吳翔偉

（1.長沙礦山研究院有限責任公司；2.金屬礦山安全技術(shù)國家重點實驗室）

采選工業(yè)場地總平面布置直接關系到企業(yè)近期得經(jīng)濟效益、生產(chǎn)效率，遠期的建設和規(guī)模擴大?？偲矫娌缓侠?、工藝流程不順暢，將導致能耗增加，生產(chǎn)效率降低，不安全因素增加［1-2］。目前，國內(nèi)學者對總平面布置做了大量的研究，馬少維等［3］采用優(yōu)選數(shù)學模型，在復雜物料條件下，選擇了合適的采選工業(yè)場地；王建偉等［4］以某銀礦為例，詳細分析了礦山4個工業(yè)場地的布置；翟串梅［5］將層次分析法應用于總平面方案比選中，通過構(gòu)建層次分析模型，實現(xiàn)了最優(yōu)方案選擇；李丹等［6］從原料運輸、景觀設計等方面提出了現(xiàn)代化選礦廠的優(yōu)化布置；李晶［2］從平面布局、豎向設計、管網(wǎng)綜合、指標綜合等，多方面分析了建筑企業(yè)總平面設計要點；韓永強［7］針對某鐵礦存在的礦石多次轉(zhuǎn)運、場地利用率不高、已征地范圍偏少的問題，優(yōu)化了總平面布置及工藝流程。

在礦山總平面布置方面，已有較多的學者進行了分析研究，但是對于需要改擴建的礦山，新建工業(yè)場地的總平面方案比選優(yōu)化方面的文章較少。本文以大萬礦業(yè)新建罐籠豎井工業(yè)場地為例，在進行工業(yè)場地本身的總平面布置的同時，考慮與已有選廠、道路、運輸?shù)你暯?，運用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）建立了方案評選模型，得到了可靠的評價結(jié)果，為類似工業(yè)場地總平面布置方案的選擇及優(yōu)化提供參考。

1 豎井工業(yè)場地場址

大萬礦業(yè)在礦權(quán)南部建設了1 000 t/d 楊洞源選廠，礦山現(xiàn)有剪刀沖和白荊2 個工區(qū)，從礦區(qū)到選廠只有村級公路，運輸距離超過4 km，路況差，且運輸車輛噪音、揚塵對周邊百姓帶來一定影響，井下運輸方案完全避免了地面運輸?shù)娜秉c，同時運輸線路短，運營成本低。經(jīng)過方案比選，設計決定采用井下礦車有軌運輸方案，礦石分別從白荊礦區(qū)和剪刀沖礦區(qū)由架線式電機車牽引翻轉(zhuǎn)式礦車組，通過-120 m礦石主運輸大巷，運輸至豎井附近，再由罐籠豎井提升至地表。

楊洞源選廠原礦倉頂標高234 m，原礦倉向北地形標高由234 m 逐漸降低為180 m；原礦倉南側(cè)是以原礦倉為高點形成的邊坡，坡底標高169.5 m；原礦倉東側(cè)地形最高標高280 m，到達高點后再向東側(cè)逐漸降低至140 m。原礦倉北側(cè)、南側(cè)地勢較低，不適合布置豎井，設計將擬建豎井布置在原礦倉東南側(cè)山坡約118 m處，距離短，便于提升上來的礦石運至原礦倉。

場地位于半山腰，沒有受到洪水、內(nèi)澇的干擾根據(jù)現(xiàn)場工程勘測報告，本場地基穩(wěn)定性好，適宜作為建（構(gòu)）物的場地［8-9］。

2 工業(yè)場地總平面布置

2.1 布置原則

總平面布置與工藝要求、地形條件、交通、防排洪等多種要求相關，本次方案研究遵循以下原則：

（1）應保證井下提升的礦石順暢、便捷地運至選廠。該豎井凈直徑為5.0 m，提升高度為360 m，采用雙層雙罐籠互為平衡，JKMD2.25×4 I 多繩摩擦提升機，礦石從明豎井提升，通過轉(zhuǎn)運膠帶或者窄軌鐵路運輸。

（2）場地布置應簡潔、規(guī)整。各設施均圍繞豎井布置，主要布置有井口房、提升機房、空壓機房、辦公樓、材料庫、機修及地表運輸窄軌線路等。

（3）考慮填挖零線的影響，零線以東、以南為挖方，以北、以西為填方，設施盡量布置在挖方地段，減少地基處理費用。

（4）選擇高效、便捷的運輸方案。提升及運輸能力為1 400 t/d，環(huán)形軌道運輸比折返式運輸效率高，本方案考慮采用環(huán)形軌道運輸［10-11］。

2.2 總平面布置方案

根據(jù)場地地形地貌及工藝要求，設計了2個總平面布置方案，從投資、技術(shù)、管理等方面進行分析比較，方案平面布置見圖1、圖2。

（1）方案1選用南北向布置，膠帶轉(zhuǎn)運?？偲矫娌?置方式為出車方向南北向；井口房南北向布置；提升機房布置在豎井東側(cè)；主要設施均布置在挖方地段；場地高于原礦倉頂5m，便于轉(zhuǎn)運礦倉布置。運輸方式采用窄軌、膠帶聯(lián)合運輸，環(huán)形軌道運輸，軌距600 mm，設置地表轉(zhuǎn)運礦倉，采用膠帶轉(zhuǎn)運至原礦倉。

（2）方案2 選用東西向布置，窄軌運輸方案。總平面布置方式為出車方向為東西向；井口房東西向布置；提升機房布置在豎井南側(cè)；主要設施均布置在挖方地段；場地標高與原礦倉頂標高一致，方便軌道線路布置。軌道段運輸同方案1，曲軌卸載至溜槽，溜槽卸載至原礦倉。其中軌道運輸經(jīng)過原礦倉段需要架空，架空高度10 m，架空段長約35 m。

3 方案選擇

3.1 評價指標體系及主要技術(shù)經(jīng)濟指標

層次分析法（AHP）是一種將定量和定性相結(jié)合的方法，適用于某些復雜的、難以定量分析的問題。層次分析法的基本思想是將所有的分析問題進行分層，針對問題的本質(zhì)與所要實現(xiàn)的總體目標，將問題分為不同的組成要素，并按照這些要素的關聯(lián)影響，即其隸屬關系，將不同層面的要素進行組合，從而形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)；最后，對問題進行優(yōu)劣比較排序［12-13］。

對豎井工業(yè)場地從平面布局、礦石運輸、投資3個層面，將復雜的問題層分解為3 層共10 個要素，如圖3。

（1）目標層：最佳總平面布置方案A。

（2）準則層：平面布局B1、礦石運輸B2、可比投資B3。

（3）指標層：占地面積C1、布置整潔C2、場地安全C3、場地防排洪C4、運輸便捷C5、礦石卸載穩(wěn)定C6、與汽車運輸協(xié)調(diào)性C7、檢修便利性C8、運輸系統(tǒng)可比投資C9、土石方工程量C10。

（4）方案層：方案1D1、方案2D2。

根據(jù)確定好的指標體系，收集整理2個方案實際資料，確定主要技術(shù)經(jīng)濟指標見表1。

3.2 指標層權(quán)重及一致性檢驗

通過將每層間的各項因素進行比對，根據(jù)表2判斷標度量化，確定其相互關系。

本文通過AHP 法分別確定指標層、準則層的分布權(quán)重及總體權(quán)重。首先進行專家調(diào)查，構(gòu)建每一層內(nèi)及總體層間的判斷矩陣，每次取2 個因素Fij和Fji，按1～9的比例來度量：

其次，構(gòu)建準則、指標、方案層矩陣，構(gòu)造矩陣后，利用和積法或方根法，計算出每個判斷矩陣的權(quán)重向量及最大特征值λmax。

最后，進行一致性檢驗。考慮到在打分過程中決策者的主觀影響，尤其是在需要評價的目標較多，兩兩比較的時候，可能會出現(xiàn)矛盾，例如在總平面C1中，若指標C1比C2重要、C2比C3重要，兩兩比較時候出現(xiàn)了C3比C1重要的結(jié)果，則該判斷矩陣指標互相矛盾，邏輯上行不通，因此要進行一致性檢驗，計算一致性比例CR，當CR≤0.1時，通過一致性檢驗。

式中，CI 為一致性指標；λmax為最大特征值；n為比較因素的數(shù)量；CR 為一致性比例，RI 為平均隨機一致性指標（表7）。

計算分析結(jié)果見表8，通過表8分析，一致性比例CR≤0.1，所有結(jié)果均通過一致性檢驗。

3.3 層次總排序

通過總排序可以得到指標層每個元素相對于目標層（最佳總平面布置方案）的組合權(quán)重，從上到下逐層排序，同樣也需要對總排序結(jié)果進行一致性檢驗，評價體系指標層總排序及方案層總排序見表9。

通過表9可以得出，礦石卸載穩(wěn)定C6指標權(quán)重達到0.376 4，是重點關注項；占地面積C1的指標權(quán)重0.013 9，對于方案的影響最?。环桨?（D1）的權(quán)重（0.713 5）遠大于方案2（D2）的權(quán)重（0.286 5），最終優(yōu)選方案1，井口房南北向布置，礦石采用環(huán)形軌道、膠帶聯(lián)合運輸，經(jīng)膠帶轉(zhuǎn)運至原礦倉。目前，該豎井及場地已投入生產(chǎn)，環(huán)形軌道運輸效率高，運輸流程順暢，礦石卸載安全穩(wěn)定，場地布置整潔，滿足生產(chǎn)經(jīng)營要求。

4 結(jié)論

（1）本文將復雜的問題有序分解為平面布置、礦石運輸、建設投資4 層共10 個要素，基于層次分析建立方案評價指標體系，分析結(jié)果表明方案1（D1）的權(quán)重（0.713 5）遠大于方案2（D2）的權(quán)重（0.286 5），優(yōu)選出最佳總平面布置方案是方案1。

（2）罐籠豎井選擇在選廠原礦倉東側(cè)的山坡，礦石提升至地表后通過窄軌運輸，曲軌卸載至地表轉(zhuǎn)運礦倉，振動放礦機放礦后，膠帶轉(zhuǎn)運至選廠原礦倉，方案設計安全可靠，目前該豎井及場地已投入生產(chǎn)，滿足生產(chǎn)運輸要求。

（3）層次分析法適用于一些難以定量分析的問題，總平面方案選擇、廠址方案優(yōu)化通常是定性和定量相結(jié)合的綜合分析，因此層次分析法在研究此類問題中具有明顯優(yōu)勢。