高戰(zhàn)敏 王 軍 金忠偉 陳 峰

(1.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 鞍山 114004；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000；3.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司，遼寧 鞍山 114000)

0 引言

國(guó)內(nèi)一擬建大型綠色石場(chǎng)，開(kāi)采礦種為建筑用花崗巖，經(jīng)評(píng)審備案的資源量為2.43×108m3。最終露天境界內(nèi)圈定礦量1.80×108m3，設(shè)計(jì)年開(kāi)采建筑用花崗巖660×104m3(折合1 730×104t)，年生產(chǎn)機(jī)制砂石1 650×104t。該石場(chǎng)由露天采場(chǎng)、礦石加工區(qū)和產(chǎn)品發(fā)運(yùn)區(qū)等組成。礦石加工區(qū)位于露天采場(chǎng)北部，毗鄰露天采場(chǎng)布置；受地形等因素限制，產(chǎn)品發(fā)運(yùn)區(qū)不能與礦石加工區(qū)集中布置，布置在加工區(qū)的西部，直線距離約1.3 km。

該石場(chǎng)所在地經(jīng)濟(jì)不很發(fā)達(dá)，而周邊地市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，該石場(chǎng)產(chǎn)品主要面向周邊地市。礦山發(fā)運(yùn)區(qū)最終產(chǎn)品需要通過(guò)石場(chǎng)附近的高速公路輸出到周邊地市，發(fā)運(yùn)區(qū)距離高速公路的直線距離約10 km，該段距離的產(chǎn)品運(yùn)輸存在兩個(gè)典型方案，分別為膠帶運(yùn)輸方案和公路汽車運(yùn)輸方案。膠帶運(yùn)輸方案，基建投資少，運(yùn)營(yíng)費(fèi)低，但對(duì)石場(chǎng)所在地經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)有限；公路汽車運(yùn)輸方案，對(duì)所在地經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)較大，但基建投資大，運(yùn)營(yíng)費(fèi)高。上述兩個(gè)方案需綜合比較后確定。

1 成品外部輸出存在問(wèn)題及建設(shè)必要性

連接石場(chǎng)場(chǎng)區(qū)的現(xiàn)有道路僅為鄉(xiāng)道，現(xiàn)有道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，路面寬度不足，無(wú)法滿足成品外部輸出需要。且沿線村莊眾多，對(duì)噪音和粉塵污染比較敏感。此外，石場(chǎng)建成后，在給當(dāng)?shù)卮彐?zhèn)帶來(lái)共建紅利的同時(shí)，也將增加現(xiàn)有縣道的交通壓力。因此，建設(shè)滿足石場(chǎng)運(yùn)輸需要，并且避開(kāi)城鎮(zhèn)、村莊等人口集中的主要環(huán)境敏感點(diǎn)的成品外部輸出系統(tǒng)，對(duì)石場(chǎng)的建設(shè)、生產(chǎn)和運(yùn)輸均很重要。

2 項(xiàng)目研究過(guò)程及成品外部輸出系統(tǒng)方案

石場(chǎng)公司針對(duì)成品外部輸出系統(tǒng)建設(shè)問(wèn)題，進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)地勘察和交通量調(diào)查分析，充分征詢了當(dāng)?shù)刂鞴懿块T對(duì)該項(xiàng)目的意見(jiàn)和建議，收集周邊直接及間接影響區(qū)的地質(zhì)、水文、氣象、地震及建材等方面的資料；細(xì)致地整理了影響區(qū)近期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和遠(yuǎn)景經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃等資料；對(duì)項(xiàng)目影響區(qū)內(nèi)的交通概況、綜合運(yùn)輸網(wǎng)現(xiàn)狀做了多方面研究，在進(jìn)行了大量交通資料的搜集、整理、分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了遠(yuǎn)景交通量預(yù)測(cè)。依據(jù)石場(chǎng)的功能定位及交通發(fā)展預(yù)測(cè)確定了該項(xiàng)目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)工程概略設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和沿線實(shí)際用地控制規(guī)劃等內(nèi)外因素的分析等工作，綜合考慮項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)、社會(huì)效益評(píng)價(jià)、節(jié)能及維穩(wěn)工作分析與評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)分析等因素，提出了石場(chǎng)成品外部輸出系統(tǒng)方案，研究形成成品外部輸出膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)和成品外部輸出公路運(yùn)輸系統(tǒng)兩套方案。

3 成品外部輸出膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)

成品外部輸出膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)起點(diǎn)是礦區(qū)成品堆場(chǎng)，終點(diǎn)是現(xiàn)有縣道附近的成品外部發(fā)運(yùn)區(qū)，建設(shè)一套長(zhǎng)距離膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)。礦區(qū)發(fā)運(yùn)區(qū)的成品骨料通過(guò)堆場(chǎng)底部放礦設(shè)備進(jìn)入膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，通過(guò)膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)將礦石輸送至縣道附近的成品外部發(fā)運(yùn)區(qū)堆場(chǎng)貯存，后經(jīng)汽車外運(yùn)銷售。

在充分了解區(qū)域地形地貌條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模、生產(chǎn)能力，成品外部運(yùn)輸膠帶系統(tǒng)擬采用“地上+隧道”的建設(shè)模式。其中：膠帶機(jī)地上部分采用封閉鋼桁架結(jié)構(gòu)，隧道部分挖掘時(shí)根據(jù)圍巖性質(zhì)采取合理的支護(hù)形式。

膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)地上部分由4個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站，膠帶機(jī)通廊，貯礦倉(cāng)等組成，主運(yùn)輸膠帶總長(zhǎng)約12 km，其中隧道7處、總長(zhǎng)度近2 000 m；同時(shí)為解決皮帶廊的檢修進(jìn)場(chǎng)，需修建檢修道路；為解決進(jìn)場(chǎng)材料、設(shè)備運(yùn)輸問(wèn)題，需再規(guī)劃一條8 m寬的進(jìn)場(chǎng)道路，道路總長(zhǎng)度約15 km。

成品外部輸出膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)能力4 500 t/h，年輸送砂石骨料1 650 萬(wàn)t。由4個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站，膠帶機(jī)通廊，貯礦倉(cāng)等組成，皮帶寬度d=1 600～1 800 mm，皮帶機(jī)4臺(tái)，總長(zhǎng)度12 km。

成品外部運(yùn)輸膠帶機(jī)地上部分采用封閉鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼桁架頂部走臺(tái)采用鋼格板、兩側(cè)設(shè)鋼欄桿、立柱采用鋼結(jié)構(gòu)、立柱基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。皮帶廊寬度4.5 m,高度3.0 m；膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)站采用鋼筋混凝土整體基礎(chǔ)。配電室采用鋼結(jié)構(gòu)，毛石基礎(chǔ)，彩鋼板圍護(hù)。

成品外部運(yùn)輸膠帶機(jī)隧道部分總長(zhǎng)度2 000 m，寬度4.5 m，高度3.5 m，隧道挖掘時(shí)根據(jù)圍巖性質(zhì)確定支護(hù)形式。

轉(zhuǎn)運(yùn)站采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)運(yùn)站為封閉式，平臺(tái)周邊設(shè)鋼欄桿。

外運(yùn)場(chǎng)外成品倉(cāng)共計(jì)4個(gè)成品堆場(chǎng)，總占地面積約20 000 m2，高度為22 m。成品通過(guò)皮帶運(yùn)至裝車樓裝車外運(yùn)，共計(jì)24個(gè)裝車系統(tǒng)。

廠外膠帶通廊為鋼結(jié)構(gòu)全封閉式，通廊桁架為三角形空間桁架，上部設(shè)防雨蓬，支架為鋼結(jié)構(gòu)，下部獨(dú)立基礎(chǔ)。

4 成品外部輸出公路運(yùn)輸系統(tǒng)

成品外部輸出公路運(yùn)輸系統(tǒng)，起點(diǎn)是礦區(qū)西側(cè)的成品發(fā)運(yùn)區(qū)，穿越縣道，南向終點(diǎn)為礦區(qū)附近國(guó)道入口，直接服務(wù)于石場(chǎng)前期建設(shè)和后期的石場(chǎng)成品外部運(yùn)輸專用通道。

針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)性質(zhì)及功能定位，運(yùn)輸功能滿足交通量增長(zhǎng)需要，通行能力(行車道數(shù))必須適當(dāng)超前，考慮征地、拆遷帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，在充分了解區(qū)域發(fā)展建設(shè)規(guī)劃、紅線寬度、道路性質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)查并分析項(xiàng)目的交通量、流向及車輛組成，同時(shí)，針對(duì)規(guī)劃區(qū)段、山區(qū)段，結(jié)合規(guī)劃道路的斷面型式，提出道路橫斷面方案。其中,礦區(qū)起點(diǎn)至縣道路段為山區(qū)公路，長(zhǎng)度14.4 km,擬采用設(shè)計(jì)車速為40 km/h的雙向兩車道三級(jí)公路(外側(cè)設(shè)置慢車道)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；縣道至國(guó)道路段為微丘段，長(zhǎng)度約7.9 km，采用設(shè)計(jì)車速為60 km/h的雙向兩車道二級(jí)公路(外側(cè)設(shè)置慢車道)標(biāo)準(zhǔn)，道路全長(zhǎng)22.3 km。

公路運(yùn)輸系統(tǒng)為石場(chǎng)項(xiàng)目的配套運(yùn)輸公路，同時(shí)作為服務(wù)于區(qū)域交通的支線道路?？紤]區(qū)域地形地貌以及發(fā)展建設(shè)規(guī)劃，本項(xiàng)目山區(qū)路段，即礦區(qū)發(fā)運(yùn)區(qū)起點(diǎn)至縣道路段采用三級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；微丘路段，即縣道至國(guó)道路段，地勢(shì)平緩，采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)區(qū)域地形、地質(zhì)條件，沿線土地利用性質(zhì)，現(xiàn)有道路等級(jí)和功能等因素，綜合考慮設(shè)計(jì)車速。石場(chǎng)達(dá)產(chǎn)后，日均產(chǎn)量為52 000 t，運(yùn)輸車輛擬采用載重40 t貨車。依據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20-2017)，經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目山區(qū)段擬采用設(shè)計(jì)車速為40 km/h的三級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃區(qū)段擬采用設(shè)計(jì)車速為60 km/h的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

考慮二級(jí)、三級(jí)公路交通量預(yù)測(cè)年限為15年。經(jīng)計(jì)算，車道數(shù)為1.85。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合沿線相關(guān)路網(wǎng)、城鎮(zhèn)發(fā)展的實(shí)際情況，同時(shí)考慮帶動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展、吸引車流的需要，采用雙向兩車道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，考慮礦區(qū)運(yùn)輸車輛難以避免與其他社會(huì)車輛交通混行，于主車道外側(cè)設(shè)置慢車道，以保障公路行車安全。

根據(jù)通行能力和服務(wù)水平的計(jì)算分析，該石場(chǎng)外部公路建設(shè)工程針對(duì)山區(qū)段及規(guī)劃區(qū)段制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及路線方案。其中：礦區(qū)起點(diǎn)至縣道路段為山區(qū)公路，長(zhǎng)14.4 km，擬采用設(shè)計(jì)車速為40 km/h的雙向兩車道三級(jí)公路(外側(cè)設(shè)置慢車道)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；縣道至國(guó)道路段為規(guī)劃區(qū)段，長(zhǎng)7.9 km，采用設(shè)計(jì)車速為60 km/h的雙向兩車道二級(jí)公路(外側(cè)設(shè)置慢車道)標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)能在預(yù)測(cè)年限內(nèi)滿足通道維持四級(jí)服務(wù)水平的要求。

新建路基、防護(hù)、公路排水系統(tǒng)及路面(水泥砼路面)工程全長(zhǎng)22.3 km，采用雙向兩車道(外側(cè)設(shè)置慢車道)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，路基橫斷面寬19～21 m；全線共設(shè)橋梁6座，其中含大橋一座，中橋5座；涵洞92座，其中圓管涵34座，蓋板涵37座，箱涵21座。改河改溝4處，合計(jì)798 m；全線含平面交叉11處；完善交通工程及沿線設(shè)施22.3 km；中央防撞欄14.4 km，綠化工程(中央綠化帶)23 662 m2。

5 方案比選

兩個(gè)方案建設(shè)投資與運(yùn)營(yíng)費(fèi)定量比較情況詳見(jiàn)表1。

表1 兩個(gè)運(yùn)輸方案建設(shè)投資與年運(yùn)營(yíng)費(fèi)綜合比較表

能源消耗。膠帶運(yùn)輸方案消耗能源主要是電力，估算膠帶運(yùn)輸方案噸公里耗電量?jī)H為0.23 kW·h，每噸砂石骨料全程12 km耗電2.76 kW·h，年耗電量為4 554×104kW·h，折合5 597 tce。汽車運(yùn)輸方案，消耗能源主要是柴油，估算汽車運(yùn)輸方案噸公里耗柴油量為0.10 kg，年耗柴油量為36 795 t，折合53 614 tce，約是膠帶運(yùn)輸方案的9.6倍。

兩個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較情況詳見(jiàn)表2。

表2 兩個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

經(jīng)綜合比較后，設(shè)計(jì)推薦方案一即膠帶運(yùn)輸方案，主要理由如下：

1)膠帶運(yùn)輸方案的基建投資比汽車運(yùn)輸方案的基建投資少9 473萬(wàn)元。

2)膠帶運(yùn)輸方案的年運(yùn)營(yíng)費(fèi)比汽車運(yùn)輸方案的年運(yùn)營(yíng)費(fèi)少45 065萬(wàn)元。

3)環(huán)境保護(hù)和綠色礦山建設(shè)。節(jié)能減排是綠色礦山建設(shè)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，《關(guān)于推進(jìn)機(jī)制砂石行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干意見(jiàn)》(工信部聯(lián)原〔2019〕239號(hào))鼓勵(lì)砂石礦山運(yùn)輸公(路)轉(zhuǎn)鐵(路)、公(路)轉(zhuǎn)水(路)。膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)電耗少，噪音低，全封閉，對(duì)周圍環(huán)境影響很小。且公路運(yùn)輸系統(tǒng)的汽車需要消耗大量油類。大量油耗所產(chǎn)生的尾氣，嚴(yán)重污染新建公路附近的空氣質(zhì)量；大批高速運(yùn)行的車輛，將使得新建公路附近的空氣產(chǎn)生嚴(yán)重的飛塵污染。

4)安全性。膠帶運(yùn)輸方案，全部產(chǎn)品通過(guò)全封閉的膠帶運(yùn)輸，非常安全。而公路運(yùn)輸方案，汽車數(shù)量多，大量石場(chǎng)運(yùn)輸車輛與社會(huì)車輛并行，存在車輛刮碰等安全風(fēng)險(xiǎn)。

5)石場(chǎng)對(duì)所在地經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)。公路運(yùn)輸方案能夠完善區(qū)域公路網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)地區(qū)交通運(yùn)輸發(fā)展的需要；能夠改善投資環(huán)境，促進(jìn)地區(qū)旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但上述優(yōu)點(diǎn)難以消除大量運(yùn)輸車輛尾氣、揚(yáng)塵和噪聲對(duì)周圍環(huán)境的污染。

6 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于公路輸出方案，膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸能力大、運(yùn)行阻力小、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、電耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修容易、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、運(yùn)輸成本低。國(guó)內(nèi)外開(kāi)采深度大、運(yùn)距長(zhǎng)、運(yùn)量大的露天礦山，越來(lái)越多地采用汽車-帶式輸送機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸系統(tǒng)取代單一汽車運(yùn)輸系統(tǒng)，其主要原因就是帶式輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、安全環(huán)保。

綜合考慮基建投資、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、環(huán)境保護(hù)和安全等因素，設(shè)計(jì)推薦該石場(chǎng)發(fā)運(yùn)區(qū)至附近高速公路的產(chǎn)品輸出采用膠帶運(yùn)輸方案。