汨罗某花岗岩矿总体布置方案优化

2022-06-04吴翔伟

采矿技术 2022年3期

吴翔伟

(1.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012；2.金属矿山安全技术国家重点实验室，湖南长沙 410012)

0 引言

随着我国基础设施持续大规模建设，江河湖泊的天然砂石资源枯竭，有些地区超量开采，导致部分地区生态遭到严重破坏[1]。近年来，随着生态文明建设的不断深入，在一系列政策的指引下，大力整顿和关闭传统的砂石企业，机制砂石骨料矿山及设备正在成为一个新型庞大的市场[2]。

在有色金属矿、黑色金属矿、煤矿等方面，矿山总体布置及总平面布置已经有学者及技术工作者进行了大量的研究，但是机制砂石骨料矿山规模化发展较晚。参考类似矿山因地制宜开展矿山布置，本文以汨罗某花岗岩矿总图布置为例，结合常见的影响因素、工艺条件、地形特点，对矿山总体布置、破碎加工场地总平面布置、运输道路设计等方面进行探讨和分析。

1 矿山总体布置

通过对区域内地理交通、建设条件、整体规划、用地布置、投资估算等多方面的调研分析，初步确定在川山坪镇三子村和青江村范围内建设建筑用花岗岩破碎及加工生产线。矿区位于汨罗市的南部，离城区约35 km，有简易公路通往川山坪镇，川山坪镇有省道S201 经过，附近有京广铁路线川山坪站，交通便利。

矿山生产规模为300×104t/a，分二期开采，一期开采对象为采矿许可证范围内东南侧的花岗岩矿体，最终产品为20～31.5 mm、10～20 mm、5～10 mm 建筑石料和0～5 mm 的机制砂。

根据生产工艺要求、地形及运输条件，矿山分为露天采场、破碎加工场地、排土场、水源地、35 kV 变电站、办公场地等6 个功能分区。总体布置坚持节约用地，坚持多用荒山、不占国家生态林地；尽量缩短运输距离，利用地形高差重力运输，节约能源的原则[3-4]。

露天开采分为两期建设，一期为山坡露天开采，最高台阶标高+280 m，最低台阶标高+115.0 m，爆破警戒范围300 m。矿区西侧有青龙湖生态公园，离矿山一期开采爆破警戒范围约520 m，矿区开采境界300 m 范围内有民房、电力设施、村级公路等设施。一期爆破警戒范围内居民楼主要分布在矿区东侧、西侧，约24 户，均为砖混结构，设计全部搬迁；爆破警戒范围内的电力设施，为普通的居民用电，无高等级输电线路，已由当地电力部门实施改线或拆除，通过以上措施保证了一期300 m 爆破警戒范围内无居民和电力设施。对爆破警戒范围内的芙佳洞水库、村级公路、青龙湖生态公园、破碎加工场地等设施采取防护措施，爆破时设立专门的爆破警戒小组，对警戒范围内的各道路口实行警戒，并采取控制爆破，控制飞石及冲击波对周边建构筑物的影响，通过以上措施保证采场爆破安全。

排土场位于破碎加工场地北侧山沟，运输距离800～2500 m，用于堆存矿山前期及破碎加工场地剥离的第四系表土，长土用于矿山土地复垦。山沟被南北向的山脊划分为3 部分，设计分为1 区、2区、3 区。1 区最终堆置标高106.0 m，堆置总高度26.0 m；2 区最终堆置标高102.0 m，堆置总高度24.0 m；3 区最终堆置标高106.0 m，堆置总高度27.0 m。排土场堆置高度27 m，总容积35.43×104m3，为三等排土场。

破碎加工场地经现场多次踏勘，场地南侧为基本农田，不宜作为工业场地，设计将工业场地布置在露天采场东南侧山谷。山谷总体为西东走向，地形坡度为15°～26°，场地北侧最高山顶标高150.00 m，南侧最高山顶标高140.00 m，沟谷最低标高72.00 m，加工场地占地面积83 500 m2。

水源地设置在矿区东侧的河流，新建取水泵站，泵送至矿区高位水池，自流至各用水点。

新建一座35/10 kV 变电站，位于破碎加工场地东侧，靠近主要用电负荷。新建变电站从矿区东南方向2 km 高坊35 kV 变电站处接线。

办公场地新建一栋办公楼和一座篮球场，位于骨料加工场地出入口东侧，距离爆破警戒线最近约105 m，场地标高约70.00 m。矿山总体布置如图1所示。

图1 矿山总体布置

2 破碎加工场地总平面布置

2.1 工业场地布置

破碎加工场地地形为西高东低，西侧靠近露天采场，地形标高+135～240 m，东侧通过骨料运输道路连接省道S201，地形标高+85～70 m；北侧和南侧高，中间为沟谷，沟谷地形标高+135～70 m。

破碎加工场地主要布置有粗碎车间、中间矿堆、中细碎车间、矿石加工一车间、矿石加工二车间、成品库、装车场地等。建构筑物的布置尽量沿等高线布置，可以使土石方工程量最少，建构筑物及设备基础位于同一持力层上，受力比较均匀；沿等高线布置能尽量降低场地平整所形成的边坡高度；场地的布置要结合外部运输道路，统筹考虑[5-6]。本项目破碎加工场地布置近似坐北朝南；原矿仓仓顶卸矿平台设置为40m×30 m，载重60 t电动自卸汽车在这里卸矿、调车，电动自卸汽车利用山地下坡的制动来发电，能耗较低；中间矿堆设计为堆场形式，跟传统意义上的钢筋混凝土矿仓相比，投资少、施工周期短；矿石加工一车间、二车间总计长×宽为236m×68 m，厂房跨度较大，虽然造成土石方工程量略大，但是厂房整齐美观且便于内部设施布置；外部运输量为365.0×104t/a，采用载重30 t 自卸汽车，汽车运输量大，因此装车场地是运输的交通要塞，从成品库边缘到装车场地南侧边缘设计宽度70 m，可用装车场地10 000 m2，长×宽=200m×50 m，方便汽车在这里装车运输。

各车间采用台阶式布置，最高处为原矿仓顶卸矿场地标高+122.00 m，最低处为南侧装车场地标高+89.00 m，高差23 m，场地之间采用钢筋混凝土挡墙或毛石混凝土挡墙连接[7-8]。卸矿场地与破碎车间挡土墙高为14 m，破碎车间与矿石加工车间挡土墙高为4 m，产品库与装车场地之间挡土墙高为8 m，挡土墙高度控制在15 m 以内，施工容易且造价合理。破碎加工场地总平面布置如图2 所示，破碎加工场地I-I剖面如图3 所示。

图2 破碎加工场地总平面布置

图3 Ⅰ-Ⅰ剖面图（单位：m）

2.2 土石方工程量

根据实测地形图和设计场地标高，采用三维软件计算场地平整土石方工程量，场地挖方量为48.9×104m3，填方量为6.7×104m3，余土方量为42.2×104m3。装车场地的标高受外部道路限制，最高设置在89.00 m，以此为基准向上设计各场地的标高；重载设备及堆场尽量布置在挖方地段；矿石加工一车间、二车间总计长×宽为236m×68 m，厂房跨度大；可用装车场地10 000 m2，以上因素虽然造成设计方案挖填方失衡，但是场地平整产生的余土中，质地较好的岩石作为挡土墙材料或供当地建材使用，表层砂厚度3～5 m 供应给当地作为建材使用，其余仅少量运至排土场堆存。各平台标高满足工艺及使用要求，场地平整余土能够有效合理解决。

2.3 场地排洪

工业场地位于山沟处，在场地平整之前，在山沟底部修建Φ1.2 m 混凝土圆管涵，将上游汇水排至场地下游的沉淀池，经沉淀后连接至骨料运输道路侧排水沟。圆管涵长460.0 mm，采用钢筋混凝土预制Ⅲ级企口式排水管，采用开槽法施工并安装管道，沟槽采用砂石回填，最大粒径不得大于25 mm，砂石压实系数≥0.93，基础采用C20 混凝土垫层，管埋深要求管顶至地面≥2.0 m。

3 运输道路

3.1 原矿运输道路

原矿采用挖掘机装，汽车运输，4 m3挖掘机配合载重60 t 电动自卸汽车运输，平均运距2.0 km。原矿运输道路等级为二级露天矿山道路，设计时速采用30 km/h，全线设计汽车荷载为公路-II 级。路基宽度10.0～11.5 m，路面宽度2×4.5 m，路肩宽度为1.25 m（填方段），0.5 m（挖方段）。

路面类型采用水泥混凝土路面和泥结碎石路面相结合的形式，其中矿山永久性道路采用水泥混凝土路面，路面结构与产品运输道路结构相同；露天采场内道路为泥结碎石路面，4 cm 砂砾磨耗层，40 cm 级配碎砾石面层。

路堑边坡坡比1:0.5，超过10 m 高边坡，每隔10 m 高度设置一级马道，宽2.0 m，遇坡体较破碎段，视现场开挖情况，采用喷射混凝土或锚喷支护。填方路堤沿外侧路肩修筑安全防护墩，防护墩高50 cm，宽100 cm，长2 m，每隔3 m 设置一道防护墩。外露面涂反光油漆，马路油漆按40°斜纹涂红白相间示警线。在挖方路段，沿道路内侧路肩设置宽×深为40 cm×40 cm 矩形排水沟，排水沟坡度与道路一致，每隔一段距离将排水沟引至附近天然排水冲沟。原矿运输主干线标准横断面如图4 所示。