锦屏水电站大奔流沟料运输方案比选研究

冯 钧　罗作仟　贾平洋

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：为确保满足毛料运输生产能力2000t/h的要求，通过对开挖料的全汽车运输方案与溜井—平洞运输方案从地形因素、技术经济因素以及环境影响因素等方面的探讨，对比分析显示出溜井—平洞运输方案具有较强可行性。全汽车运输方案比溜井—平洞运输方案碳排放多出量在于有用料的运输过程，经计算，后者对有用料运输的减少碳排放量达到1.422×106kg，节能折算达2.937×106kg标准煤。因此，当选方案具有很强的安全经济性和显著的环保意义。

关键词：锦屏一级电站　开挖料运输方案　溜井—平洞运输　全汽车运输　节能减排

1 引言

锦屏一级水电站混凝土骨料采石场位于大奔流沟两侧，大奔流沟从料场内切割，将料场分为上下游两部分。大奔流沟下游料场区 （B区），高程1700～2100m之间；大奔流沟上游料场区（A区），高程1700～2000m之间。料场总储量约1320万m3。料场开采范围全部选定为B区料场，上游A区仅作备用料场。料场地势陡峭，临江坡度50°～65°，距锦屏二级闸首约300m。料场长约1000m，宽200～350m，岩层倾向坡外，有用层呈长条带状展布于高程1660～2100m，产地面积约20万m2。料场开采运输方案必须满足石料开采高峰强度要求，料场内部明路修筑难度较大，石料运输方案的选择问题难度极大。

2 大奔流沟料场开采运输方案比选

料场开采运输方案必须具有高可靠性，料场配置的钻爆、装载、运输等设备的规格型号及数量应满足高峰期料场开采运输强度要求。由于大奔流沟料场坡度较陡 （坡度50°～65°），又紧邻雅砻江，因此不能采用传统的开采方式向外进行爆破，另外，必须采取有效的开采料转移运输方案以防止石料落入江中。大奔流沟料场开采运输方案有以下两种方案比选。

2.1 全汽车运输方案

采用全汽车运输，依山修路，料场开采揭顶高程为2120～2100m，分梯段逐层下挖，底部开采高程为1700m。大奔流沟料场石料需通过盘山公路由高程2100m运至高程1700m，然后通过公路运输至印把子沟砂石加工系统和人工渣场。粗碎车间布置在印把子沟，料场石料全部采用汽车通过公路运输至粗碎车间［1］。

因汽车是重载运输，故道路等级要求严格，车流量大。由于料场开采高差达450m，采场内道路长度将不低于4km。经过认真详细的勘察研究，认为如果采用全汽车运输方案，从技术上说是可靠的，但也存在以下问题：

①本骨料生产系统工期紧张，料场揭顶高程达到2100m左右，地势陡峭，安全性差。

②毛料运输成本大，不经济。

③汽车运输噪音大、灰尘较难控制，并且因为需要大量燃烧化石燃料而不可避免的出现大量碳排放等废气污染，环境污染较严重。

2.2 溜井—平洞运输方案

采用溜井—平洞运输方案，即有用料由溜井落料运输、井下破碎，再由平洞胶带机将半成品料运至印把子沟砂石系统，无用料仍采用全汽车运输方式到印把子沟人工渣场。粗碎车间布置在大奔流沟料场开采范围内，每个采层的石料通过汽车水平运输至溜井处，汽车卸料，通过溜井垂直运输到粗碎车间，由旋回破碎机进行粗碎，再由平洞内胶带机将半成品运至印把子沟半成品料仓［2］。

采场工作面情况直接关系到溜井布置［3］，若采场工作面狭窄，则不利于汽车水平运输，1940m高程以上需将石料翻到江边再水平运输至印把子沟砂石系统。根据料场开采规划，在1940m高程开始设置竖井平台最为经济。溜井—平洞的布置需考虑多种因素，分析料层分布，为提高溜井的保障率，结合料场宽度和地质条件［4］，料场设置双溜井，两溜井距离约108m。

如图1所示，如果溜井顶部高程均为1940m，则需要布置2个倾角大于72°、高度为280m的斜竖井，由于斜井施工难度大，对施工工期和建安的投入均是不经济的。结合料场实际供料强度，料场高程在1860m时达到最高峰，此时采场工作面也趋于最大，双溜井的覆盖工作面效率也最大，同时1860～1940m之间有用料基本集中在上游溜井，因此采用上游布置一条高度约200m的1#斜井和高度约80m的3#斜井，下游布置高度约200m的2#垂直竖井。

图1 溜井断面布置图

3 方案比选

根据大奔流沟料场与印把子沟人工骨料生产系统的地形、地质、地理位置等特点，将料场有用料的开采、运输与后续的加工工艺及设备配置联系起来统一进行研究，分别从料场综合因素、技术经济因素以及环境影响因素三个方面进行对比，对大奔流沟料场开采运输方案进行比较选择。

3.1 料场综合因素对比

因大奔流沟料场有用层呈长条带状展布于高程1660～2100m，料场揭顶高程达到2100m左右，山顶与山脚高差约450m。料场地形陡峭，不利于明路修建，毛料运输难以形成道路，从而存在着运距长、土建工程量大 （需从陡峭的山体内修建约6.0km的较高等级隧洞），这样建安费用和运输费用都会增高，并且汽车长距离洞内行驶，工作条件差，运输强度难以保证，安全可靠性也较低。

采用溜井—平洞运输方案，将粗碎车间布置在大奔流沟料场开采范围内，开采后的毛料卸入溜井后，经井下破碎设备加工成半成品，半成品采取平洞内胶带机水平运输，转运至印把子沟半成品料仓。采用此种方式，可以有效利用料场地形条件，而且运距短 （水平距离约2.5km）、运输费用低、投入设备少、运行管理方便、节能环保，并且能适应高强度的运输要求。减少重载运输车辆的投入，也提高了运输安全性。

3.2 技术经济因素

全汽车运输过程中，因汽车在山坡上行驶，汽车车体的振动、发动机运转急速，车胎磨损快，对汽车的破坏程度很大，运行成本会比较高，而溜井—平洞运输方案则避免了这类问题。

料场在开采过程中，随着开采平台的不断下降，部分场内道路需重复修筑，各开采平台之间的联络道路采用预留爆碴修建，以沟通各开采平台。采场内开采平台下降后，再及时修通开采平台与进场交通洞的联络通道，以满足剥离料和有用料开挖后的运输及设备的行走，施工方便易行，具有较强的技术灵活性。

根据料场开采规划，增加3#短溜井，在1940m高程开始设置竖井平台，一方面90%的有用料可以全部采用竖井垂直运输，相对全汽车运输，大大降低运行成本；另一方面石料运输车辆数量可大幅减少，其相应的运输通道等级可适当降低，同时缩短汽车运输距离，从运行期经济性考虑是优越的。

因此，从前期的建安费用以及后期的运行成本来考虑，溜井—平洞运输方案比全汽车运输方案技术上更合理，经济上更优越。

3.3 环境与节能因素

3.3.1 全汽车运输对环境的影响

（1） 噪声污染

全汽车运输的噪声源主要包括两个方面：一是在施工过程中，由于挖掘机、推土机、平地机、拌和机以及各种运输车辆的使用而产生的噪声污染。这些噪声较强，对施工人员影响严重。二是在公路运营过程中，汽车车体的振动、发动机运转、鸣喇叭以及公路沿线提供的各种服务设施、设备均会产生噪声，在公路沿线形成一条噪声带。这些噪声会对沿线的居民和建设工人等造成心理和生理上的影响。而溜井—平洞运输方案可以很好的避免该种噪声污染问题。

（2） 废气污染

以汽油、柴油为燃料的汽车开动时排放的尾气中含有废气和固体微粒，废气中含有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、硫化物、甲烷、乙烯、醛和铅颗粒等污染物。这些污染物排放到大气中，渗透到水、土壤中，并逐渐积累，会对沿线的人类和动植物产生不良影响，使其生活环境进一步恶化。这种污染的程度随着公路运营时间的增长及交通量的增加而不断加重。

3.3.2 节能减排计算

（1） 碳排放计算

工程汽车废气污染以碳排放为主，因全汽车运输方案是料场所开采的石料全部由汽车运输到印把子沟砂石系统；采用溜井—平洞运输方案时，无用料是通过汽车运至印把子沟弃渣场，有用料是通过溜井—平洞输送至印把子沟砂石系统。故全汽车运输方案比溜井—平洞运输方案碳排放多出的量在于有用料的运输过程。根据现场查勘，对于这两种运输方案，每次运输多出的运距约为3.5km，忽略其他因素，全汽车运输方案多出的碳排放量主要包括两个方面：即使用汽车运输时多出的运距内汽车空载进场时和重载离场时的碳排放。下面对全汽车运输方案有用料运输多出的碳排放量进行定量计算。

印把子沟砂石系统承担约680万m3混凝土和3.4万m3喷混凝土的骨料生产任务。根据《印把子沟人工骨料生产系统设计方案》，大奔流沟B区料场有用料总量为1090.31万m3。运行期料场开采拟采用的最大运输汽车为20t。

自卸汽车空载时：

A1=B1×C=ρ×S×Q1×C=0.86×3.5×0.25×0.5921=0.446（kg）

M有用料=Ad×Y1/K3=2.7×103×1090.31×104÷1.2=2.453×1010（kg）

P1=A1×M有用料/W=0.446×2.453×1010÷（20×103） =5.470×105（kg）

式中：A1——单位汽车碳排放量，kg；

M有用料——所需有用料总质量，kg；

P1——空载时碳排放总量，kg；

B1——汽车耗油质量，kg；

ρ——柴油比重，取0.86kg/L；

S——全汽车运输方案比溜井平洞运输方案多出的有用料的运输距离，根据现场查勘，S取3.5km，；由于地形陡峭，毛料运输无法形成道路，而仅能由交通洞形成汽车运输线路，需从陡峭的山体内修建约6.0km的较高等级隧洞；由汽车隧洞运输+溜井垂直运输与平洞胶带机水平运输的方式，水平运距约2.5km。因此相当于缩短3.5km的汽车运输距离。(www.xing528.com)

Q1——空载时汽车每公里耗油量，取0.25L/km，由工程经验取得；

C——能源消费碳排放量系数，C=0.5921（104t/104t），根据IPCC碳排放计算指南确定［5］；

Ad——毛料比重，Ad=2.7×103kg/m3；

Y1——有用料总方量，Y1=1090.31万m3；

K3——料场夹层无用料系数，K3=1.2；

W——单位汽车的承载量，W=20t。

自卸汽车重载时：

A2=B2×C=ρ×S×Q2×C=0.86×3.5×0.4×0.5921=0.713（kg）

P2=A2×M有用料/W=0.713×2.453×1010÷（20×103） =8.745×105（kg）

式中：P2——重载时碳排放总量，kg；

Q2——重载时汽车每公里耗油量，取0.4L/km，由工程经验取得；其他系数含义同上。

综上所述，将开挖料全部运输至碳排放总量为：

P总=P1+P2=5.470×105+8.745×105=1.422×106（kg）

全汽车运输方案比溜井—平洞运输方案碳排放多出的量在于有用料的运输过程。经以上推理计算可知，溜井—平洞运输方式将节约有用料运输消费的碳排放量约1.422×106 kg，因而该方案的节能减排意义显著。

（2） 节能计算

溜井—平洞运输方案的能源消费主要考虑胶带机工作的电能消耗量，该方案的有用料的胶带机运输是从大奔流沟到印把子沟2#半成品料堆场之间的A1～A10胶带机，A1～A10胶带机的功率明细表见表1。该传输过程的电能消费量计算如下：

表1 A系列胶带机功率明细表

续表

式中：G1——与溜井—平洞运输方案传输有用料总耗电量相当的标准煤消费量，kg；

M有用料——料场有用料总质量，t；

E——胶带机传输强度，取2000t/h；

Ui——各段胶带机传输功率，见表1，kw；

di——胶带机传输的功率因数，见表1；

β1——电能换算成标煤的折算系数，取0.1229［6］；

全汽车运输方案的预计柴油消耗量计算主要考虑汽车空载进场和重载出场的柴油耗量，能源消费计算如下：

式中：G2——与有用料全汽车运输方案的汽车柴油消耗量相当的标准煤消费量，kg；

L1——全汽车运输方案的运输距离，6km；

β2——柴油折算成标准煤的折算系数，取1.4571［6］。

其他符号的意义同上。

因此，折算成标准煤后的节能量为：

G3=G2－G1=5.994×106－3.057×106=2.937×106（kg）

溜井—平洞运输方案较全汽车运输方案在能源消费方面节约的标准煤量为2.937×106 kg，因此该方案是具有较好节能意义的方案。

3.4 方案比选的结果

根据以上比较分析可以看出：本工程采用溜井运输毛料至井下粗碎车间，再由平洞胶带机运输半成品料到印把子沟砂石系统进行成品料加工的系统工艺，是具备较强可靠性、经济性和节能环保意义的方案。且事实证明，锦屏电站大奔流沟料场开石料运输系统运行至今，溜井—平洞运输系统无论在运行质量、企业收益以及外界评价等方面，均得到非常好的效果，具有很强的技术推广性。

4 结论

①分析料场综合因素、技术经济和环境影响等方面的因素，溜井—平洞运输方案体现出能够充分适应山地陡峭地形、技术可靠、经济合理和节能环保效益显著等优越性，特别是可以因而取得了很好的工程应用效果。经过计算分析，溜井—平洞运输方案将节约有用料运输的碳排放量约为1.422×106kg，折算后节能2.937×106kg标准煤，还可以有效控制全汽车运输方式所涉及设施的噪声污染，因此，溜井—平洞运输方案具有显著的节能环保意义。

②锦屏电站大奔流沟开挖料运输系统受地形、地质，以及地理位置等特征的影响，运输方式的选择难度较大。经过全汽车运输方式与溜井—平洞运输方案的方案比较，后者体现出运距短、土建工程量较小以及运输强度易于保证等优点，因此成为开挖料运输系统的选择方案。而且，增加3#短溜井后，石料运输车辆数量可大幅减少，其相应的运输通道等级可适当降低，同时缩短汽车运输距离，从运行期经济性考虑无疑是优越的。从可靠性、安全性与经济性等诸多方面来评价，溜井—平洞运输方案比全汽车运输方案更合理、更具优越性。

参考文献：

［1］朱显山. 料场石料运输方式的探讨——一种新型的石料运输工艺［J］. 水利水电施工，2006，（02）：16-19.

［2］童书泉. 水布垭水利枢纽采用溜井－平洞运输方式的探讨［J］. 长沙铁道学院学报， 2000，（01）：108-112.

［3］赵幼森. 大直径高段溜井破碎系统在大型水电站的应用［J］. 采矿技术，2009， （03）：24-25.

［4］赵华，石刚. 反井钻机在长斜井导井施工中的应用［J］. 水利水电技术，2009， （10）：41-43，47.

［5］赵敏，张卫国，俞立中. 上海市能源消费碳排放分析［J］. 环境科学研究，2009， （08）：984-989.

［6］各种能源折标准煤参数表［J］. 工业炉，2010，（05）：4.

◎作者简介：

冯 钧，男，高级工程师，葛洲坝五公司副总经理。

罗作仟，男，高级工程师，葛洲坝五公司锦屏砂石项目部总工程师。

贾平洋，男，三峡大学在读硕士研究生。