黑溝礦溜井片幫機理分析及應對措施初探

程國華

(宏興股份公司鏡鐵山礦， 甘肅嘉峪關市 735101)

0 引言

酒鋼黑溝鐵礦位于祁連山腹地，是典型的山坡露天礦，采用平硐溜井開拓方式。黑溝礦的三條礦石溜井均為單段垂直式溜井，投產時主溜井、1#、2#采區溜井井深分別達561，362 m和529 m。溜井直徑設計分別為主溜井5.0 m、1#溜井和2#溜井5.5 m，截止目前2#溜井深度420 m，1#溜井深度270 m。

溜井是礦石運輸的咽喉，鏡鐵山礦為確保溜井在生產使用過程中的安全順行，制定并嚴格執行《鏡鐵山礦溜井使用管理辦法》。但由于溜井穿過的巖石區域節理裂隙較發育，2010年前黑溝2#溜井已發生了多次井筒片幫堵塞事故，影響正常生產，2008年4～12月發生了4次堵塞，堵塞時間累計長達200 d，因此有必要對高深溜井片幫機理進行分析，制定可行的防范措施，減少溜井片幫和井筒堵塞事故。

1 溜井片幫發生的機理分析

溜井片幫是由于礦石磨損井壁使井筒斷面擴大，當溜井斷面擴大到一定程度時，井壁喪失穩定性，便出現片幫和塌方等現象。溜井發生片幫的原因主要有以下幾方面。

1.1 溜井穿過的巖體完整性較差

1#采區溜井井口巖石的普氏硬度系數為4～7，巖體結構為層狀，巖層陡立或急傾斜，節理裂隙多，局部較發育或發育。2#采區溜井的巖石硬度和巖體結構與1#溜井基本相同，由于2#溜井標高更高，巖石風化程度更大，節理裂隙比1#溜井口更發育，導致2#溜井井口片幫嚴重，片幫次數多。

1.2 溜井降段爆破的影響

由于沒有高精度雷管(曾經用過)，每次溜井降段爆破只能采用多排孔排間微差爆破，為減小爆破震動，目前采取了多打眼、多分段、少裝藥的技術措施，但爆破地震波還是會造成井口下臺階巖石結構更加破碎。

1.3 礦石翻卸時對溜井口周圍及井口下部磨損

翻卸時對溜井口周圍的磨損主要是流動磨損，由于自卸汽車卸礦必須與井口保持一定的安全距離，所以翻卸時一部分礦石與溜井口摩擦，沖刷溜井卸礦口形成溜槽。

礦石翻卸時對井口下部的磨損主要是沖擊磨損，第一沖擊點與井筒直徑、礦石初速度、礦石的粒度、礦石濕度及自卸礦車的高度等有關，由于卸礦剛開始時礦石初速度幾乎為零，所以這部分礦石做自由落體運動，不對對面井壁造成沖擊，卸礦3 ms后，2#溜井直徑目前平均約為18 m，礦石與車箱底部的摩擦系數取0.6，礦石離開車廂時的速度為6.6 m/s，其第一沖擊點距井口約76 m，最后(卸礦9 ms后)離開車廂的礦石其速度約為19 m/s，其第一沖擊點距井口約25 m，因此礦石翻卸時對井口下部25～76 m的范圍造成沖擊磨損(見圖1)，該部位溜井刷大后造成井口下25 m范圍內巖石失穩，造成片幫。

1.4 溜井高位堵塞后的爆破處理造成井筒片幫

溜井高位堵塞后存在較大空腔，爆破處理時的爆破沖擊波和地震波會對井壁造成損傷，而且拱頂處理開后，大量礦石突然下落會在井筒內形成很大的沖擊波，礦石也會高速摩擦井壁，導致井筒巖石片幫。2007年11月9日2#溜井堵塞疏通后，溜井拉出大量巖石就是例證。

2 減少溜井片幫的技術措施

根據溜井片幫機理分析，可從以下幾方面采取措施。

(1)盡量減少溜井空高，可限制在25 m以內，一旦發現空高超過25 m，3400 m水平停止拉礦。這樣可避免礦石第一沖擊帶的形成。

(2)在溜井口周圍固定上3～4個卸礦點，輪流卸礦;另外可在每個卸礦點布置緊密排列的粗鐵鏈，減少礦石對井口部位的沖擊磨損。

圖1 溜井沖擊磨損部位示意

(3)溜井降段爆破用高精度雷管實現逐孔起爆，一方面降低爆破地震波對下臺階巖體的破壞程度，另一方面可減少超標大塊產生，縮短降段爆破后挖掘時間，避免超標大塊入井。

(4)盡量避免溜井發生高位堵塞。控制入井礦石的含水、含泥量。根據黑溝散體礦石物理力學參數測試結果，當礦石水分達到3% ～7% 時，粘著力和內摩擦力最大，易阻滯物料滑移;當礦石水分 ＜3% 時，礦石的流動較好，因此在雨季不下放帶泥的礦石;溜井降段時注意井口周圍標高稍高于采場標高0.5～0.7 m，以阻隔地表水流入溜井。合理的礦石塊度配比能保證溜井內礦石暢流。若粉礦增多，在一定條件下，溜放效果顯著降低。若大塊較多，大塊易形成咬合拱堵塞。因此應合理計劃調度，作好粉礦和塊礦搭配溜放。溜井裝礦、輸出應均衡，停輸時間不宜超過12 h，以保持井內物料的松散性。若長時間不輸出松動，特別是井筒內貯礦較多時，易發生結拱堵塞，特別是在雨季更易發生堵塞。采場大塊廢舊雜物入井，會影響礦石正常流動，因此，禁止往井內倒放大塊礦石、廢舊鋼材等雜物。

(5)對井筒進行支護。對井筒支護是減少井壁發生片幫的有效手段，但一般溜井投入使用后很難有機會檢修。支護方式的選擇一般是對巖體類別較差的地段采用0.6 m厚噴射鋼纖維混凝土支護;對巖體類別極差的地段除了采用噴射鋼纖維混凝土支護外，還應對井壁加注漿錨桿、錨索等，以保持圍巖的整體穩固。

(6)定期測量溜井儲礦量的變化，以掌握溜井磨損速度。為掌握磨損速度有必要定期測定溜井儲礦量，測定方法可以采用標志物法。如在溜井放置幾個輪胎;也可利用井口巖石片幫形成的巖石帶作標定等，當磨損速度超過0.4 m2/萬t時應采取措施處理。

(7)采用激光料位儀對溜井空高實時監測。通過對溜井空高的實時監測，利用監測數據，指導溜井生產，最大程度保證溜井空高不超標;另外，可以及時發現溜井滯流情況，以便及時采取措施，防止發生溜井高位堵塞。

3 結論

在采取以上措施之前，黑溝2#溜井每年發生片幫40余次，自2#溜井投入使用到2009年共發生井筒堵塞9次，嚴重影響正常生產。自2009年對2#溜井井筒檢修并在溜井使用中采取了以上綜合防治措施后，鏡鐵山礦2#溜井自2010年至今再沒有發生井筒堵塞，實現了溜井較長時間的穩定順行，創造了較好的社會效益和經濟效益。

高深溜井發生片幫的主要原因是溜井所穿過的巖體完整性較差和溜井使用過程中井筒的磨損。實踐證明，通過采取控制采場大塊和廢舊雜物入井、控制溜井空高、對井筒破碎地段進行支護等綜合防治措施能有效減少溜井片幫事故的發生。

［1］呂向東.高深溜井井筒堵塞的爆破處理實踐［J］.工程爆破，2010(9).

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