復雜地質條件下坑內溜破系統的設計

武 榮

（蘭州有色冶金設計研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

復雜地質條件下坑內溜破系統的設計

武 榮

（蘭州有色冶金設計研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

通過對金川公司礦山的復雜地質條件及已有生產系統的分析，有針對性地對其三礦區坑內溜破系統進行設計，從而降低了不可預見的風險，確保礦山的安全生產，同時選用了礦石破前篩分設備，提高了破碎機的效率，降低了能耗。

溜破系統；地下礦山；復雜地質條件

1 概 述

金川公司已有50多年的建設、生產歷史，該礦礦產資源由富礦和貧礦組成，目前共有3個礦區，龍首礦區和二礦區為富礦礦區，年出礦能力700多萬t，三礦區為貧礦礦區。從市場經濟角度出發，先采富礦在一定時期符合企業利益要求，但若干年后，其金屬產量主要來自貧礦時，公司的總體利潤將會大大降低，這將影響企業的發展，因此，在條件允許的情況下考慮貧富兼采，是礦山持續穩定發展的基本策略。為綜合利用資源，實現礦山可持續發展，礦山決定對其貧礦資源進行開發，我公司承擔了貧礦開發設計的任務，設計生產能力為7600t/d，設計范圍內礦山的服務年限為36a，生產主運輸中段有1350，1250，1150，1050m 共4個中段，破碎站設置在1000m水平，計量裝礦設施設置在950m水平，要求破碎后的礦石塊度≤300mm。

2 該礦山的特點

（1）礦山建設、生產歷史長，經過多年累積，技術力量雄厚，具有豐富的建設、生產經驗。

（2）現有豎井、斜坡道、溜井、破碎硐室、風井、運輸平巷等設施在基建設期間及生產過程中均有維修（護）記錄，對后續基礎設施建設具有很高的指導價值。

（3）礦區內斷層縱橫交錯，巖漿活動頻繁，致使巖體破碎，工程地質條件極為復雜。礦區把工程地質穩定性很差的巖層稱之為不良巖層，調查資料表明，其目前開采范圍內（一、二礦區）的不良巖層約占25%～30%。

（4）礦區屬中高應力區，不良巖層為受軟弱結構面控制、具流變特性的地質體。不良巖層有怕水、怕風化、怕震的特點。

（5）北京科技大學曾對礦區巷道圍巖變形進行了大量現場監測，對圍巖不同深度的位移值和巷道表面收斂值進行了長期觀測，取得了重要成果。從不良巖層巷道圍巖變形曲線看，可劃分為3個階段：急劇變形階段、減緩變形階段和趨于穩定階段。利用巷道最大收斂變形量和巷道變形速率可以判斷巷道的穩定性，即當最大收斂變形量小于允許最大收斂變形量（最大允許收斂變形量約100mm）時，圍巖穩定；或者當變形速率小于0.1mm/d，并呈逐步下降趨勢，最后趨于0時，則可判別為穩定。

3 礦山以往建設、生產過程中可借鑒的經驗

（1）二礦區主井在掘進過程中由于井壁巖石暴露時間過長，圍巖遭風化、溶蝕、軟化、崩解、膨脹等作用，井壁發生坍塌，對豎井支護、掘進造成很大影響。

（2）2005年，該礦回風井井筒發生大面積垮塌，冒落空區達11000m3，冒落物幾天內將1000m水平以上約500m的井筒全部堵死，造成回風系統幾乎處于癱瘓狀況，返修時對冒落區采用鋼筋混凝土支護，返修期歷時17個月。

（3）主溜井在建成后投入生產的初期發生過小范圍坍塌，之后采取措施，對溜井及礦倉在局部破碎地段先采用C25錨網噴100mm厚支護后，再采用C35雙層鋼筋混凝土300mm厚支護，加襯錳鋼板加固，并定期檢查并更換襯板，每次檢查、更換襯板時間為3～5個月。

（4）該礦生產過程中對出礦塊度控制良好，大于300mm的大塊約占30%。

4 溜破系統的設計

根據礦山特點，以及以往建設、生產過程中的經驗，我公司對其溜破系統進行了有針對性的設計（見圖1）。

圖1 溜破系統示意

4.1 溜破系統簡介

本系統溜礦井采用倒段方式，在每一段溜井底部設振動放礦機轉入下一段溜井，在最后一段溜井底部設振動放礦機為棒條式振動篩給礦，棒條式振動篩篩下小塊礦石直接經篩下溜礦槽進入成品礦倉，篩上大塊礦石進入顎式破碎機，破碎后進入成品礦倉，成品礦倉中的礦石由其底部懸吊式振動放礦機給至計量膠帶，進入礦石提升系統。共設兩套溜破碎系統，每套系統都能獨立完成7600t/d的生產任務。

根據不良巖層有怕水、怕風化、怕震的特點，溜井在施工過程中要做到隨掘隨支，在圍巖穩固地段采用一次支護，圍巖破碎地段采用兩次支護，一次支護采用噴錨網，二次支護采用鋼筋混凝土，溜井及礦倉加襯錳鋼板加固，大跨度硐室、大斷面巷道及交岔點一次支護采用長錨索，根據工程特點，設置監測點，進行施工監測及永久監測，根據監測結果確定二次支護參數，二次支護為鋼筋混凝土或混凝土支護。

4.2 本溜破系統的優點

（1）采用倒段溜井可以最大限度地避免因溜井井壁發生垮塌而使礦山生產受到影響。

（2）由于該礦生產過程中對出礦塊度控制良好，大于300mm的大塊約占30%，破碎前采用振動放礦機＋棒條式振動篩給破碎機給礦，可以縮短破碎機工作時間，節約能源，同時能延長破碎機的襯板使用壽命。本次設計未采用棒條式振動給料機直接為破碎機給礦，主要是因為要完成7600t/d的生產任務，經考察，該棒條式振動給料機的外形尺寸為7m×2.6m×3m（長×寬×高），這樣大體積的設備不易運往井下使用地點。

（3）采用兩套能獨立完成生產任務的溜破系統和中段溜井卸礦處采用雙軌線路，可以避免因一套系統檢查并更換襯板而影響生產。

（4）溜井及礦倉加襯錳鋼板加固，大跨度硐室、大斷面巷道及交岔點一次支護采用長錨索，可以延長這些基礎設施的服務年限。

（5）設置監測點，進行施工監測及永久監測，根據監測結果確定二次支護參數，可以更準確地掌握不良巖層地段，并在施工過程中進行加固，還可以通過永久監測防患于未然。

5 結束語

本次溜破系統設計綜合了礦山地質條件復雜的特點，以及以往建設、生產過程中的經驗，使該系統運行更加可靠，各種不可預見風險降至最低，還提高了破碎機的效率，但投資較大，溜破系統較復雜。筆者認為對于這種地質條件復雜、服務年限長的大型金屬礦山，安全生產是第一位的，保證了安全生產就是取得了經濟效益。

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2012－07－10）

武 榮（1977－），男，甘肅白銀人，工程師，主要從事礦山機械設計工作，Email：wuronglyy＠163.com。