礦井主溜井分支斜溜道礦石導向裝置的應用

王 征，馬 寧，李 林

（河鋼集團沙河中關鐵礦有限公司，河北 邢臺 054100）

礦山井下溜破系統是礦山井下安全生產的重要保證，溜破系統主要包括有軌運輸水平的卸礦硐室、主溜井斜溜道，主溜井破碎硐室、下部礦倉、提升機裝礦道[1]。溜井是地下金屬礦山最重要的采礦工程之一，井下開采的全部礦巖都由此集中貯藏和轉運，它的穩定暢通與否對礦山生產影響極大。由于溜井工程環境復雜，又長期受沖擊載荷作用，穩定條件惡劣，一些生產能力大且礦巖軟破的礦山都存在主溜井嚴重變形破壞問題。主溜井破壞，輕者需停產長時間進行返修，嚴重者井筒報廢，影響生產，給礦山造成巨大的經濟損失。因此，探討溜井合理的修(維)復方法，對礦山安全正常生產具有重要意義[2]。

近年來多數礦山實施早出礦、多出礦，少投資投資目標，因此在礦井在建設過程中，井下僅建設一套溜破系統。溜破系統及其設備的穩定性直接關系到礦山的連續穩定生產。然而溜破系統在使用過程中頻繁出現主溜井錳鋼板脫落現象，根據現場調查，錳鋼板脫落嚴重的地點為主溜井內正對分支斜溜道區域。當礦石由有軌運輸水平的卸載站卸入分支斜溜道內，礦石通過斜溜道在重力作用下滑入主溜井，進入主溜井時，礦石的速度較大，對主溜井的井壁會發生較大的沖擊作用，在長時間的沖擊作用下，主溜井正對分支斜溜道區域的錳鋼板會脫落、甚至對主溜井的鋼筋混凝土結構造成損毀[3]。有鑒于此，非常有必要在主溜井內的分支斜溜道區域增加礦石導向裝置，改變礦石的運動軌跡，消除礦石在主溜井內的折線運行軌跡，實現垂直下落，延長主溜井的使用壽命，使礦山實現連續穩定生產[4]。

1 主溜井分支斜溜道礦石導向裝置的實施方案

溜井是服務年限較長、運行環境惡劣的礦山井巷，變形破壞現象普遍存在，但破壞程度卻因礦巖性質、原巖應力環境、卸礦方式、使用條件和維護方法的不同而有較大的差異。國內外的溜井變形破壞問題較為突出。因此，溜井系統的穩定性問題已成為人們廣泛關注的焦點。影響溜井穩定性的因素很多，主要原因有工程地質條件、礦石的沖擊、爆破影響、受開挖影響而產生的應力集中、支護不合理因素等，應盡量從設計、施工與管理方面規避與克服這些因素，確保溜井系統在其設計服務期內的穩定性和可靠運行[5]。

主溜井分支斜溜道礦石導向裝置如下圖所示，其中圖1為該裝置的俯視圖，圖2 為該裝置的主視圖，圖3為鋼絲繩防旋轉裝置加工制作圖，它主要包括：1.主溜井；2.井壁梁窩；3.鋼梁固定錨桿；4.防動圓鋼；5.型鋼；6.鋼絲繩卡扣；7.鋼絲繩；8.鋼絲繩防旋轉裝置；9.圓形鏈條；10.分支斜溜道；11.防護套管。懸掛圓型鏈條的H型鋼通過梁窩澆筑水泥的方式固定在主溜井井口處；為防止鋼絲繩被H型鋼的鋼板損壞，在H型鋼上方焊接防護套管。鋼絲繩通過鋼絲繩卡扣固定在H型鋼上，圓形鏈條通過鋼絲繩卡扣安裝在鋼絲繩上。為防止鋼絲繩在礦石沖擊圓型鏈條的過程中發生旋轉、移動，在上下鋼絲繩繩環的兩端各安裝一套鋼絲繩防旋轉裝置[6]。

H型鋼的長度應比主溜井直徑大1.5m，在安裝型鋼之前，應在分支斜溜道上方的井口區域鑿梁窩，為增加鋼梁的安裝強度，在梁窩周邊打4個錨桿孔，并安裝錨桿；鋼梁安裝在井口1/3的位置，鋼梁與所有錨桿進行焊接，并澆筑水泥；鋼絲繩的安裝間距選擇尤為重要，當間距小時，鏈條所承受的沖擊力較大，影響使用壽命，當間距大時，失去安裝的效果，為此經過試驗發現鋼絲繩的間距為溜井可投放最大粒度的1/3，最為合適。

鏈條一定要將分支斜溜道區域全覆蓋；上述防鋼絲繩旋轉裝置原材料為兩塊與鋼絲繩選型相匹配的鋼板，在鋼板加工螺栓孔、鋼絲繩繩槽，安裝時選用高強度螺栓對兩塊鋼板連接。防鋼絲繩旋轉裝置共有兩套，一套安裝在鋼絲繩上端鋼絲繩卡扣下方，另一個安裝在下端鋼絲繩卡扣附近；該裝置工作原理是將所有懸吊鋼絲繩連成一個整體，當鏈條受到礦石沖擊時，鏈條會發生振動、旋轉，但旋轉的方向、旋轉速度、振動方向及頻率不一致，防旋轉裝置會起到相互制約、相互消除的作用[7]。

圖1 裝置的俯視圖

圖2 裝置的主視圖

圖3 鋼絲繩防旋轉裝置加工制作圖

圖中顯示，在分支斜溜道上方溜井口開鑿梁窩2，型鋼5通過錨桿3固定在溜井井口后對梁窩進行澆筑混凝土防止型鋼5發生錯動。

圖中顯示防護套管11與型鋼5焊接，增強防護套管的安裝強度。鋼絲繩繩7通過一定數量的鋼絲繩卡扣6固定在防護套管11上，為防止鋼絲繩在防護套管上發生滑動，在鋼絲繩兩側焊接圓鋼4。在上端鋼絲繩繩環下方安裝防旋轉裝置8，該裝置采用適當厚度的鋼板加工制作而成。分支斜溜道10的上沿為圓形鏈條9的懸掛起點，圓形鏈條9通過在鋼絲繩7上安裝卡扣6的形式進行安裝。為增強鋼絲繩繩防旋轉裝置的效果，在下端鋼絲繩繩環上方再安裝一套防旋轉裝置8。

該裝置至的工作過程如下：

礦石在重力作用下沿著分支斜溜道10方向加速下滑，當滑入主溜后礦石的運動軌跡為拋物線形式運動，礦石與圓形鏈條9接觸，由于圓形鏈條及鋼絲繩的帶狀物，能夠吸收礦石水平方向的動能，從而改變礦石的運動軌跡，消除礦石與主溜井的撞擊。

2 實施該裝置的安全措施

（1）成立安全領導小組。建立各級領導、各職能部門、各崗位安全生產責任制，明確安全責任和權限，把安全指標橫向分解到各部，縱向分解到施工隊，做到人人有專責，層層有人抓，處處有人管。

（2）嚴格按照雙控預防機制進行全面風險管控，提高全體職工安全意識和自我防范能力。認真執行“四不放過、五同時”的原則，嚴格安全管理制度，一旦出現問題，要嚴肅處理。

（3）施工設備必須定期維護、保養，不得帶病作業；用電設備設施接線由專業電工操作，設置醒目警示標識，消除不安全因素和安全隱患，防止事故發生。

（4）要針對工程特點制定詳細的安全保證措施，施工時要加強檢查落實，發現安全隱患及時整改，確保安全施工。

（5）嚴格執行工序施工前安全技術交底制度制度，解決安全生產中存在的問題，做到不安全不生產，施工班組要堅持班前交底班后總結，嚴禁違章指揮。

（6）必須遵守礦方和項目部管理制度，井上下信號工、絞車司機都必須有嚴格的崗位責任制及掌握操作規程，并經過安全技術培訓合格后，持證上崗，嚴禁無證操作。

（7）施工現場必須建立健全防火管理制度，嚴格動火管理審批制度，施工現場要建立群眾性消防隊伍，必須設有防火設施及滅火器材。

（8）卸載坑和井筒材料時先對導向輪固定設施、穩車制動性能、天車行走系統進行檢查確認，下部不得站人，制定專人統一指揮，方可下放，同時保證上下聯絡通訊順暢。

（9）作業時，所有人員必須佩帶安全帶以及勞保防護用品，保險帶必須拴在牢固構件上；遇巷道淋水較大部位時，焊接作業要有防水措施，確保施工安全。

（10）下放材料時必須設專人統一指揮，專人沿爬梯監護，下部作業人員撤離躲避；同時下放前嚴格確認捆綁吊件牢固情況；吊裝鎖具必須牢固可靠，滿足剛度和易拆卸要求，慢速下放。

（11）卸載站周圍雜物清理干凈，封閉嚴實，防止雜物浮渣工器具掉入卸載坑和斜溜道工作面。

3 本裝置的使用效益

本裝置結構簡單、操作方便、原材料常見易得；可以改變礦石通過分支斜溜道進入溜井后的運動軌跡，使礦石在主溜井內垂直下放；同時該裝置選用鋼絲繩、圓形鏈條等柔性物質，通過增加這些物質的震蕩吸收礦石進入主溜井后的部分動能，消除礦石對主溜井井壁的沖擊，延長主溜井的使用壽命，使礦山實現連續穩定生產。

4 結束語

根據銅礦主溜井主要的情況，提出了的主溜井修復方案，同時，綜合經濟成本、地質條件及時間考慮，采用主溜井加固修復方案更為適合，采用該方案能恢復原溜井的功能，簡潔高效，并且結構合理，耐沖擊性較強。實踐表明，采用該方案有效節省了運營成本，實施效果良好，大紅山銅礦主溜井的修復可為國內外類似主溜井修復提供有效的借鑒，具有一定的工程示范意義。