礦山土建設計淺談

1、礦山土建設計淺談1、概述礦山建設包含采礦和選礦，采礦是將地下蘊藏的礦石運用采礦機械和人力資源以及科學管理等手段挖掘出來并運輸到地面上。選礦則是將采礦場提供的礦石中的有用物質經選廠加工變成商品提供相關的工廠（如：冶煉、化工等）加工成有利于社會、國家的產品。礦山建設的形成首先是通過地質工作者辛勤的勞動，他們在崇山峻嶺中反復查找探明地下礦藏的貯量并繪制礦產貯量分布圖，而礦產貯量分布狀況的確定要由國家主管部門組織地質專家審查通過后才能成立。探礦的過程是十分艱辛的，一個大型礦山的發(fā)掘往往要經過十幾年甚至二十年反復查證、勘探、試驗才能確定。探礦工作有點近似玄學，行家到了礦山會感到滿山的礦石在向你招手，外行

2、經過時卻會毫無感覺，因為地下礦藏肉眼是看不見摸不到的，而探礦地質人員水平不一，體會不同，技術觀點就不能做到一致。采礦有兩種方式，一為露天開采，一為地下開采，這是根據礦產分布狀況決定的。露天開采技術比較簡單，投資少，地下開采技術比較復雜，投資大。個中道理不難理解。開采出來的原礦石須進行選礦工藝處理，才可成為商品，根據原礦石粒度大小，確定選礦工藝的設計方案，通常采用三段一閉路，兩段一閉路等兩個方案。所謂三段是指開采的原礦石要經過粗碎、中碎、細碎等工序進行破碎。兩段是指開采的原礦石破碎減少了一個破碎工序（中碎）。閉路是破碎后的礦石經過篩分之后的篩上物（不合格粒度）通過皮帶運輸返回到細碎車間進行破碎，

3、直至合格粒度再輸入粉礦倉以備磨礦，一般的說磨礦有球磨、棒磨、自磨、半自磨等四種方式。磨礦工序完成之后，根據礦的成份分別采用浮選、磁選、重選、電選等方式進行選礦，選出的精礦要經過脫水過濾處理，之后貯存到精礦倉變成產品而后出售。選礦工藝中破碎、篩分、磨礦、選礦、過濾脫水等工序中廠房的機械設備基礎、礦倉以及其它特殊結構名目繁多，它們均需土建設計人員配合工藝精心設計完成，工作是格外艱辛，十分繁重，可以說很多項目的設計在學校學習時從未接觸和見過的。由于礦山建設十分重要，土建設計人員必須做好礦山土建設計，為此我們土建人除了加強“三基”（基本理論、基本計算、基本技能）訓練之外，還要了解熟悉工藝的生產流程，接

4、受新知識新技術的再教育，還要積累學習前人先進的設計經驗、技術，不斷創(chuàng)新，不斷提高設計水平，這就要求土建設計人員具有“莫道雄關真如鐵，而今邁步從頭越”的拼搏精神。2、設計工作在國民經濟建設中的地位設計工作是基本建設的重要組成部分，可以說是基本戰(zhàn)線中的“先行官”，因為它是科技轉換為生產力的樞紐，是實現國民經濟建設計劃的橋梁，生產中的先進經驗、科研成果在工業(yè)生產中得到應用與推廣都需通過設計才能實現，所以設計工作的好壞在基本建設中節(jié)約投資和建成投資取得經濟效益起著決定性的作用。3、礦山建設的重要性我們的先人和有識之士為振興中華在晚清時期曾提出“礦業(yè)救國”的口號，意思是說將地下的礦藏開采出來通過物理化學

5、手段生產出服務于國計民生的產品，改變國家貧窮落后的面貌，使之與時俱進，趕上世界潮流。在二十一世紀的今天，礦山建設在國民經濟建設中的地位更是非常重要，礦山生產的精礦品類繁多，有硫、銅、鐵、鉛、鋅、錫、鋁等品牌，這些精礦由需要的廠家經過加工或冶煉提煉成硫酸、銅、鋼、鉛、鋅、錫、鎢、鋁或其它產品，顯然這些產品的質量和數量與我們國家的現代化建設和國防國力的增強是密切相關的。4、采礦廠主要建構筑物1) 地上井塔井架；2) 捲揚機房；3) 機修車間；4) 空壓機房；5) 鍛釬機房；6) 生活用房（含：辦公、派班房、食堂、浴室、宿舍、鍋爐房）7) 水池；8) 污水處理站；9) 變電站（所）5、選礦廠主要建構

6、筑物1) 粗礦倉；2) 粗碎車間；3) 洗礦車間；4) 中細碎車間；5) 篩分車間；6) 粉礦倉；7) 磨選車間（含磨礦、選礦）8) 濃縮池；9) 脫水過濾車間；10) 精礦倉；11) 附屬建筑物：機修車間、倉庫、變電站（所）12) 民用建筑物（含辦公、學校、醫(yī)院、食堂、浴室等）13) 特殊構筑物：水塔、水池、管橋、尾礦場以及橋梁（含棧橋）14) 污水處理站；6、如何做好礦山的建筑結構設計礦山設計中采礦、選礦專業(yè)是工藝專業(yè)，建筑結構專業(yè)是附屬專業(yè)，土建部分的投資雖比工藝部分少，但設計質量的好壞卻直接影響工藝的使用和投產，因而也是舉足輕重的。在礦山建設的工程設計中，選礦廠的建筑結構設計難度大，圖

7、紙多，設計周期長。從設計施工服務竣工投產后期技術改造的過程中看，施工現場服務的工作十分繁重，耗費的精力也最多。顯然，選礦廠設計是建筑結構專業(yè)在礦山建設中的設計重點，一般說做好礦山土建設計應從下列方面入手：1) 熟悉了解工藝流程和生產方面的知識，到生產現場參觀、考查、學習、收集設計方面的資料。2) 按工藝提供的設計條件實施建筑結構設計并做到合理、經濟。3) 設計過程中嚴格遵守國家現行規(guī)程規(guī)范，設計深度要滿足建設部省建設廳規(guī)定的要求。4) 查閱已往類似的設計資料圖，吸收前人的設計經驗，取其優(yōu)點減少彎路，以提高工作效率和設計質量。對聰明的設計人員來說這是必須做到的。5) 自身的修為方面要加強三基的訓

8、練。6) 要勇于設計創(chuàng)新、技術革命走前人未走的路，做出符合國情和世界潮流的高水平的優(yōu)秀設計。為此，我們要膽大心細、多看、多思、多想，掌握國內新技術、新材料、新理論、新計算的動向，并在工作中積累設計經驗充實自我完善自我。7、工藝專業(yè)提供土建設計的條件和資料內容工藝專業(yè)提供土建設計的條件和資料內容是土建設計的重要依據，在實施土建設計前必須進行消化理解，此后圍繞它開展設計工作。由于其它的原因，提供的條件資料可能不全或漏提，這樣做出的土建設計圖可能會造成返工、修改，引起不必要的麻煩，同時，返工修改工作是一個細心的系統工作，容易顧此失彼，少有不慎就會產生錯誤，為減少差錯我們對工藝條件要有一定的了解，工藝

9、應向土建專業(yè)提供的條件和資料內容如下：1) 工藝建（構）筑物系統圖，包含廠房、通廊、棧橋位置、面積大小、標高、之間聯系、分期建設預留場地。2) 主要廠房設備配置圖，包含設備相互關系、定位尺寸、設備重量和相關的參數如振動、頻率、擾力、幾何圖形、廠房平面、高度尺寸、柱網、各層平臺標高、面積、起重機型號、噸位、跨度、軌頂標高。3) 對廠房的采光、采暖、保溫、防水等要求。4) 礦倉貯存物料的特點與要求。（含體積、平面）8、選礦廠各工序的結構設計概況以銅礦為例，按工序的先后分述如下：1) 粗礦倉；粗礦倉多為鋼筋混凝土結構，平面圖形為矩形，它的功能是貯存采礦場運來的礦石，供粗碎車間破碎用，倉的頂部設置鋼擱

10、柵控制入倉礦石粒度，避免大粒徑原礦進入倉內造成出礦口堵塞，影響生產進行。入倉礦石受重力作用對礦倉產生較大的沖擊力，容易造成礦倉磨損，設計時常采用錳鋼或舊鋼軌以及高分子塑料板護壁用以抵抗沖擊和避免倉壁磨損，從而保證礦倉的安全使用。為防雨水流入礦倉，礦倉上面設有敞開式建筑物，對于支撐屋蓋的承重柱要防止運礦石的車輛碰撞導致建筑物的倒坍，故應采取保護措施。例如設擋墩、加鋼套等。2) 粗碎車間；粗碎車間的結構形式一般采用鋼筋混凝土排架，地上一層、地下一層，平面圖形為長方形。車間的主要設備有檢修吊車、顎式或旋回破碎機、鐵板給礦機、皮帶運輸機等。車間的主要功能是對粗礦倉提供的礦石進行第一段破碎，而后運入中細

11、碎車間對礦石進行第二段、第三段破碎。其運作過程是粗礦倉的礦石由出礦口進入粗礦堆場或鐵板給礦機破碎機破碎皮帶運輸機將破碎后的礦石提供中細碎車間破碎。破碎機為動力設備，其基礎應按動力設備基礎規(guī)范GB50040-96設計。破碎機生產廠家應向設計單位提供下述設計資料進行動力計算：a) 破碎機、電機的相互位置及傳動方式；b) 破碎機擾力作用位置；破碎機基礎宜采用鋼筋混凝土結構，其形式有大塊式、墻式、框架式三種。墻式基礎頂板厚度不宜小于600mm，且不小于L/6（L為頂板跨度），頂板懸臂不大于1500 mm，縱墻厚度不小于400 mm高厚比不大于6。橫墻厚度不小于500 mm高厚比不大于4?；A底板厚度不

12、小于600 mm且不宜小于墻厚，基礎底板懸臂長度不大于2.5倍底板的厚度?？蚣苁交A的底板宜采用平板，其厚度不小于600 mm。兩臺以上破碎機的聯合基礎底板厚度不小于800 mm。當基礎建造在巖石地基上時，并滿足下列條件：巖石節(jié)理裂隙不發(fā)育無粘土夾層整體性好；巖石飽和單軸極限抗壓強度大于3*104KPa;巖石的節(jié)理裂隙雖發(fā)育，但無溶洞裂隙水，在采用注漿后尚能構成基本完整狀態(tài)。此時破碎機基礎可采用錨樁（桿）基礎。錨樁（桿）中心距5d（樁、桿）且控制在400 mm 1200 mm之間，距基礎邊緣的凈距150。錨入巖層的深度不小于20 d（錨桿）與15 d（錨樁），錨入基礎的深度不小于鋼筋直徑的25

13、倍，大塊式基礎的錨樁（桿）主筋總面積按基礎底板面積的0.05%計算。中小型顎式破碎機基礎通常采用鋼筋混凝土墻式基礎，墻式基礎沿墻面應配置鋼筋網：豎向為1216200300，水平向為1416200300。上部梁板配筋按計算確定，墻與底板、上部梁板連接處應適當增設構造筋。地下室的側墻壁、底板多為鋼筋混凝土結構，結構本身應具有抗?jié)B漏能力，混凝土的抗?jié)B等級應不小于S6，地下室地面應避免積水并及時排出，防止積水與礦石中的硫元素通過化學反應產生酸性界質對結構產生腐蝕作用。地面排水坡度宜為2%并配置集水井，集水井的水由工藝配備的水泵定時外排。建在地下室的破碎機基礎、皮帶機基礎以及結構本身應根據礦石成份的實際

14、情況確定防腐蝕的設計對策。為避免設備振動產生不良作用，破碎機基礎應與廠房柱基和底層樓板隔開。3) 中細碎車間中細碎車間為單層工業(yè)廠房，結構形式多為鋼筋混凝土排架，平面圖形為長方形。車間的主要設備有檢修吊車、電葫盧、圓錐破碎機（標準、短頭）前者為中碎后者為細碎用，以及中型圓錐破碎機（中細碎合用）、皮帶運輸機等。車間的主要功能是對粗碎車間提供的礦石進行第二段、第三段破碎，破碎的礦石提供篩分車間進行篩分。圓錐破碎機為動力設備，其基礎應按動力機器基礎設計規(guī)范GB50040-96設計。圓錐破碎機基礎通常采用大塊式鋼筋混凝土結構，基礎的配筋按規(guī)范第4.2.2條采用：a) 當體積為2040m3時，基礎頂面配

15、置10200鋼筋網；b) 當體積大于40 m3時，沿四周和頂、底配置1014鋼筋網；當基礎建造在巖石地基上時巖石性能又能滿足規(guī)定的條件，可以采用錨桿、錨樁基礎。車間內設有操作平臺和高架式分配料倉，均采用鋼筋混凝土結構，分配料倉為篩分車間的篩上物返回到車間供短頭型圓錐破碎機再次細碎。設計廠房柱基和操作平臺時應與破碎機基礎隔開，避免圓錐破碎機振動產生的不良影響。4) 篩分車間；中型以上礦山的篩分車間為單層工業(yè)廠房，結構型式通常為鋼筋混凝土排架，平面圖形為長方形，車間的主要設備有檢修吊車、振動篩、皮帶運輸機等。車間的主要功能是將中細碎車間提供的礦石進行篩分，合格物（篩下的礦石）送入粉礦倉貯存，以備磨

16、礦車間磨礦用。不合格物（篩上的礦石）通過皮帶運輸返回到中細碎車間的分配料倉，然后由短頭型圓錐破碎機再次細碎，細碎之后再輸入篩分車間篩分，周而復始就形成了工藝上的所謂“閉路”。車間內設有振動篩的操作平臺，通常采用鋼筋混凝土結構，振動篩安裝在平臺的梁上，梁上預留螺栓與振動篩架連接固定，螺栓直徑的大小由計算確定。振動篩的振動很大，設計時應對振動篩的頻率，支承振動篩的結構頻率進行計算，二者之間的比值要求在規(guī)定允許值的范圍內，防止發(fā)生共振現象。為避免或減少振動對支承結構帶來的不利影響，在振動篩與支承結構接觸處設計時可采用隔振措施，上世紀八十年代初期在永平銅礦一臺大型振動篩的支承結構的梁上加設了特制的橡皮

17、墊，經試驗證明，減少了振動，取得了較理想的減振效果。隨后這一措施在設計上得到廣泛的應用。為避免振動篩工作時因振動對車間廠房結構帶來的不良影響，振動篩平臺及其柱基必須與廠房及其柱基隔斷處理。5) 粉礦倉小型礦山的粉礦倉常采用圓形磚礦倉，中大型礦山的粉礦倉多為鋼筋混凝土槽倉、圓倉。它的功能是貯存篩分車間的合格粒度的礦石（篩下物）供磨選車間磨礦用。其運作過程是：篩分車間的合格粒度礦石通過皮帶運輸機輸入粉礦倉頂上的的梭式皮帶機或卸礦機上，再由梭式皮帶機送入粉礦倉，倉內的礦石由給礦機輸入磨機進行細磨直至可以采用化學或物理學的手段選礦的粒度為止。粉礦倉的貯量大小，應根據磨機的生產規(guī)模確定，一般粉礦倉的貯量

18、要滿足磨機11.5日的生產需要。由于礦石的成份不一和粒度不勻，倉內的礦石在出礦口處有時會發(fā)生堵礦與排礦不暢的現象，形成的原因有二：一為礦石粘性大；二為礦石出礦口處產生了起拱現象。為保證磨機的正常運轉，往往派工人進入倉內采用鋼釬捅開堵住的礦石，使之排礦順暢，然而，這種方法十分危險，稍一不慎就會出現人員被埋事故，這樣整個礦山將會籠罩不文明生產的陰影。對正常生產秩序也會帶來不良影響，為了杜絕出礦口的堵礦現象，我院在上世紀八十年代末期在永平銅礦工程中采用了“粉粒分流”的改進方案，由工藝、土建兩個專業(yè)共同在現場完成施工圖設計。方案特點是礦粉直接進磨機，礦粒進粉礦倉。這個設計實施后，粉礦倉從未發(fā)生堵礦現象

19、，杜絕了工人因捅礦而帶來的人員傷亡，之后生產秩序正常，生產效率得到提高，改進方案的設計深得礦山好評。入倉礦石粒度較小，由重力作用產生的沖擊力較小，故不需要采用高強度的鋼材、高分子塑料板護壁，但必須考慮小粒度礦石的重力作用時的沖擊力，為防止礦倉的磨損，通常采用鐵屑砂漿抹面約30mm厚，防止粉礦倉壁受損。6) 磨選車間磨選車間是由磨礦、選礦兩個主要工序組成的生產車間，結構形式為多跨框、排架結構。車間平面由五部分組成，分別是粉礦倉跨、磨礦跨、動力設備跨、選礦跨、給藥跨。其中粉礦倉跨、動力設備跨采用框架結構，其余各跨為排架結構。大跨度的屋蓋結構通常采用鋼屋架，預制鋼筋混凝土屋面板，其余承重結構采用鋼筋

20、混凝土結構，根據工藝流程要求，上述五部分廠房地面標高不同，之間形成高度差，車間的剖面圖呈臺階狀，為使各跨之間地面高差得到實施，在車間內部地面標高變化處需設計擋土墻，這點是與其它車間不同之處。車間的主要設備有檢修吊車、磨機、分級機、水力旋流器、選礦機、礦漿分配器、給藥設施、動力設備、皮帶運輸機、卸礦車以及給礦機等。車間的主要功能是對粉礦倉提供的礦石進行細磨和選別，這些成品經過濃縮、脫水、過濾、干燥之后貯入精礦倉變?yōu)樯唐?，出售給需要的廠家。磨機為動力設備，其基礎應按動力設備基礎規(guī)范GB50040-96設計，根據磨機生產廠家提供的磨機擾力作用位置以及磨機與電機的相互位置及傳動方式進行動力計算。磨機基

21、礎宜采用鋼筋混凝土結構，其形式有大塊式、墻式、箱式三種，其中大塊式、墻式基礎可不進行動力計算。管磨機的磨頭和磨尾可分別采用獨立基礎，當地基承載力的標準值大于250KPa時（土質均勻）球磨機、棒磨機、自磨機的磨頭和磨尾亦分別采用獨立基礎。當基礎建造在巖石地基上時巖石又能滿足規(guī)定的條件時，可以采用錨桿（樁）基礎。磨機基礎通常采用大塊式鋼筋混凝土結構，其配筋多為構造配置按規(guī)范第4.2.2條規(guī)定采用，由于基礎體積大混凝土用量多，為降低混凝土施工過程中產生的水化熱，在混凝土配合比設計時摻加一些粉煤灰，避免因水化熱過大引起混凝土的早期收縮裂縫。車間內設有操作平臺、泵坑、鋼球倉、電纜橋架等，除電纜橋架采用懸

22、吊（索）鋼結構之外，其余均采用鋼筋混凝土結構。磨選車間的操作平臺是現澆的鋼筋混凝土結構，模板支撐工作量大，既耗工時又耗木材，工程進度緩慢，且不經濟。為了節(jié)約投資減少三材的消耗以及礦山早日投產，上世紀八十年代初期我院在永平銅礦磨選車間廠房設計中對操作平臺采用預制梁現澆板的設計方案，具體作法是：在預制梁上按一定的位置、間距預留圓孔，梁頂面預留出現澆板的厚度以及鋼箍、架立筋，梁的兩側安裝特制的角鋼，通過預留孔采用鋼銷與梁固定，將定型鋼模板支在角鋼上，而后綁扎板鋼筋澆筑混凝土。方案的特點是利用預制梁作現澆樓板的支承，省去了笓笆撐的制作和安裝，同時采用定型鋼模板，拆裝方便，節(jié)約了大量木材，加快了施工速度

23、，這個設計方案實施之后，對選礦廠的及時試車、投產為工藝爭取了充足的調試時間，從這里可以看出礦山建設是一個廣闊的天地，那里有很多結構設計需要土建人去研究和創(chuàng)新。磨選車間的臺階狀地面的形成要由擋土墻設計才能實施，擋土墻的施工，怎么安排呢？是先平整場地還是先作擋土墻呢？這是一個工作順序問題，然而學問很大，稍有閃失，將會對工程建設帶來極大的損失，例如：福建行洛坑磨選車間施工時先平整場地，且土方又超挖，地面雖形成臺階狀，但因為下雨，土體滑移，造成大面積滑坡，結果花了數百萬元處理邊坡失穩(wěn)，這一沉重的教訓，給了我們一個啟迪，若是調整一下施工順序，即平整場地前放線定位，在臺階地面處先做好擋土墻，再來平整場地，

24、這樣遇上下大雨也不會造成土體滑坡，更不需要花巨資處理邊坡失穩(wěn)了，顯然，這巨大的浪費完全是一念之間造成的。磨選車間給藥跨存有化學藥品，在使用過程中對結構可能產生不良影響，故應根據工藝提供的條件確定結構的防腐對策。為避免磨機生產時因振動對車間廠房結構和操作平臺帶來的不良作用，磨機基礎應與廠房柱基和操作平臺板隔開。7) 洗礦車間（略）8) 濃縮池濃縮池屬特種結構，通常采用鋼筋混凝土結構，平面圖形為圓形。根據工藝出料位置的要求，濃縮池可分為高架式和落地式、半落地式三種，從節(jié)省投資的角度出發(fā)，一般采用落地式濃縮池的設計方案，僅在工藝流程上采用底部出料有困難時或地形地質條件不適合時，方采用高架式或半落地式

25、濃縮池，濃縮池的主要設備有中心傳動式和周邊傳動式濃密機，前者適于小直徑（6-18M）濃縮池，后者適于大直徑（24M以上）濃縮池，它的功能是將磨選車間提供的液狀精礦在池內濃縮，使其含水率降至35%左右，然后通過池底的管道或皮帶輸送到脫水過濾車間進一步過濾脫水，使其含水率降低到12%，成為選礦廠合格的精礦產品，或直接運入精礦倉或干燥處理后進入精礦倉貯存。根據工藝要求濃縮池底板呈圓錐形，大直徑濃縮池中央設置中心圓柱支承周邊傳動式濃縮機基座，池壁頂部設有預埋鐵件，用以固定鋼軌，周邊傳動式濃縮機沿著軌道進行圓周運動，使池內的液狀精礦達到濃縮的效果。小直徑濃縮池的直徑兩端設置支墩，支墩頂面設置預埋鐵件固定中心傳動式濃縮機的鋼架或鋼桁架，中心傳動式濃密機在鋼梁（架）中心轉動帶動濃密機的刮板進行圓周運動，使池內的液狀精礦實施濃縮。濃縮池為露天鋼