高海拔高寒地區(qū)礦山總圖設計探析

胡軍鋒（西安有色冶金設計研究院，陜西 西安 710000）

高海拔高寒地區(qū)礦山總圖設計探析

胡軍鋒（西安有色冶金設計研究院，陜西 西安 710000）

結合工程實例，介紹了高海拔高寒地區(qū)礦山總圖設計要點。就場地選擇、建筑物朝向、排土場設計等進行分析，并提出相應的的技術方法，可供高海拔高寒地區(qū)礦山總圖設計參考。

高海拔高寒地區(qū)；總圖設計；場地選址；建筑朝向；排土場

1 前言

近年來由于礦產(chǎn)資源需求持續(xù)旺盛，加之邊遠地區(qū)交通運輸、供電、供水等建設條件得到改善，許多地處邊遠地區(qū)的礦山得以開發(fā)，而高海拔高寒地區(qū)的礦山又占有相當一部分。主要分布在青藏高原，云貴高原、四川等地區(qū)。本文結合筆者近幾年在高海拔高寒地區(qū)所做的礦山總圖設計工程實例，提出幾點設計中需考慮的問題，對遇到的問題進行分析，并提出相應的技術方法。可供工程設計者做高海拔高寒地區(qū)礦山總圖設計時參考。

2 高海拔高寒地區(qū)的界定

按照國際通行的海拔劃分標準：1 500～3 500m為高海拔；3 500～5 500m為超高海拔；5 500m以上為極高海拔。高寒地區(qū)一般指高海拔、高緯度地區(qū)，氣溫偏低，全年日平均溫度大于或等于10℃，積溫1 800～2 000℃。高寒地區(qū)可分成3種類型：高海拔河谷地區(qū)和高緯度地帶的平原地區(qū)，如雅魯藏布江和黑龍江北部地區(qū)；高原盆地，如藏北高原、柴達木盆地等；高山山地。

本文所談高海拔高寒地區(qū)泛指其工業(yè)場地的設計控制標高在3 000m以上的地區(qū)。這些地方自然條件惡劣，往往給總圖設計帶來較大的困難。

3 高海拔高寒地區(qū)礦山建設特點

（1）低壓缺氧。氣壓的高低主要決定于海拔的高低，隨著海拔的增加大氣壓會降低。氧氣分壓也是如此，高原地區(qū)大氣壓低，大氣中的含氧量和氧分壓也較低，從而引起如人體各器官組織供氧不足，產(chǎn)生功能或器質(zhì)性變化，進而出現(xiàn)缺氧癥狀。

（2）寒冷、干燥及強風。在自由大氣中，氣溫隨著海拔高度的升高而降低，一般每升高1 000m，氣溫下降約1℃，有的地區(qū)甚至每升高150m可下降約1℃。高海拔高寒地區(qū)冬季較為寒冷，無霜期很短，晝夜溫差大，氣候垂直差異明顯，年降雨量少，凍土深度大，有的屬多年凍土地區(qū)。另外，海拔高度對風的形成影響明顯，海拔高的地區(qū)會受到高層空氣動量下傳的影響而造成地面強風、大風。

（3）高海拔高寒地區(qū)自然條件惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱，部分地區(qū)水資源匱乏，靠少量雨水和冰川融水補給。如青海某多金屬選礦廠海拔3 700m，場地荒蕪，幾乎無植被覆蓋。

（4）周邊工業(yè)基礎薄弱，協(xié)作條件很差。礦區(qū)交通條件差，物料運輸困難，多以汽車運輸為主。

（5）總圖設計不僅要符合當?shù)氐墓I(yè)規(guī)劃，做到經(jīng)濟適用，安全合理；而且要重視生態(tài)環(huán)境保護，使其不至于破壞與惡化，提高環(huán)境效益。

另外，這些礦山多數(shù)位于幼年期高山地形區(qū)。其特點是山勢陡峭險峻、巖石風化強烈、山谷比高，山體滑坡、坍塌、泥石流時常有發(fā)生。這樣給礦山的工業(yè)場地、生活區(qū)以及道路的布置與修建帶來不少的困難。

4 高海拔高寒地區(qū)礦山總圖設計要點

結合高海拔高寒地區(qū)礦山建設的自然條件、社會協(xié)作條件及筆者在做這類礦山總圖設計時遇到的問題，筆者認為高海拔高寒地區(qū)礦山總圖設計應該在場地選擇、建筑物朝向、排土場設計、礦山道路等方面給予足夠重視。

4.1 重視場地選擇

冶金礦山企業(yè)一般由各主要工業(yè)場地、輔助工業(yè)場地、廢料堆放場、生活區(qū)組成，各個場地的選擇與布置以及其相互之間的聯(lián)系是總圖設計的核心。不僅涉及的范圍廣，而且對企業(yè)的技術經(jīng)濟效益、社會效益有著直接的影響。且建成后不易改變其位置關系。在做高海拔高寒地區(qū)礦山總圖設計時，其工業(yè)場地的選擇除遵循現(xiàn)行總圖設計規(guī)范的一般原則外，還應特別注意以下幾點。

（1）工業(yè)場地盡可能集中布置。在高海拔高寒地區(qū)的低壓缺氧環(huán)境下，工人的勞動強度比低海拔地區(qū)明顯增強。而工業(yè)場地集中布置具有縮短工藝連接及運輸線路，能充分發(fā)揮機械化設施的潛在能力；可以有效節(jié)省用地，加快建設進度與降低投資，降低工人勞動強度。如川滇高原地區(qū)某金礦在以汽車運輸公路開拓的前提下，結合尾礦庫的建設條件，以集中布置的原則，指導采選工業(yè)場地位置選擇。將采選工業(yè)場地集中布置，并盡量靠近礦山，保證尾礦漿自流至尾礦庫。

（2）重視輔助工業(yè)場地的選擇。輔助工業(yè)場地主要包括變電所、水源地、炸藥庫、油庫及加油站等。除了要考慮地形與用地面積是否滿足需求，還應重視安全、防護距離是否能滿足。水源地的選擇應避開可能受到泥石流、滑坡、排土場等危害或污染的區(qū)域。在高海拔高寒地區(qū)，冶金礦山企業(yè)周邊社會協(xié)作條件差，企業(yè)一般都設有自己的油庫、加油站，選址除了要與主要用戶聯(lián)系方便外，還應滿足其內(nèi)、外部安全距離要求。炸藥庫的外部防護距離一般比較大，應首選山間低洼的封閉地形，盡可能的利用有利自然地形增強安全防護，高海拔高寒地區(qū)一般沒有大的居民點，注意不要忽略零散住戶的安全防護。

（3）生活區(qū)的布置應重視人員的生存環(huán)境。生活區(qū)的選址除了要有足夠的占地面積，適宜的地形坡度，與采礦場和采選工業(yè)場地有方便的交通和足夠的衛(wèi)生防護距離外，其人員的生存環(huán)境也應足夠的重視。高海拔高寒地區(qū)山高風大，注意不要將居住區(qū)和工業(yè)場地布置在排土場、露天礦山等粉塵污染源的主導風向下風側(cè)，并應避開“風口”。在實踐過程中筆者對這點有深刻的體會，如青海某多金屬礦山，在設計之初生活區(qū)初步考慮放在一處開闊山谷，此處占地面積、地形坡度、內(nèi)外部聯(lián)系、朝向等都具備較大的優(yōu)勢，但恰是布置在“風口”上。設計人員在現(xiàn)場踏勘時，廠區(qū)山高風大，在大風的作用下人都難以站穩(wěn)，故在設計中將生活區(qū)調(diào)整到靠山坡的避風處。四川某礦山建設之初甲方就將物資轉(zhuǎn)運站建在一處平緩山谷中，表面山看是降低了施工成本，加快了施工進度，但恰巧就建在“風口”上，在使用過程中飽受其害。

另外，應盡量將生活區(qū)選擇在山腳下海拔較低處，植被覆蓋較好的地方。隨著海拔的增加，大氣壓降低，大氣中的含氧量和氧分壓也會降低，從而導致高山缺氧癥。通常氧氣分壓和大氣壓力的關系為：

P′=V′P

式中：P′——氧分壓；

V′——氧氣在空氣中所占體積，取0.21；

P——大氣壓力。

在標準狀況下，氧分壓為0.21MPa時，人體血紅蛋白的氧飽和度維持在正常的95%～97%。在3 000m高度，氧分壓下降到0.14MPa，人體血紅蛋白的氧飽和度下降到84%以下，就可引起頭昏、心悸、喘息等缺氧癥。因此，在條件允許時，應盡量降低生活區(qū)海拔高度，靠近植被覆蓋較好的地方，以保證生活區(qū)附近大氣中有較高的含氧量和氧分壓。川滇高原地區(qū)某金礦就是在不砍伐樹木的情況下，將生活區(qū)穿插布置在山腳下殘存的原始樹林中，與同類礦山比較，職工的生存條件很好。

4.2 注意方位朝向及滿足通風采光

廠區(qū)方位的確定與建筑物、場地和地形利用、鐵路接軌方向等因素有關。廠區(qū)的方位確定要為建筑朝向創(chuàng)造有利條件，而這又與場地選擇關系密切，應在場地選擇時一并考慮。在保證各車間的生產(chǎn)性質(zhì)、操作和使用等要求的同時，應使車間縱軸盡量與場地地形等高線平行布置，且主要建筑物應爭取有較好的朝向。朝向問題在高海拔高寒地區(qū)應是總圖設計著重考慮的一點。這些地方大多寒冷、干燥及強風，應保證主要建筑物有較好的自然通風、采光和日照條件，一般應為南向或南東向布置。特別注意避開寒風襲擊的朝向。

在高海拔高寒地區(qū)有個顯著的特點，由于海拔高空氣稀薄，大氣吸收地面逆輻射相對低海拔地區(qū)少，大氣保存熱量和傳遞熱量的能力也隨海拔增加而降低，人在太陽照射到的地方會覺得暖和，在照不到的地方會明顯感到陰冷。因此，保證主要建筑物有較好的朝向，不僅可以保證車間有較好的自然采光條件，而且可以降低車間的人工采暖量，也是積極響應節(jié)能減排政策的體現(xiàn)。

4.3 排土場設計

露天礦排土場占地面積平均占礦山用地的30%～50%，排土場占地之多是十分驚人的。高海拔高寒地區(qū)荒無人煙，礦區(qū)周圍一般無建筑物。從直觀上看，企業(yè)用地似乎不受限制，但在設計中也應執(zhí)行節(jié)約用地這一基本國策，對企業(yè)用地加以嚴格控制。高海拔高寒地區(qū)礦山企業(yè)排土場設計除應遵守各相關規(guī)范的一般原則外，考慮其自然生態(tài)環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟等特點。相應問題也應予足夠重視。

由于礦區(qū)大多屬原始未開發(fā)地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱。雖然國家規(guī)定對排土場必須進行復墾，但因這些地區(qū)自然條件限制，復墾較難見效。應本著以減少生態(tài)破壞為主，以修復生態(tài)為輔的原則。盡量減少對自然植被的破壞，使其自然生態(tài)環(huán)境不予過度惡化，便于治理與恢復和其工程量為最少。故排土場場址選擇在條件允許時，應盡可能采用將采空區(qū)或塌陷區(qū)開辟為排土場，將剝離物用作充填料，選擇溝谷提高堆置高度等方法，以減少新征用地，降低排土場占地面積，減少環(huán)境破壞。在開辟外部排土場時應盡量靠近礦山，縮短廢石運輸線路長度，其所處地形坡度應不大于24°為宜(當有足夠的安全措施保證時可大于該坡度)。在占地多時，則宜一次規(guī)劃，分期征用或租用。初期征用時大型礦山不宜小于10年的容量，中型礦山不宜小于7年的容量，小型礦山不宜小于5年的容量。

高海拔高寒地區(qū)排土場防護治理措施，應以不發(fā)生危及人民生命財產(chǎn)安全事故為前提，其防護治理應側(cè)重于若意外失穩(wěn)后對自然環(huán)境的破壞減少到最低限度。有些礦區(qū)地處江河上游，應重視對水體、河流的防護。山坡排土場應采用合宜的安全防護距離，必要時可設置落石坑及擋渣墻予以防護，如四川某金礦為防止廢石滾人下部河流造成堵塞和污染，排土場在留有一定安全距離的基礎上，另設擋渣墻，防止其對溝谷下部河流的影響與危害。另外，根據(jù)各礦山實際情況必要時排土場應做防水、防滲處理，加設雨淋水處理系統(tǒng)，對含有有毒有害物質(zhì)的廢石雨淋水加以處理，使其排放指標達到國家規(guī)定標準。

4.4 道路

礦山道路運輸條件的好壞直接影響到礦山的生產(chǎn)。在高海拔高寒地區(qū)自然條件惡劣，道路的選線除了滿足露天開拓、原礦和廢石的運輸要求外，還要通過調(diào)查、分析、權衡利弊確定合理的路線方案。路線應盡量避免穿過滑坡、崩塌、泥石流、凍土等嚴重不良地質(zhì)地段和特殊地區(qū)。必須穿過時，應選擇合適的位置，盡量縮小超越范圍，并應采取必要的工程措施。道路展線應盡量避免在陰坡進行，這些地段往往冰雪覆蓋時間長，不易消融，道路運輸條件差。在高海拔高寒地區(qū)一般植被較差，侵蝕嚴重，山坡碎石在雨水作用下容易堵塞涵管，可以采用以橋代涵的措施，以減少淤積和便于清理。對于凍土路段可采用傾填片石筑通風路堤，傾填片石要求粒徑在200～400mm，或者采用加筋路堤等方法提高路基穩(wěn)定性。

海拔高3 000m以上時，由于空氣中氧氣含量降低，汽車動力下降。礦山道路的最大縱坡值，應在《廠礦道路設計規(guī)范》GBJ-22-87中規(guī)定的礦山各級道路最大縱坡值上按表1折減，以保證汽油、柴油運輸設備的正常工作。炸藥庫區(qū)內(nèi)道路可采用最大縱坡值應按《民用爆破器材工程設計安全規(guī)范》GB50089-2007規(guī)定選用，并按表1進行相應的折減。

表1 縱坡折減值

5 設計實例

青海某選礦廠，選廠所在地海拔為3 690～3 750m。區(qū)內(nèi)氣候干旱、寒冷、多風、少雨、冰凍期長。年平均氣溫2.3℃，最低氣溫-30℃。平均風速3m/s，最大風速25.9m/s。冰凍期始于當年9月至次年5月，凍土深度2.01m。選礦廠所在區(qū)域無農(nóng)業(yè)和固定居民點，區(qū)內(nèi)工業(yè)極不發(fā)達，礦區(qū)勞動力及生產(chǎn)生活物資依賴外地供應。

本選廠由多個礦山供應礦石，在廠址選擇階段除了考慮原礦運輸、尾礦運輸、供水、供電等建廠條件外，還適當調(diào)高了場地坡向、公用福利設施等因素在廠址評價因數(shù)中的權值，最終將一處南向山坡作為推薦方案。實踐證明，南向廠址解凍早，可以提前進場施工，對于冬季漫長的高海拔高寒地區(qū)來說，可以爭取較長施工時間。同時，因其有較好的采光條件，也改善了生產(chǎn)條件與人員所處的環(huán)境。

另外，廠區(qū)外部協(xié)作條件差，生活福利設施、機修、加油站等均考慮自建。

為了保證選廠能全年生產(chǎn)，該選廠建有鍋爐房供生活及生產(chǎn)采暖；為了解決冬季尾礦輸送管道凍結、回水困難等問題，尾礦采取脫水后干排，用汽車運至尾礦庫，基本可以保證冬季正常生產(chǎn)。

6 結語

礦山總圖設計是一個復雜的系統(tǒng)工程，尤其是在高海拔高寒地區(qū)，面對惡劣的自然環(huán)境，需要考慮的因素隨之增加，使得總圖設計變的更為復雜。高海拔高寒地區(qū)總圖設計除了遵循總圖設計的一般要求外，應該在場地選擇、建筑物朝向、排土場設計、礦山道路等方面，多考慮一些高海拔高寒地區(qū)總圖設計的特殊要求。本文僅是筆者工程實踐中的一點認識，望廣大工程設計人員能在設計中不斷總結經(jīng)驗，為總圖設計工作多積累一些基礎資料。

[1] 雷明.工業(yè)企業(yè)總平面設計[M].西安:陜西科學技術出版社,1998.

[2]《有色冶金企業(yè)總圖運輸設計參考資料》編寫組.有色冶金企業(yè)總圖運輸設計參考資料[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1981.

[3] 中華人民共和國建設部.工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范[M].北京:中國計劃出版社，1993.

[4] 雷 明.廠址選擇[M].北京:科學技術文獻出版社，1992.

Discussion on design of mine general layout in high altitude and cold region

Combined with engineering example,this paper introduced the main design points of mine general layout in high altitude and cold region.The site selection,building orientation and waste dump design were analyzed.The corresponding technical means were put forward,which could provide reference for design of mine general layout in high altitude and cold region.

high altitude and cold region;design of general layout;site selection;building orientation;waste dump

1672-609X（2010）06-0038-03

TD22

B

2010-05-14

2010-05-24

胡軍鋒（1982-），男，陜西周至縣人，助理工程師，從事有色工程總圖設計工作。