选矿工艺设施、尾矿设施、辅助生产设施、机械设施和办公服务设施，而每种设施下又包含了多种构成要素，比如，选矿工艺系统内有细碎车间、筛分车间、磨矿仓、主厂房、中矿浓缩；尾矿设施包含了浓缩池、分砂泵站、总砂泵站等。

3 设计思路及设计方法

3.1 竖向设计之利用地形

因为在该山区选矿厂中所处的地质地形条件复杂，山区恶劣的地形条件使得在选矿厂的设计过程中，可以直接利用自然坡度有来实现物料的重力运输，且自然坡度的利用还可以有效降低地形相对高差。矿石是选矿厂的主要原料，在经由一系列的处理以后，所产生的产品就是精粉，细碎、筛分、磨矿仓、主厂房和中矿浓缩池都是选矿中经历的环节，为保障选矿流程的科学性，在选矿厂的设计过程中，最好将各个工艺环节的生产车间按照从高到低的顺序来开展布设，通过重力运输不仅实现了节能降耗的目的，更是缩短了通廊的设计长度，整体的工程量有所减少[3]。

在阶梯式竖向设计的过程中，如果要有效利用山区特有的地形条件，专业设计人员在设计的过程中同样要注重对地形变化的关注，通过地形变化趋势的掌握，将选矿厂中的各个系统和车间特点与其结合起来，保障各个系统、车间位置选择的合理性，通过地形条件的有效利用，可以有效减小填挖高度。比如，选矿厂的选矿作业实施中，矿石经由主井提升到地表以后，先后进入了中细碎车间、筛分车间，两个车间之间呈现出闭路关系，也就是中细碎车间破碎以后的物料直接通过胶带通廊进入到筛分车间内，而筛分车间中的物料同样要返回到中细碎车间，如果从立面角度来看，两个车间之间的通道为交叉通廊设计，在设计的过程中应该保障二者设计标高的一致性[4]。因为在此山区选矿厂场址条件下，主井向南为南北向山坡，坡度相对较缓，且场地中的长度完全也可以达到交叉通廊的设计标准。因此，在设计的过程中可以将其直接布设在沟内，并通过适当的填方作业来实现浓缩池的挖方量控制。

3.2 竖向设计之改造地形

对山区选矿厂的阶梯式竖向设计中，对地形的改造同样非常重要，因为选矿厂有着其特殊的工艺设计标准和要求，现场的地形条件并不能完全满足要求。因此，阶梯式竖向设计中，最为关键的就是台阶宽度、高度、标高与连接设计。

3.2.1 台阶划分设计

在台阶的划分过程中，需考虑的因素非常多，地形是需要考虑的重点因素，专业设计人员为达到最为理想的设计标准，应该根据主体工艺系统的布置标准，使得系统中各个车间布置在对应的台阶上，充分实现重力运输、胶带长度较小的目标。该山区选矿厂的设计过程中，将中细碎车间和筛分车间都沿着山梁的南北方向布置，且这两个车间利用交叉通廊设计来保障连接效果，最终的设计标高都为93m，并将这两个车间都布设在同一台阶上。山梁东侧向下的位置，布设磨矿仓，最终的设计标高为88m；再往东向下台阶为主厂房，作为选矿厂中的重要构成要素，其宽度较大，如果在设计的过程中采用同一设计标高，可能会导致填方或者挖方的工作量较大，物料的重力运输目标难以实现，经由多种因素考虑，将西部两跨和东部两跨设计在不同的标高上，这种设计理念下，土石方工作量有所减少，重力运输得以实现[5]。

3.2.2 台阶宽度设计

在山区选矿厂设计的过程中，如果选用的是阶梯式竖向设计的方式，对台阶宽度的设计也非常重要，专业设计人员在台阶宽度的设计上，必须要保障最终所确定的宽度符合建筑物、道路、人行道、管线和绿化等的设计标准。建筑物与构筑物的布置过程中，应该将基础与边坡坡顶的距离控制在合理的范围内，通过这一距离控制来提高建筑物与构筑物结构的安全性，一旦边坡高度在8m以上，设计人员在设计的同时还应做好台阶边坡的稳定性分析[6]。道路与人行道的宽度设计上，应从使用功能、人流量角度出发，保障宽度的合理性，而管线占地应该以管线种类、间距作为设计标准。如果在高阶段不需要进行管线的综合设计，专业设计人员应该对选矿厂厂区内的管线布置情况有一个基本的了解，做好预留宽度的有效设计。而绿化带的宽度设计上，应该以厂区内设施的性质、功能作为设计前提，比如，针对厂区内的行政办公区、生活服务区、存在噪音和粉尘的车间等，因为对于绿化设计的要求相对较高，在绿化设计时应作为重点环节开展设计，适当增加绿化的宽度。

3.2.3 台阶高度设计

台阶高度的设计方面，严禁台阶高度过大，设计人员在台阶高度这一指标的确定过程中，应该根据相应的设计标准来确定。因为如果台阶高度过大，直接导致连接道路过长，厂区内空间有限厂房之间的道路展现越发困难，且不同台阶之间难以实现良好的连接。此外，台阶高度过大，虽然可以在一定程度上减小土石方工作量，但台阶之间的挡墙工程量却非常大，也就增大了山区选矿厂的建设施工费用。因此，根据对该山区选矿厂的现场条件分析，其台阶高度保持在2m～4m最为理想，这一高度设计要求下，台阶之间的道路连接相对便捷，护坡挡墙的工程量也得到了一定的控制。

3.2.4 台阶标高设计

台阶标高设计同样是山区选矿厂阶梯式竖向设计中需重点考虑的设计参数，为保障这一参数设计的合理性，专业设计人员在设计的过程中应综合考虑多方面的因素。具体设计中应注意以下要点：台阶高差应该符合工艺流程标准，比如，中矿浓缩池与主厂房的高差最低要达到矿浆自流的目的，事故池的标高设计上，应该使得在事故状态下，生产水可以顺利流入事故池中；工业厂房的大部分应尽量布设在挖方段，并要加强对填方高度的科学控制。

4 结语

一些山区选矿厂的设计中，阶梯式竖向设计的理念应用较多，虽然这一设计方法非常有效，但在设计的过程中同样应该从山区厂区内的地形地质等基本情况出发，全面保障最终的设计质量，将阶梯式竖向设计的相关参数控制在合理的范围内。