劉孟輝

（1.中國(guó)水利水電第八工程局有限公司；2.中電建安徽長(zhǎng)九新材料股份有限公司）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)對(duì)砂石的需求持續(xù)走高，2007—2015 年，我國(guó)砂石需求量從102 億t 增至177 億t，其中2014 年需求量高達(dá)187億t［1］。為了加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，2015 年安徽省的砂石礦山由1 005 個(gè)減至781 個(gè)，一年時(shí)間內(nèi)減少了224 個(gè)［2］，加劇了局部砂石供應(yīng)緊張的局面。

長(zhǎng)九（神山）灰?guī)r礦位于安徽省池州市貴池區(qū)境內(nèi)，礦區(qū)面積4.73 km2，資源儲(chǔ)量19.08 億t，礦山設(shè)計(jì)總生產(chǎn)規(guī)模7 000 萬(wàn)t/a，分兩期實(shí)施，每期3 500 萬(wàn)t/a，系目前全球單體最大的建筑骨料生產(chǎn)基地，總投資93.36 億元。長(zhǎng)九項(xiàng)目主要由礦山（含加工區(qū)）、物流廊道、長(zhǎng)江專用碼頭三大系統(tǒng)工程組成，項(xiàng)目一期于2019 年6 月底正式建成投產(chǎn)，項(xiàng)目礦山二期于2021年底建成投產(chǎn)，碼頭二期正在加緊推進(jìn)立項(xiàng)報(bào)建工作。

1 綠色礦山工程

在礦山資源的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了避免對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成過(guò)多擾動(dòng)，堅(jiān)持綠色高效開(kāi)采，并創(chuàng)建綠色礦山。綠色礦山是指在資源開(kāi)發(fā)全過(guò)程中，做到科學(xué)有序開(kāi)采，高效利用資源，使礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境可控，確保在開(kāi)發(fā)周期內(nèi)始終與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)［3］。為此，長(zhǎng)九項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期運(yùn)用綠色高效采選技術(shù)，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，積極謀劃采選設(shè)備大型化、生產(chǎn)控制智慧化、礦區(qū)環(huán)境公園化的辦礦理念，將綠色礦山的建設(shè)要求貫穿于礦山的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等多個(gè)過(guò)程。長(zhǎng)九（神山）灰?guī)r礦項(xiàng)目總平面布置見(jiàn)圖1。

1.1 采礦系統(tǒng)

長(zhǎng)九（神山）石灰?guī)r礦采礦權(quán)共33 個(gè)拐點(diǎn)圈定，開(kāi)采標(biāo)高+408.60～+40 m。礦區(qū)灰?guī)r礦體埋藏淺，厚度大，傾角緩，為獨(dú)立山體，東西長(zhǎng)約4.5 km，南北寬約1.5 km，賦存標(biāo)高位于當(dāng)?shù)氐乇順?biāo)高以上；采用露天開(kāi)采方式，臺(tái)階高度15 m，臺(tái)階坡面角65°，安全平臺(tái)寬度8 m，清掃平臺(tái)寬度10 m，每隔2個(gè)安全平臺(tái)設(shè)置1個(gè)清掃平臺(tái)，最小工作平臺(tái)寬度60 m。礦石采用公路—溜井—平硐聯(lián)合開(kāi)拓運(yùn)輸方式，廢石用汽車直接運(yùn)輸至排土場(chǎng)。采場(chǎng)靠近北側(cè)山坡由東向西平行設(shè)置了4 條直徑8 m 的溜井，溜井間距620～800 m不等，同時(shí)在礦體北側(cè)修筑了9 m 寬的上山開(kāi)拓道路，開(kāi)拓道路為Ш 級(jí)道路。礦體主要采用直徑120～160 mm 潛孔鉆穿孔，采用毫秒微差控制爆破，孔網(wǎng)參數(shù)4 m×6 m；主要采用4.6 m3挖掘機(jī)進(jìn)行裝車，并配有3.2，2 m3挖掘機(jī)輔助鏟裝；運(yùn)輸?shù)V石采用非公路60 t 寬體自卸車，剝離風(fēng)化層采用TR50 型自卸汽車，運(yùn)營(yíng)期采用新能源汽車代替了部分燃油車；破碎硐室內(nèi)設(shè)有寬2.4 m 的重型板式給料機(jī)，將溜井礦石給入SR2461 型滾軸篩進(jìn)行預(yù)先篩分，篩上原礦采用新型單段錘破進(jìn)行高效破碎，預(yù)先篩下產(chǎn)品和單段錘破產(chǎn)品分別由不同帶寬的帶式輸送機(jī)送至加工區(qū)作業(yè)。

采礦系統(tǒng)在砂石礦山創(chuàng)新性地采用了公路—溜井—平硐聯(lián)合開(kāi)拓運(yùn)輸方式，直接降低工程投資超1.7 億元，每年可節(jié)省礦石運(yùn)輸費(fèi)用超1.3 億元，科學(xué)的開(kāi)拓方案設(shè)計(jì)給企業(yè)帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也因減少了汽車用量，有效的減少了汽車尾氣排放和運(yùn)輸揚(yáng)塵量，為低碳經(jīng)濟(jì)和綠色礦山的創(chuàng)建提供了有力保障。

1.2 砂石加工系統(tǒng)

砂石骨料是混凝土的主要成分，它的質(zhì)量在一定程度上影響著工程質(zhì)量。長(zhǎng)九（神山）水泥用石灰?guī)r飽和抗壓強(qiáng)度平均值約為64.9 MPa，屬于易碎—中等可碎性巖石［4］，對(duì)于該類礦石，中小型骨料加工線大多采用錘破+反擊破的組合作為破碎設(shè)備，該種流程具有流程短、破碎比大的優(yōu)勢(shì)，但也不可避免地產(chǎn)生了含粉率高、產(chǎn)品產(chǎn)率可調(diào)整度小、易損件磨損快、維修量大的缺點(diǎn)。

為了選擇適合的骨料加工流程及設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備大型化、生產(chǎn)系統(tǒng)模塊化、產(chǎn)品質(zhì)量可控、產(chǎn)品產(chǎn)率可調(diào)的生產(chǎn)目標(biāo)，項(xiàng)目組進(jìn)行了大量的方案對(duì)比、試驗(yàn)研究和實(shí)踐考察，創(chuàng)造性地采用了新型單獨(dú)錘破+圓錐破碎機(jī)的組合破碎流程，解決了傳統(tǒng)錘破+反擊破的含粉率高、維修量大等缺點(diǎn)，新流程具有短流程、破碎比大、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。該流程設(shè)計(jì)砂石加工生產(chǎn)能力7 000 萬(wàn)t/a，最終產(chǎn)品為4.75～16 mm、16～25 mm、25～31.5 mm 碎石，以及0～4.75 mm水洗砂及0～6 mm 石粉。砂石加工系統(tǒng)共分2 個(gè)區(qū)域，分別為礦山加工區(qū)域和陸域篩洗區(qū)域，2 個(gè)區(qū)域由1 條綠色物流廊道連接。長(zhǎng)九（神山）灰?guī)r巖礦砂石加工生產(chǎn)流程見(jiàn)圖2。

1.2.1 礦山加工區(qū)域

礦山加工區(qū)域布置于礦山北側(cè)，設(shè)計(jì)處理能力7 000 萬(wàn)t/a，整個(gè)礦區(qū)規(guī)劃為2 個(gè)相對(duì)獨(dú)立的生產(chǎn)模塊，每個(gè)生產(chǎn)模塊由溜破硐室、預(yù)篩分車間、半成品堆場(chǎng)、第一篩分車間、第二篩分車間、細(xì)碎車間、成品堆場(chǎng)、制砂樓、除塵系統(tǒng)以及配套輔助設(shè)施等組成。

溜破硐室位于礦體底部，共有4個(gè)硐室，一期、二期各建設(shè)2 個(gè)硐室，每個(gè)硐室內(nèi)配有2 套生產(chǎn)設(shè)備，2套生產(chǎn)設(shè)備可獨(dú)立生產(chǎn)，也可同時(shí)生產(chǎn)。給料設(shè)備為GBZ2400X14000 重型板式給料機(jī)，預(yù)先篩分設(shè)備為SR2461 型滾軸篩，粗碎設(shè)備為新型JSPCD2626 單段錘破。新型JSPCD2626單段錘破具有破碎比大、處理量大、能耗低、體積小等顯著特點(diǎn)［5］，設(shè)備直接投資降低了2.4億元。

（1）一期砂石工藝。預(yù)篩分車間設(shè)有2 臺(tái)3YKR3075 型圓振動(dòng)篩處理滾軸篩的篩下產(chǎn)品，第一篩分車間設(shè)有20 臺(tái)3YKR3075 型圓振動(dòng)篩處理經(jīng)新型單段錘破破碎的產(chǎn)品，第二篩分車間設(shè)有8 臺(tái)3YKR3075 型圓振動(dòng)篩處理與圓錐破碎機(jī)形成閉路破碎的產(chǎn)品，合計(jì)30臺(tái)。3YKR3075型圓振動(dòng)篩均為3 層篩網(wǎng)，篩上+31.5 mm 粒級(jí)產(chǎn)品均進(jìn)入中細(xì)碎作業(yè)，預(yù)篩分車間的2 臺(tái)3YKR3075 篩下-6 mm 粒級(jí)產(chǎn)品即為石粉產(chǎn)品，第一篩分車間和第二篩分車間的28臺(tái)3YKR3075型圓振動(dòng)篩的篩下-4.5 mm粒級(jí)產(chǎn)品也作為石粉產(chǎn)品，石粉產(chǎn)品由物流廊道運(yùn)至陸域篩洗區(qū)域后從專用碼頭外銷。預(yù)篩分車間、第一篩分車間和第二篩分車間的30 臺(tái)3YKR3075 型圓振動(dòng)篩的篩中產(chǎn)品合并后由物流廊道運(yùn)至陸域篩洗區(qū)域進(jìn)行下一作業(yè)。

細(xì)碎車間各配置了4 臺(tái)CC400-X1 型和CH660MF 型圓錐破碎機(jī)，該類破碎機(jī)采用的是層壓破碎原理，骨料針片狀和粒形均優(yōu)于其他破碎機(jī)，最終產(chǎn)品含粉量也低于其他類型破碎機(jī)約3%，具有故障率低、磨耗件更換簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、單位電耗較低的優(yōu)點(diǎn)，較易實(shí)現(xiàn)設(shè)備大型化。制砂系統(tǒng)配置了8套制砂樓。

（2）二期砂石工藝。二期砂石工藝與一期基本保持一致，僅對(duì)部分生產(chǎn)設(shè)備和建構(gòu)筑物布置進(jìn)行了優(yōu)化，合并了第一和第二篩分車間，共布置了20臺(tái)3LF2870 型環(huán)保篩和6 臺(tái)3WFPS-XC-3075 型弛張篩，細(xì)碎設(shè)備改為型號(hào)更大的4 臺(tái)CH870 圓錐破碎機(jī)，所有大型帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)采用永磁電機(jī)。

1.2.2 陸域篩洗區(qū)域

陸域篩洗區(qū)域設(shè)置在長(zhǎng)江專用碼頭一端，主要功能為產(chǎn)品篩洗和碼頭儲(chǔ)存，共設(shè)16 臺(tái)3YKR3680型圓振動(dòng)篩作為篩洗設(shè)備，并配套選用了16 臺(tái)FC-15 型螺旋分級(jí)機(jī)，經(jīng)篩洗的各種骨料產(chǎn)品和水洗砂進(jìn)入碼頭產(chǎn)品堆場(chǎng)。

陸域篩洗區(qū)域篩洗作業(yè)產(chǎn)生的所有廢水均循環(huán)處理回用，采用預(yù)處理+輻流沉淀池+高壓隔膜壓濾機(jī)綜合處理工藝，廢水處理規(guī)模2 500 m3/h，實(shí)現(xiàn)了廢水零排放。廢水處理系統(tǒng)共設(shè)有4座輻流式沉淀池，池體直徑34 m，深5.3 m，池體形式采用圓柱體+底部錐形結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)為半埋式，錐形部分在地面以下，圓柱體在地面以上，整體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)濃縮沉淀的尾泥采用12 臺(tái)800 m2節(jié)能高效壓濾機(jī)，1 個(gè)循環(huán)40 min，濾餅水分控制在20%以下。經(jīng)處理后的水全部回收利用，脫水后產(chǎn)生的泥渣運(yùn)至指定的污泥暫存堆場(chǎng)堆存，再定期將污泥外運(yùn)進(jìn)行綜合利用。

2 綠色物流廊道工程

對(duì)于砂石礦山而言，外部運(yùn)輸是制約開(kāi)發(fā)規(guī)模和市場(chǎng)環(huán)境的主要因素，在現(xiàn)代大宗物料運(yùn)輸方案中，長(zhǎng)膠帶綠色廊道是砂石運(yùn)輸?shù)纳€［6］，其承擔(dān)了砂石加工區(qū)與專用碼頭之間的作業(yè)連接和物流運(yùn)輸。長(zhǎng)九項(xiàng)目綠色物流廊道線路起點(diǎn)為礦山砂石工廠，終點(diǎn)為碼頭陸域的混合料堆場(chǎng)，由弧線和直線組合布置，全程12.98 km，采用了單線單條布置，帶寬2.4 m，帶速5.0 m/s，運(yùn)輸能力1.3 萬(wàn)t/h。

綠色物流廊道地面段長(zhǎng)度為6.15 km，采用棧橋結(jié)構(gòu)形式；設(shè)有4 條隧洞，總長(zhǎng)5.1 km，分別穿越楊公嶺、南泉嶺、姥山3座大型山體。對(duì)于隧洞段支護(hù)，在Ⅱ、Ⅲ類圍巖段采用噴錨永久支護(hù)，IV、V類圍巖先采用掛網(wǎng)噴錨與鋼格柵聯(lián)合初期支護(hù)，后采用鋼筋混凝土二次襯砌進(jìn)行永久支護(hù)。隧洞先后下穿銅九鐵路、橫跨S236 省道、下穿G50 高速、橫跨G318 國(guó)道以及升金湖自然保護(hù)區(qū)。綠色物流廊道長(zhǎng)度長(zhǎng)、沿線地形和周邊環(huán)境復(fù)雜，全線均采用了封閉結(jié)構(gòu)，并配備了降噪和除塵等措施，最大程度地減少了對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)。

3 專用碼頭工程

專用碼頭水域部分位于長(zhǎng)江牛頭山港區(qū)，設(shè)計(jì)年吞吐量6 000 萬(wàn)t，規(guī)劃12 個(gè)5 000 t 級(jí)散貨出口泊位，岸線總長(zhǎng)1.6 km。按照“一次規(guī)劃，分期實(shí)施”的原則，碼頭一期工程設(shè)計(jì)7 個(gè)泊位和5 臺(tái)3 000 t/h 裝船機(jī)，岸線長(zhǎng)度975 m，年設(shè)計(jì)吞吐能力3 500 萬(wàn)t。二期設(shè)計(jì)5 個(gè)泊位和3 臺(tái)3 000 t/h 裝船機(jī)，岸線長(zhǎng)度625 m，年設(shè)計(jì)吞吐能力2 500 萬(wàn)t。成品砂石經(jīng)下部地籠帶式輸送機(jī)分別運(yùn)輸至碼頭裝船帶式輸送機(jī)，再經(jīng)沿岸線布置的裝船機(jī)裝船。碼頭裝船設(shè)備選用直線軌道式裝船機(jī)，軌距14.0 m，用于載重500～5 000 t散貨船的裝船作業(yè)。

4 智慧礦山建設(shè)

智慧礦山是指將礦山開(kāi)采過(guò)程中的各種靜態(tài)、動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)字化處理，并通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的實(shí)時(shí)自動(dòng)定位和導(dǎo)航技術(shù)的一體化系統(tǒng)［7］。長(zhǎng)九（神山）石灰?guī)r礦生產(chǎn)規(guī)模大，系統(tǒng)作業(yè)面多，分布廣，生產(chǎn)過(guò)程工序繁多而復(fù)雜，設(shè)計(jì)與建設(shè)初期，便結(jié)合國(guó)家政策和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)智慧礦山建設(shè)將礦山（含加工區(qū)）、物流廊道和專用碼頭3 個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的信息、監(jiān)控、控制、分析集成于一套信息化系統(tǒng)，目前智慧礦山建設(shè)已形成“兩大系統(tǒng)，三大管控平臺(tái)”，即物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái)、智慧碼頭管控平臺(tái)、智慧礦山綜合管理平臺(tái)等。智慧礦山綜合管控平臺(tái)總體框架見(jiàn)圖3。

（1）物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)包含計(jì)量系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、料倉(cāng)自動(dòng)布料系統(tǒng)、控制中心及網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，同時(shí)建設(shè)有物流廊道控制系統(tǒng)、裝船機(jī)控制系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、制砂樓控制系統(tǒng)等。系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)了料倉(cāng)自動(dòng)布料、系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)量與實(shí)時(shí)監(jiān)管、所有設(shè)備啟停順序的自動(dòng)連鎖控制、運(yùn)行工況的在線監(jiān)測(cè)、報(bào)警及記錄等功能。

（2）視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)主要生產(chǎn)區(qū)域、重點(diǎn)輔助設(shè)施、重點(diǎn)人員作業(yè)區(qū)域，分級(jí)布置了不同分辨率的球型、槍型?？禂z像頭，共570個(gè)，采用高清攝像機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)管現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程，保障作業(yè)人員的安全。

（3）物聯(lián)網(wǎng)管控平臺(tái)主要滿足長(zhǎng)九項(xiàng)目產(chǎn)品加工部分在信息集成、生產(chǎn)管理和安全管理等方面的需求，以設(shè)備的全流程自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的點(diǎn)巡檢管理、維修管理及數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品加工沿線設(shè)備的智慧化管控，提高系統(tǒng)的監(jiān)控質(zhì)量和效率。

（4）智慧碼頭管控平臺(tái)主要滿足碼頭區(qū)域生產(chǎn)人員及客戶自產(chǎn)品銷售合同簽訂到產(chǎn)品運(yùn)抵客戶堆場(chǎng)的全過(guò)程，所涉及的碼頭作業(yè)管理、骨料銷售管理及信息獲取需求，便于不同層級(jí)和類型用戶圍繞產(chǎn)品協(xié)同工作并獲取相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)管理信息的透明化，提高管理的質(zhì)量和效率。

（5）智慧礦山系統(tǒng)依據(jù)“綠色礦山”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，包含資源管理、地質(zhì)監(jiān)測(cè)、三維儲(chǔ)量、環(huán)境監(jiān)測(cè)、電子圍欄、技術(shù)文檔等模塊。

5 結(jié) 論

（1）長(zhǎng)九項(xiàng)目在礦山開(kāi)拓上采用了公路—溜井—平硐聯(lián)合開(kāi)拓運(yùn)輸方式，在砂石破碎中采用了新型單段錘破+圓錐破碎機(jī)組合破碎，在物流廊道運(yùn)輸中采用了長(zhǎng)距離、大寬帶、高帶速帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方式等多項(xiàng)先進(jìn)綠色工藝技術(shù)，項(xiàng)目起點(diǎn)高，技術(shù)先進(jìn)，完成了對(duì)傳統(tǒng)水電砂石生產(chǎn)技術(shù)的升級(jí)換代。

（2）長(zhǎng)九項(xiàng)目采用了以TR100 型自卸運(yùn)輸汽車、JSPCD2626 新型單段錘破、CH870 大型圓錐破碎機(jī)、2.4 m 帶寬帶式輸送機(jī)為代表的大型化生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了資源的集約化綠色開(kāi)發(fā)，發(fā)揮了規(guī)模性優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)大型砂石礦山的建設(shè)樹(shù)立了標(biāo)桿。

（3）立足長(zhǎng)九項(xiàng)目開(kāi)發(fā)特性，智慧礦山建設(shè)將砂石礦山（含加工區(qū)）、物流廊道和專業(yè)碼頭的各種靜態(tài)、動(dòng)態(tài)信息集于一體，實(shí)現(xiàn)了資源開(kāi)發(fā)智慧化。

（4）“長(zhǎng)九模式”創(chuàng)建了綠色廊道運(yùn)輸和碼頭水路組合綠色運(yùn)輸大型實(shí)踐案例，突破了砂石骨料銷售經(jīng)濟(jì)半徑的限制，能夠面向城市建筑市場(chǎng)需求，提供規(guī)?；⒓s化、高品質(zhì)的砂石產(chǎn)品，開(kāi)創(chuàng)了特大型綠色砂石項(xiàng)目投資開(kāi)發(fā)新模式。