高位溜井堵卡的形成機理及處理方法

杜飛+王鶴燕+石明超+王偉+呂英磊

摘要：礦山發展趨勢是隨著礦體越采越深，要與上部運輸系統和提升井對接，需要在更深中段設置車場和延深井筒，高位溜井的作用日顯突出，尤其是在進一步降低成本方面。但是目前國內研究高位溜井的課題較少，三山島金礦在處理溜井堵卡方面積累了一些經驗。文章主要介紹了高位溜井堵塞產生機理和處理新舊方案的應用研究，并特別注重了高位溜井第一次啟用流程，對科學使用溜井、處理溜井堵卡具有參考作用。

關鍵詞：高位溜井；堵卡；鉆機法；灌水法

中圖分類號：TD854 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0081-02

溜井是礦山開采集中運輸的咽喉工程，對提高生產能力和降低成本起到至關重要的作用。隨著采礦方法的改進，高位溜井逐漸凸顯出優勢，但同時暴露出容易堵卡的問題，嚴重影響礦山的正常生產任務，而且若處理方法不對或不及時則存在極大的安全隱患。溜井堵卡的原因很多，但最終表現的形式基本上都是形成了粘結平衡拱。

1 工程背景

三山島金礦新立礦區為滿足新立主混合井的10000t/d提運能力建設了多條主溜井，長度均達到120m以上，新立礦區-320m至-600m中段的85#、87#、89#垂直溜井，-400m至-600m中段的53#、57#斜70°溜井，-480m至-600m中段的53#、55#、57#垂直溜井均與-600m運輸大巷相通，其中85#出現了嚴重堵卡問題。該溜井直徑3.0m，采用正掘方式，噴漿50mm，局部有片幫的地方，錨網支護，裝備驚天固定式破碎機，振動式放礦機，550mm格篩，2m?側卸式運輸礦車。建設完畢后直接傾倒礦石，對長溜井第一次啟用缺乏管理經驗，導致投入后不久，整個溜井出現了堵卡。

2 溜井堵卡形成機理

2.1 溜井內礦石運動規律

礦石自從卸載站自由落體進入溜井后，進入放礦機額墻以上3～5m處，形成末端，該段若無特大塊突然滑落一般不能堵卡，即使堵卡由于靠近放礦機口，容易被處理。第一次啟用時對溜井井壁和放礦機沖擊大之外，以后主要其高度、形狀及流動角比較穩定，受放礦形式影響較大。隨著礦石的不斷卸載，溜井料位升至距離格篩20～30m處，形成正常段，該段最容易發生堵卡。由于堵卡高度多變，是高位溜井堵卡處理的難點。正常段以上至格篩為空井段，礦石在空井段一直做自由落體運動長度對正常段影響大，沖擊力大夯實礦石，所以控制空井段高度很重要。

上述三段的長度關系是不斷變化的，溜井堵卡在無雜物和水流進入的情況下，一般正是三者的變換導致，起移動機理歸結為溜井內礦石臨時流動拱向粘結平衡拱的形成過程。

2.2 溜井堵卡原因

設計方面：溜井斷面和坡度設計不合理。溜井的斷面盡量控制在直徑3m和坡度65°以上，額墻厚度要足夠承受豎直溜井礦石的沖擊力，應設置貯礦段，斷面為溜井正常段的1.5倍左右。

管理方面：溜井內的礦石存放時間過長，易產生結塊，使后來放礦時結成拱頂；溜井壁突出，當突出面積達到溜井斷面積5%～8%時，將會阻止礦石流動，使溜井堵塞；采場的礦石在倒往溜井時，將未經二次破碎的大塊礦石和采場內的鋼管、鋼筋、木材等雜物一起倒在溜井里，容易造成溜井堵塞；溜井內礦石儲存時間過長，一般不能超過8h不流動，尤其是粘結性較大的礦石；溜井內有水眼或溜井口有水流進入，一般溜井內礦石含水率在12%左右可以產生很大的粘結力，是形成平衡膠結拱的重要原因。

2.3 放礦機設備選用方面

礦石流量大的應建議選用液壓式放礦機，粘結性大的多用振動式放礦機。礦山溜井一旦堵塞，若不及時處理，將會嚴重影響礦山的生產。

3 處理方法應用

目前，我國常用的處理溜井堵塞的方法有以下幾種：竹桿爆破法、高壓水沖擊法、灌水法、鉆孔爆破法、礦用火箭彈爆破法、觀測井法等。此外也有礦山用氣球攜帶炸藥爆破，或遇堵塞高度較低時，直接將炸藥放在井底礦石上，靠炸藥爆炸的沖擊波進行震動處理。

3.1 采用常規爆破及地質鉆桿輸送炸藥法

常規法多用于處理堵卡位置較低，靠近放礦機位置，或者被大塊卡住的情況，用長竹竿掛2#巖石乳化炸藥，多次進行爆破作業。當堵卡位置在15m以上懸空位置或者溜井具有斜額墻澆筑體時，竹竿由于其物理性質不能送至堵卡位置，應采用適合15～30m堵卡懸空處理的地質鉆桿輸送炸藥法，即在振動放礦機硐室內用乙炔將放礦機后側鋼板探透，用鉆桿頭部焊接簡易滑輪的地質探礦金屬鉆桿續送炸藥2#巖石乳化炸藥，進行爆破作業。

3.2 天井鉆機鉆井中心眼法

井筒內礦石堵卡位置較高，而且已經膠結壓實，采用底部放炮擾動的方法，已經難以奏效時，可采用湖南有色重機工程公司的AT1500天井鉆機設備，在井筒內的-440m水平（-440m中段設置有溜井觀測口，設備可運輸至該地）位置，布空在井筒中線點上，施工280mm導孔至-580m水平，最后進行鋼絲繩懸掛2#巖石乳化炸藥進行放炮作業。但該法操作復雜，費用高，而且存在鉆機提鉆桿即塌孔和設備晃動等問題，實驗該法多次，效果不佳。

3.3 天井鉆機鉆井幫斜眼法

該法為天井鉆機在距離井壁的一定位置施工多個斜眼與溜井貫通，然后利用鋼絲繩懸掛2#巖石乳化炸藥進行放炮作業。在該溜井-440m水平觀測巷內，利用AT1500天井鉆機施工井幫斜眼與溜井貫通，然后利用鋼絲繩懸掛2#巖石乳化炸藥進行放炮作業的方案。在井幫11m、9.5m、8m位置設計施工84°42′15″、83°22′17″、78°12′45″的斜導孔，分別在-560m、-520m、-480m水平位置與井筒貫通，然后續放炸藥處理。在施工第一個鉆孔時，在距離井幫3m位置出現鉆機不反碴，水順井壁裂隙流走的現象。該方法理論性強，但是不適合用于正掘開拓的溜井處理，因井筒采用正掘開鑿方式時，圍巖破壞擾動較大，周圍3m內裂隙較多，打鉆水順裂隙流失。

3.4 灌水法

在卸載坑位置向溜井內灌水，當在溜井底部觀測到長流水后，并有逐步變大的趨勢時，應加大灌水力度，沖大井筒內堵塞物裂隙，當發現井底水流變清且流速穩定后，暫停灌水采用常規爆破及地質鉆桿輸送炸藥法，或者加大灌水等待礦石膠結力變小自由落體墜落。該法在礦石一次性大量墜落后，對放礦機和額墻沖擊大，容易造成放礦機損壞造成事故，應注意安全警戒和放炮線敷設距離。

4 結語

高位溜井的第一次啟動很關鍵，料位正?？刂圃诰嚯x井口20～30m位置，以免沖擊力壓實礦石，嚴格控制雜物和流水進入溜井。同時在放礦機口設置風鎬管路隨時處理貯倉底部粘結粉礦、安裝電話機和攝像頭便于調度，長溜井應設置中段觀測口和檢查天井。

參考文獻

[1] 孫玉科，倪會寵，姚寶魁.邊坡巖體穩定性分析[M].北京：科學出版社，1988.

[2] 彭康，李夕兵.基于響應面法的海下框架式采場結構優化[J].中南大學學報（自然科學版），2011，（8）.

[3] 彭康，李夕兵.海底下框架式分層充填法開采中礦巖穩定性分析[J].中南大學學報（自然科學版），2011，（11）.

[4] 彭康，李夕兵.三山島金礦中段盤區間合理回采順序動態模擬選擇[J].礦冶工程，2010，（6）.

[5] 孫玉科，姚寶魁.我國巖質邊坡破壞的主要模式[J].巖石力學與工程學報，1983，2（1）.

[6] 鄭潁人，趙尚毅，時衛民，等.邊坡穩定分析的一些進展[J].地下空間，2001，21（4）.

作者簡介：杜飛（1985-），男，山東菏澤人，山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦工程師，研究方向：采礦。endprint