某大型石场产品输出方案的比选

2021-05-06高战敏金忠伟

矿业工程 2021年2期

高战敏王军金忠伟陈峰

(1.鞍钢集团矿业设计研究院有限公司，辽宁鞍山 114004；2.辽宁工程技术大学，辽宁阜新 123000；3.鞍钢集团矿业有限公司，辽宁鞍山 114000)

0 引言

国内一拟建大型绿色石场，开采矿种为建筑用花岗岩，经评审备案的资源量为2.43×108m3。最终露天境界内圈定矿量1.80×108m3，设计年开采建筑用花岗岩660×104m3(折合1 730×104t)，年生产机制砂石1 650×104t。该石场由露天采场、矿石加工区和产品发运区等组成。矿石加工区位于露天采场北部，毗邻露天采场布置；受地形等因素限制，产品发运区不能与矿石加工区集中布置，布置在加工区的西部，直线距离约1.3 km。

该石场所在地经济不很发达，而周边地市经济发达，该石场产品主要面向周边地市。矿山发运区最终产品需要通过石场附近的高速公路输出到周边地市，发运区距离高速公路的直线距离约10 km，该段距离的产品运输存在两个典型方案，分别为胶带运输方案和公路汽车运输方案。胶带运输方案，基建投资少，运营费低，但对石场所在地经济社会发展贡献有限；公路汽车运输方案，对所在地经济社会发展贡献较大，但基建投资大，运营费高。上述两个方案需综合比较后确定。

1 成品外部输出存在问题及建设必要性

连接石场场区的现有道路仅为乡道，现有道路技术标准低，路面宽度不足，无法满足成品外部输出需要。且沿线村庄众多，对噪音和粉尘污染比较敏感。此外，石场建成后，在给当地村镇带来共建红利的同时，也将增加现有县道的交通压力。因此，建设满足石场运输需要，并且避开城镇、村庄等人口集中的主要环境敏感点的成品外部输出系统，对石场的建设、生产和运输均很重要。

2 项目研究过程及成品外部输出系统方案

石场公司针对成品外部输出系统建设问题，进行了详细的实地勘察和交通量调查分析，充分征询了当地主管部门对该项目的意见和建议，收集周边直接及间接影响区的地质、水文、气象、地震及建材等方面的资料；细致地整理了影响区近期的经济发展状况和远景经济发展规划等资料；对项目影响区内的交通概况、综合运输网现状做了多方面研究，在进行了大量交通资料的搜集、整理、分析的基础上进行了远景交通量预测。依据石场的功能定位及交通发展预测确定了该项目的建设标准；通过工程概略设计、经济评价和沿线实际用地控制规划等内外因素的分析等工作，综合考虑项目经济效益评价、社会效益评价、节能及维稳工作分析与评价、风险分析等因素，提出了石场成品外部输出系统方案，研究形成成品外部输出胶带运输系统和成品外部输出公路运输系统两套方案。

3 成品外部输出胶带运输系统

成品外部输出胶带运输系统起点是矿区成品堆场，终点是现有县道附近的成品外部发运区，建设一套长距离胶带运输系统。矿区发运区的成品骨料通过堆场底部放矿设备进入胶带运输系统，通过胶带运输系统将矿石输送至县道附近的成品外部发运区堆场贮存，后经汽车外运销售。

在充分了解区域地形地貌条件的基础上，结合项目建设规模、生产能力，成品外部运输胶带系统拟采用“地上+隧道”的建设模式。其中：胶带机地上部分采用封闭钢桁架结构，隧道部分挖掘时根据围岩性质采取合理的支护形式。

胶带运输系统地上部分由4个转运站，胶带机通廊，贮矿仓等组成，主运输胶带总长约12 km，其中隧道7处、总长度近2 000 m；同时为解决皮带廊的检修进场，需修建检修道路；为解决进场材料、设备运输问题，需再规划一条8 m宽的进场道路，道路总长度约15 km。

成品外部输出胶带运输系统能力4 500 t/h，年输送砂石骨料1 650 万t。由4个转运站，胶带机通廊，贮矿仓等组成，皮带宽度d=1 600～1 800 mm，皮带机4台，总长度12 km。

成品外部运输胶带机地上部分采用封闭钢桁架结构，钢桁架顶部走台采用钢格板、两侧设钢栏杆、立柱采用钢结构、立柱基础采用钢筋混凝土独立基础。皮带廊宽度4.5 m,高度3.0 m；胶带机驱动站采用钢筋混凝土整体基础。配电室采用钢结构，毛石基础，彩钢板围护。

成品外部运输胶带机隧道部分总长度2 000 m，宽度4.5 m，高度3.5 m，隧道挖掘时根据围岩性质确定支护形式。

转运站采用现浇钢筋混凝土框架结构，柱下独立基础，转运站为封闭式，平台周边设钢栏杆。

外运场外成品仓共计4个成品堆场，总占地面积约20 000 m2，高度为22 m。成品通过皮带运至装车楼装车外运，共计24个装车系统。

厂外胶带通廊为钢结构全封闭式，通廊桁架为三角形空间桁架，上部设防雨蓬，支架为钢结构，下部独立基础。

4 成品外部输出公路运输系统

成品外部输出公路运输系统，起点是矿区西侧的成品发运区，穿越县道，南向终点为矿区附近国道入口，直接服务于石场前期建设和后期的石场成品外部运输专用通道。

针对项目建设性质及功能定位，运输功能满足交通量增长需要，通行能力(行车道数)必须适当超前，考虑征地、拆迁带来的经济费用，在充分了解区域发展建设规划、红线宽度、道路性质的基础上，通过调查并分析项目的交通量、流向及车辆组成，同时，针对规划区段、山区段，结合规划道路的断面型式，提出道路横断面方案。其中,矿区起点至县道路段为山区公路，长度14.4 km,拟采用设计车速为40 km/h的双向两车道三级公路(外侧设置慢车道)设计标准；县道至国道路段为微丘段，长度约7.9 km，采用设计车速为60 km/h的双向两车道二级公路(外侧设置慢车道)标准，道路全长22.3 km。

公路运输系统为石场项目的配套运输公路，同时作为服务于区域交通的支线道路。考虑区域地形地貌以及发展建设规划，本项目山区路段，即矿区发运区起点至县道路段采用三级公路技术标准；微丘路段，即县道至国道路段，地势平缓，采用二级公路标准。

根据区域地形、地质条件，沿线土地利用性质，现有道路等级和功能等因素，综合考虑设计车速。石场达产后，日均产量为52 000 t，运输车辆拟采用载重40 t货车。依据《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)，经计算，本项目山区段拟采用设计车速为40 km/h的三级公路技术标准，规划区段拟采用设计车速为60 km/h的技术标准。

考虑二级、三级公路交通量预测年限为15年。经计算，车道数为1.85。根据计算结果，并结合沿线相关路网、城镇发展的实际情况，同时考虑带动沿线经济发展、吸引车流的需要，采用双向两车道设计标准。同时，考虑矿区运输车辆难以避免与其他社会车辆交通混行，于主车道外侧设置慢车道，以保障公路行车安全。

根据通行能力和服务水平的计算分析，该石场外部公路建设工程针对山区段及规划区段制定相应的技术标准以及路线方案。其中：矿区起点至县道路段为山区公路，长14.4 km，拟采用设计车速为40 km/h的双向两车道三级公路(外侧设置慢车道)设计标准；县道至国道路段为规划区段，长7.9 km，采用设计车速为60 km/h的双向两车道二级公路(外侧设置慢车道)标准。上述标准能在预测年限内满足通道维持四级服务水平的要求。

新建路基、防护、公路排水系统及路面(水泥砼路面)工程全长22.3 km，采用双向两车道(外侧设置慢车道)的建设标准，路基横断面宽19～21 m；全线共设桥梁6座，其中含大桥一座，中桥5座；涵洞92座，其中圆管涵34座，盖板涵37座，箱涵21座。改河改沟4处，合计798 m；全线含平面交叉11处；完善交通工程及沿线设施22.3 km；中央防撞栏14.4 km，绿化工程(中央绿化带)23 662 m2。

5 方案比选

两个方案建设投资与运营费定量比较情况详见表1。

表1 两个运输方案建设投资与年运营费综合比较表

能源消耗。胶带运输方案消耗能源主要是电力，估算胶带运输方案吨公里耗电量仅为0.23 kW·h，每吨砂石骨料全程12 km耗电2.76 kW·h，年耗电量为4 554×104kW·h，折合5 597 tce。汽车运输方案，消耗能源主要是柴油，估算汽车运输方案吨公里耗柴油量为0.10 kg，年耗柴油量为36 795 t，折合53 614 tce，约是胶带运输方案的9.6倍。

两个方案优缺点比较情况详见表2。

表2 两个方案优缺点比较表

经综合比较后，设计推荐方案一即胶带运输方案，主要理由如下：

1)胶带运输方案的基建投资比汽车运输方案的基建投资少9 473万元。

2)胶带运输方案的年运营费比汽车运输方案的年运营费少45 065万元。

3)环境保护和绿色矿山建设。节能减排是绿色矿山建设的重要标准之一，《关于推进机制砂石行业高质量发展的若干意见》(工信部联原〔2019〕239号)鼓励砂石矿山运输公(路)转铁(路)、公(路)转水(路)。胶带运输系统电耗少，噪音低，全封闭，对周围环境影响很小。且公路运输系统的汽车需要消耗大量油类。大量油耗所产生的尾气，严重污染新建公路附近的空气质量；大批高速运行的车辆，将使得新建公路附近的空气产生严重的飞尘污染。

4)安全性。胶带运输方案，全部产品通过全封闭的胶带运输，非常安全。而公路运输方案，汽车数量多，大量石场运输车辆与社会车辆并行，存在车辆刮碰等安全风险。

5)石场对所在地经济社会发展的贡献。公路运输方案能够完善区域公路网络，适应地区交通运输发展的需要；能够改善投资环境，促进地区旅游经济发展。但上述优点难以消除大量运输车辆尾气、扬尘和噪声对周围环境的污染。