溜井放礦風(fēng)險(xiǎn)綜合分析與控制

詹森昌

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

溜井放礦風(fēng)險(xiǎn)綜合分析與控制

詹森昌

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

礦床開(kāi)拓是礦山建設(shè)的重要一環(huán)，開(kāi)拓方式又與運(yùn)輸方式有密切聯(lián)系，在有條件利用礦石重力運(yùn)輸時(shí)，溜井運(yùn)輸系統(tǒng)是首選方案。根據(jù)溜井中礦石移動(dòng)規(guī)律和考察資料，結(jié)合溜井的運(yùn)行情況，對(duì)溜井放礦的各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，包括磨損與破壞、放礦堵塞、跑礦等，并提出相應(yīng)避免溜井破壞和堵塞的措施。除粉礦和水的含量難以同時(shí)控制外，溜井放礦的風(fēng)險(xiǎn)是可控的。

溜井放礦；磨損與破壞；堵塞；風(fēng)險(xiǎn)；可控

1 引言

礦床開(kāi)拓是礦山建設(shè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)大計(jì)，一旦建成就很難改變［1］，而開(kāi)拓方式又與運(yùn)輸方式有密切聯(lián)系。所以在有條件利用礦石重力運(yùn)輸時(shí)，溜井運(yùn)輸系統(tǒng)是首選方案。它具有運(yùn)輸能力大、效率高、成本低、便于管理、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但也存在風(fēng)險(xiǎn)，主要有堵塞、跑礦和井壁磨損破壞，嚴(yán)重時(shí)，整個(gè)溜井報(bào)廢。這些風(fēng)險(xiǎn)能否控制，就成為是否能采用溜井運(yùn)輸方案的關(guān)鍵，直接制約著礦山的生產(chǎn)能力。

2 德興銅礦的溜井放礦歷史回顧

德興銅礦露采初期，前后使用了三條溜井。前二條是溜槽溜井。它的優(yōu)點(diǎn)是：（1）溜槽坡面、井口處可以貯礦，調(diào)節(jié)生產(chǎn)；（2）礦石從高處滾下，有二次破碎作用；（3）基建投資少、工期短。缺點(diǎn)是：坡面留有大量粉礦，每年雨季，它與坡面上的雨水一起大量集中進(jìn)入井筒，易產(chǎn)生跑礦、堵塞循環(huán)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，并且堵塞地點(diǎn)逐步向井筒內(nèi)和高處發(fā)展，造成一次比一次規(guī)模更大、問(wèn)題更嚴(yán)重的惡性循環(huán)，導(dǎo)致發(fā)生重大事故。

總結(jié)慘重的教訓(xùn)，后來(lái)的一號(hào)溜井采取如下措施：

（1）取消溜槽，全部使用井筒；（2）采用雙邊放礦，確保一邊處理跑礦時(shí)，另一邊進(jìn)行生產(chǎn)放礦，避免因停止放礦，堵塞點(diǎn)向井筒內(nèi)和高處發(fā)展；（3）確保井筒施工質(zhì)量。井筒由小斷面自下向上擴(kuò)大時(shí)，每次測(cè)量定點(diǎn)，準(zhǔn)確施工；（4）雨季時(shí)，少出粉礦，并井筒貯滿礦，經(jīng)常松動(dòng)放礦，確保井筒不積水；（5）增加扇形調(diào)節(jié)閘門(mén)，減小放礦口的高度［2］。

為了更好的掌握實(shí)際資料，指導(dǎo)今后生產(chǎn)，在一號(hào)溜井放礦量為1018.4萬(wàn)t時(shí)，進(jìn)行了全面考察和實(shí)測(cè)。隨著下部放礦的進(jìn)行，井筒中的礦石移動(dòng)規(guī)律如圖1所示。

圖1 礦石移動(dòng)分區(qū)示意圖

井筒中第一區(qū)的礦石表面是全斷面、平穩(wěn)、緩慢地下降，井壁上留有明顯的“波痕”，其間距是20~30mm；礦石表面也有突然下降現(xiàn)象，最大距離約為100mm。

當(dāng)?shù)V石表面進(jìn)入第二區(qū)時(shí)，表面出現(xiàn)凹坑。隨著礦石表面繼續(xù)下降，凹坑的深度增加，范圍擴(kuò)大。表面的礦石在下降的同時(shí)，產(chǎn)生滾動(dòng)。這時(shí)礦石表面開(kāi)始分級(jí)，大塊礦石集中，為礦石在第三區(qū)產(chǎn)生咬合拱，發(fā)生堵塞創(chuàng)造了條件。

當(dāng)?shù)V石表面進(jìn)入第三、四區(qū)時(shí)，出現(xiàn)了“礦堆”，使礦石流動(dòng)斷面逐步縮小，礦石進(jìn)一步自然分級(jí)，大塊集中，易形成塊礦咬合拱，發(fā)生堵塞和“卡斗”現(xiàn)象。為了減少堵塞的發(fā)生，應(yīng)盡量擴(kuò)大第三區(qū)，縮小第四區(qū)。如圖1所示，原單邊放礦硐室（4）放礦時(shí)形成的礦堆（2），而另一邊放礦硐室（5）放礦后，礦堆（2）大大減小，變成“死礦堆”（3）。由此可見(jiàn)，雙邊放礦是大力縮小第四區(qū)的最好措施。

一號(hào)溜礦井在露天采場(chǎng)中心部位，穿過(guò)巖層為含銅斑巖和含銅千枚巖，井筒高度180m,直徑6m，除溜口附近錳鋼板加固（5m高）外，全部無(wú)支護(hù)。在生產(chǎn)期間，一號(hào)溜井最高日出礦量超過(guò)3萬(wàn)t，最高年出礦量為860萬(wàn)t。生產(chǎn)19年，累計(jì)出礦量為6515.5萬(wàn)t，而井壁仍然完好。

3 井筒的磨損與破壞

3.1 井筒磨損類型

溜井放礦時(shí),井筒必然會(huì)發(fā)生磨損。根據(jù)其發(fā)生原因，一般可分為以下幾種主要類型。

（1）沖撞磨損。

礦石在卸礦時(shí)的初速度和重力加速度作用下，對(duì)井壁進(jìn)行沖撞，產(chǎn)生沖撞磨損。程國(guó)華先生分析，其沖撞磨損范圍距井口為25~76m［3］；脈外溜井井壁的沖撞磨損范圍是20~40m［4］。由于兩者的溜井直徑和運(yùn)礦工具不一樣，其數(shù)據(jù)也就不一樣。

（2）滾撞磨損。

卸礦時(shí)，礦石直接沖撞井壁后，在重力作用下，落至下部礦石表面時(shí)，部分礦石會(huì)以剩下的能量滾動(dòng)，再次沖撞井壁，產(chǎn)生滾撞磨損。其特點(diǎn)是：①井壁磨損的地點(diǎn)是不固定的，隨井筒內(nèi)礦石表面的高度而變；②隨井筒內(nèi)礦石表面距卸礦點(diǎn)的距離增加，礦石的滾撞磨損能量加大，磨損速度加快；③磨損地點(diǎn)在井筒下部，不易被發(fā)現(xiàn)。

（3）降撞磨損。

溜井放礦時(shí)，井筒內(nèi)的礦石在下降過(guò)程中與下部礦石表面接觸瞬間，對(duì)井壁沖撞產(chǎn)生降撞磨損。

國(guó)外金屬礦山雜志于1991年9期發(fā)表了“溜井中礦石移動(dòng)的研究（十）”［5］的譯文，該文提出井壁產(chǎn)生磨損的主要原因是“礦石在下降移動(dòng)的情況下，當(dāng)?shù)V石停止重力流時(shí)，如圖2所示那樣砸到井壁上，致使井壁產(chǎn)生磨損?！?/p>

圖2 溜井中礦石沖砸井壁造成井壁磨損示意圖

（4）摩擦磨損。

溜井放礦時(shí)，井筒內(nèi)的礦石在下降過(guò)程中，周邊礦石與井壁發(fā)生摩擦，產(chǎn)生摩擦磨損。

其磨損特點(diǎn)是“貯礦段的井筒磨損速度較小且均勻，井壁光滑”［6］；“貯礦段磨損與深度無(wú)關(guān)，因?yàn)樵谫A礦段溜井磨損均勻，上、下磨損速度非常接近。”［7］

3.2 井筒破壞

井筒破壞的發(fā)生，一般是井壁受到放礦產(chǎn)生磨損后，巖石內(nèi)部應(yīng)力平衡受到破壞而引起的。其破壞速度與嚴(yán)重程度，除與各種磨損產(chǎn)生的磨損范圍和其量的大小有關(guān)外，與地質(zhì)構(gòu)造和礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)更加密切。

（1）摩擦磨損引起的破壞。

由于摩擦磨損產(chǎn)生的井壁四周磨損是均勻的、緩慢的，因此，巖石內(nèi)部應(yīng)力平衡變化也是緩慢的、均衡的；加上貯礦的礦石支撐，井壁一般不會(huì)因磨損而產(chǎn)生破壞。德興銅礦1號(hào)溜井井筒無(wú)支護(hù)，在貯礦條件下生產(chǎn)，最終累計(jì)放出礦石量6515.5萬(wàn)t，井筒仍然完好。張家洼鐵礦1號(hào)溜井投產(chǎn)3年后，井筒直徑從3m垮冒至直徑平均為10m，最大18m。在未維修情況下，采用滿井放礦，帶“病”作業(yè)，雖然管理較難，但效果較好，近4年溜井運(yùn)行一直比較正常［8］。

（2）降撞磨損引起的井筒破壞。

德興銅礦1號(hào)溜井，在放出1018.4萬(wàn)t礦石后，進(jìn)行考察和實(shí)測(cè)?！叭锞木诠饣?、完整，磨損輕微?！薄翱疾熘邪l(fā)現(xiàn)，礦石表面有突然下降現(xiàn)象，其下降值一般為20~60mm，最在100mm?！保?］

從井壁光滑、完整看，沒(méi)有降撞磨損的沖砸痕跡，降撞磨損反映不出來(lái)。一般情況下，降撞磨損不會(huì)引起井筒破壞。

（3）沖撞磨損引起的破壞。

它的磨損地點(diǎn)比較固定，范圍較小，井壁內(nèi)部應(yīng)力變化也較集中，易引起井筒破壞。這種現(xiàn)象在井下礦山，一條溜井承擔(dān)多中段出礦時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)。

武山銅礦1號(hào)溜井，服務(wù)四個(gè)中段出礦任務(wù)，上部出現(xiàn)呈之字形垮塌［10］。它是卸礦時(shí)，礦石直接沖撞和反彈的再次沖撞，產(chǎn)生沖撞磨損引起的井壁破壞。內(nèi)蒙古某銅礦1號(hào)主溜井受到破壞后，提出“礦面位置控制在斜口以下8m范圍內(nèi)”［11］的措施，防止井壁受到直接沖撞而引起破壞。白馬露天鐵礦2號(hào)溜井，井口15m范圍內(nèi)用鋼筋混凝土護(hù)壁鎖口，使用不到一個(gè)月就遭到破壞［12］。分析其產(chǎn)生的原因是溜井直徑5m時(shí)，汽車卸礦的沖撞點(diǎn)超過(guò)15m［3-4］。因此，井口加固以下巖石受到卸礦的礦石沖撞產(chǎn)生破壞，進(jìn)而引起鋼筋混凝土護(hù)壁鎖口破壞。

（4）滾撞磨損引起的破壞。

它發(fā)生在井筒下部。當(dāng)井空很高時(shí)，卸礦的部分礦石滾撞井壁的能量很大，磨損量很大，引起巖內(nèi)部應(yīng)力變化也大；若圍巖破碎，構(gòu)造發(fā)育，則會(huì)產(chǎn)生大的破壞和嚴(yán)重的后果。

武山銅礦1號(hào)溜井井筒圍巖節(jié)理極為發(fā)育，下部有兩條斷裂構(gòu)造通過(guò)；加上該礦采用非貯礦方式運(yùn)輸且經(jīng)常放空，因此井壁長(zhǎng)期受到井空高的滾撞磨損，造成井筒下部嚴(yán)重破壞［10］。蘇聯(lián)中央磷灰石礦的1、2、3號(hào)溜井下部嚴(yán)重破壞［13］。分析其原因，應(yīng)該是高井空生產(chǎn)放礦，滾撞磨損引起的。

綜上所述，減緩井筒磨損和防止井筒破壞，最好的方法是井筒貯滿礦，也是最有效和最廉價(jià)的措施；同時(shí)有一個(gè)適合該礦具體情況的溜井設(shè)計(jì)，才會(huì)得到理想的效果。因此，只有設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位共同配合，才能實(shí)現(xiàn)以上意愿。

4 放礦堵塞

在溜井放礦過(guò)程中發(fā)生堵塞，不僅影響生產(chǎn)，同時(shí)也給安全帶來(lái)威脅，易發(fā)生安全事故，應(yīng)盡可能減少其發(fā)生。從堵塞發(fā)生原因，可分為塊礦咬合拱和粉礦粘結(jié)拱產(chǎn)生的堵塞；從堵塞發(fā)生的地點(diǎn)，可分為一般堵塞和非正常（或特殊）堵塞?，F(xiàn)對(duì)后者進(jìn)行分析。

4.1 一般堵塞

放礦溜井的井筒直徑，都會(huì)大于所放礦石的塊礦咬合拱和粉礦粘結(jié)拱的垮度。井筒內(nèi)第一、二區(qū)內(nèi)的礦石，在放礦過(guò)程中是全斷面移動(dòng)。因此，不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的平衡拱而發(fā)生堵塞。

在井筒內(nèi)的第三區(qū)，礦石的移動(dòng)斷面逐漸變小，給塊礦和粉礦形成穩(wěn)定的平衡拱發(fā)生堵塞，創(chuàng)造了條件。斷面越小，產(chǎn)生堵塞的頻率越高。因此，第三區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的堵塞稱為正常堵塞。但要減少這種堵塞的發(fā)生，可采取如下二個(gè)措施：

（1）采用雙邊放礦，如圖3所示。當(dāng)井筒直徑為6m時(shí)，振動(dòng)放礦的臺(tái)板埋深和眉線高度都取1.4m，振動(dòng)出礦機(jī)臺(tái)板傾角16°，礦石流動(dòng)角為70°的條件下，采用單邊出礦時(shí)，礦堆的高度為12.6m，而雙邊出礦其高度只有4.4m。這樣減少了堵塞發(fā)生的概率；同時(shí)，降低了懸拱堵塞的高度，便于處理。

圖3 雙邊振動(dòng)出礦有關(guān)參數(shù)示意圖

（2）采用振動(dòng)出礦技術(shù)，它增加了最易發(fā)生放礦卡斗堵塞的、溜井放礦出口處的寬度。據(jù)武鋼礦山研究所譚志恢的分析介紹，在振動(dòng)出礦與重力放礦相同的眉線高度時(shí)，振動(dòng)出礦的流動(dòng)帶的最小厚（寬）度為重力閘門(mén)放礦的1.3倍［14］。同時(shí)，振動(dòng)放礦有“順形”作用，中條山有色金屬公司的溜井放礦口尺寸1100×1500mm時(shí)，放出了800~1000mm的大塊［15］；另外，它有改善礦石的流動(dòng)性，有破拱和消除大塊卡堵的作用［16］。因此，振動(dòng)出礦時(shí)，出礦口的卡斗堵塞現(xiàn)象可以大大的減少。

總之，雙邊溜口和振動(dòng)出礦兩者結(jié)合，是減少溜井放礦發(fā)生一般堵塞的最有效措施，也是兩者最佳結(jié)合。

4.2 特殊堵塞

表1 不同礦石性質(zhì)與溜井尺寸匹配表

在放礦溜井井筒內(nèi)第一、二區(qū)發(fā)生堵塞，是不正常的，是不應(yīng)該發(fā)生的?？赡苡腥缦略蛞稹?/p>

（1）施工質(zhì)量問(wèn)題，如酒鋼鏡山鐵礦黑溝2號(hào)溜礦井，有5次堵塞就是發(fā)生在井筒直徑為最小的5m“凸臺(tái)”處［17］。

（2）溜井中的檢查巷道破壞了井筒中正常負(fù)壓放礦，也可引發(fā)井筒堵塞。［18］如上述黑溝礦2號(hào)溜井另外3次堵塞，是發(fā)生在3454m水平措施巷道處［17］。

（3）粉礦被夯實(shí)。較高距離的礦石，直接砸在粉礦上，粉礦會(huì)被夯實(shí)，粘結(jié)力加大，粘結(jié)平衡拱垮度加大，從而形成堵塞［19］。

（4）進(jìn)入溜井的礦石塊度，大大超過(guò)規(guī)定大塊尺寸，并且礦石中大塊比例很高，也有可能發(fā)生井筒堵塞［19］。

（5）有些粘性很大的粉礦，在井筒種停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，未能得到及時(shí)應(yīng)有的松動(dòng)，也有可能發(fā)生井筒堵塞［20］。

（6）溜井結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)生移動(dòng)方向和移動(dòng)速度的改變，達(dá)到一定程度則產(chǎn)生堵塞［20］。

（7）在放礦過(guò)程中，井筒遭到撞擊破壞，或因地質(zhì)構(gòu)造而發(fā)生井壁大塊片幫而產(chǎn)生井筒堵塞［21］。

總之，以上這些特殊堵塞，對(duì)生產(chǎn)和安全帶來(lái)的問(wèn)題是很大的，但只要找出其發(fā)生原因，認(rèn)真的進(jìn)行對(duì)待，完全可以解決的，也是可控的。

5 跑礦

礦石中的粉礦和其水的含量，超過(guò)某一限度時(shí)，就會(huì)發(fā)生跑礦現(xiàn)象。根據(jù)“振動(dòng)放礦技術(shù)”中的數(shù)值所示（見(jiàn)表1）［22］。當(dāng)水份不同時(shí)，礦石的粘結(jié)力C可以相差5倍。

當(dāng)溜井放礦時(shí)，發(fā)生跑礦，在處理跑礦過(guò)程中，放礦閘門(mén)附近的礦石中的水份，由于本身的壓力而流失，粘結(jié)力增大，又會(huì)發(fā)生堵塞。因此，跑礦清理好，接著又處理堵塞。當(dāng)堵塞處理完，進(jìn)行放礦時(shí)，上部水份多的礦石又會(huì)跑礦。就這樣，跑礦與堵塞重復(fù)循環(huán)進(jìn)行。如果進(jìn)入井筒內(nèi)的粉礦和水得不到有效控制，最終會(huì)發(fā)生重大安全事故。

德興銅礦2號(hào)、3號(hào)溜槽溜井，就是因?yàn)檫@樣的原因，發(fā)生了人員傷亡和設(shè)備破壞的重大事故，教訓(xùn)是深刻的。因此，在粉礦和其水的含量不能同時(shí)有效控制時(shí)，不宜采用溜井放礦，尤其是粉礦粘結(jié)性大的礦山。

6 結(jié)論

從以上的論述可看出，溜井放礦是存在比較大的風(fēng)險(xiǎn)，但也是可控的。除了礦石中的粉礦量和其含水量都同時(shí)難以控制時(shí)，不宜采用溜井放礦外，其它情況是可行的。只要針對(duì)各種具體情況，采取針對(duì)性措施，嚴(yán)格按照規(guī)范要求，溜井放礦運(yùn)輸系統(tǒng)是安全的、適用的。當(dāng)采取相應(yīng)措施后， 一條溜井日出礦量3萬(wàn)t以上，年出礦量1200萬(wàn)t以上，最終放出1~2億t礦石是可以實(shí)現(xiàn)的。

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Comprehensive Analysis and Control on Risk of Orepass-Drawing

ZHAN Sen-chang
（Dexing Copper Mine of Jiangxi Copper Corporation, Dexing 334224, Jiangxi, China）

The deposit development is an important part of mine construction, and the development way is closely related with the haulage mode. When the ore gravity haulage is used, the ore pass system is the first choice. It is stated that a variety of risks, including wear and damage, hanging-up to ore-drawing, ore leakage etc, are analyzed upon the basis of ore-moving regularities, surveying files as well as the running status of orepass against the background of Dexing Copper Mine, and certain measures are presented accordingly in case of damage and/or hanging-up to orepass. A conclusion has been drawn that the risks on orepass drawing are controllable, with the exception of the fine ore and their moisture content which are hard to be managed simultaneously.

orepass-drawing；wear& damage；hanging-up；risk；controllable

TD521+.1

A

1009-3842（2015）05-0023-04

2015-05-21

詹森昌（1936-），男，江西婺源人，教授級(jí)高工，主要從事采礦工程相關(guān)研究工作。E-mail: 214533984@qq.com