程國(guó)華

(宏興股份公司鏡鐵山礦， 甘肅嘉峪關(guān)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(kāi)拓方式。黑溝礦的三條礦石溜井均為單段垂直式溜井，投產(chǎn)時(shí)主溜井、1#、2#采區(qū)溜井井深分別達(dá)561，362 m和529 m。溜井直徑設(shè)計(jì)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(yùn)輸?shù)难屎?，鏡鐵山礦為確保溜井在生產(chǎn)使用過(guò)程中的安全順行，制定并嚴(yán)格執(zhí)行《鏡鐵山礦溜井使用管理辦法》。但由于溜井穿過(guò)的巖石區(qū)域節(jié)理裂隙較發(fā)育，2010年前黑溝2#溜井已發(fā)生了多次井筒片幫堵塞事故，影響正常生產(chǎn)，2008年4～12月發(fā)生了4次堵塞，堵塞時(shí)間累計(jì)長(zhǎng)達(dá)200 d，因此有必要對(duì)高深溜井片幫機(jī)理進(jìn)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(fā)生的機(jī)理分析

溜井片幫是由于礦石磨損井壁使井筒斷面擴(kuò)大，當(dāng)溜井?dāng)嗝鏀U(kuò)大到一定程度時(shí)，井壁喪失穩(wěn)定性，便出現(xiàn)片幫和塌方等現(xiàn)象。溜井發(fā)生片幫的原因主要有以下幾方面。

1.1 溜井穿過(guò)的巖體完整性較差

1#采區(qū)溜井井口巖石的普氏硬度系數(shù)為4～7，巖體結(jié)構(gòu)為層狀，巖層陡立或急傾斜，節(jié)理裂隙多，局部較發(fā)育或發(fā)育。2#采區(qū)溜井的巖石硬度和巖體結(jié)構(gòu)與1#溜井基本相同，由于2#溜井標(biāo)高更高，巖石風(fēng)化程度更大，節(jié)理裂隙比1#溜井口更發(fā)育，導(dǎo)致2#溜井井口片幫嚴(yán)重，片幫次數(shù)多。

1.2 溜井降段爆破的影響

由于沒(méi)有高精度雷管(曾經(jīng)用過(guò))，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(dòng)，目前采取了多打眼、多分段、少裝藥的技術(shù)措施，但爆破地震波還是會(huì)造成井口下臺(tái)階巖石結(jié)構(gòu)更加破碎。

1.3 礦石翻卸時(shí)對(duì)溜井口周?chē)熬谙虏磕p

翻卸時(shí)對(duì)溜井口周?chē)哪p主要是流動(dòng)磨損，由于自卸汽車(chē)卸礦必須與井口保持一定的安全距離，所以翻卸時(shí)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(shí)對(duì)井口下部的磨損主要是沖擊磨損，第一沖擊點(diǎn)與井筒直徑、礦石初速度、礦石的粒度、礦石濕度及自卸礦車(chē)的高度等有關(guān)，由于卸礦剛開(kāi)始時(shí)礦石初速度幾乎為零，所以這部分礦石做自由落體運(yùn)動(dòng)，不對(duì)對(duì)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(chē)箱底部的摩擦系數(shù)取0.6，礦石離開(kāi)車(chē)廂時(shí)的速度為6.6 m/s，其第一沖擊點(diǎn)距井口約76 m，最后(卸礦9 ms后)離開(kāi)車(chē)廂的礦石其速度約為19 m/s，其第一沖擊點(diǎn)距井口約25 m，因此礦石翻卸時(shí)對(duì)井口下部25～76 m的范圍造成沖擊磨損(見(jiàn)圖1)，該部位溜井刷大后造成井口下25 m范圍內(nèi)巖石失穩(wěn)，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(shí)的爆破沖擊波和地震波會(huì)對(duì)井壁造成損傷，而且拱頂處理開(kāi)后，大量礦石突然下落會(huì)在井筒內(nèi)形成很大的沖擊波，礦石也會(huì)高速摩擦井壁，導(dǎo)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(shù)措施

根據(jù)溜井片幫機(jī)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?xún)?nèi)，一旦發(fā)現(xiàn)空高超過(guò)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?chē)潭ㄉ?～4個(gè)卸礦點(diǎn)，輪流卸礦;另外可在每個(gè)卸礦點(diǎn)布置緊密排列的粗鐵鏈，減少礦石對(duì)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(shí)現(xiàn)逐孔起爆，一方面降低爆破地震波對(duì)下臺(tái)階巖體的破壞程度，另一方面可減少超標(biāo)大塊產(chǎn)生，縮短降段爆破后挖掘時(shí)間，避免超標(biāo)大塊入井。

(4)盡量避免溜井發(fā)生高位堵塞?？刂迫刖V石的含水、含泥量。根據(jù)黑溝散體礦石物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)?shù)V石水分達(dá)到3% ～7% 時(shí)，粘著力和內(nèi)摩擦力最大，易阻滯物料滑移;當(dāng)?shù)V石水分 ＜3% 時(shí)，礦石的流動(dòng)較好，因此在雨季不下放帶泥的礦石;溜井降段時(shí)注意井口周?chē)鷺?biāo)高稍高于采場(chǎng)標(biāo)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(nèi)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(yīng)合理計(jì)劃調(diào)度，作好粉礦和塊礦搭配溜放。溜井裝礦、輸出應(yīng)均衡，停輸時(shí)間不宜超過(guò)12 h，以保持井內(nèi)物料的松散性。若長(zhǎng)時(shí)間不輸出松動(dòng)，特別是井筒內(nèi)貯礦較多時(shí)，易發(fā)生結(jié)拱堵塞，特別是在雨季更易發(fā)生堵塞。采場(chǎng)大塊廢舊雜物入井，會(huì)影響礦石正常流動(dòng)，因此，禁止往井內(nèi)倒放大塊礦石、廢舊鋼材等雜物。

(5)對(duì)井筒進(jìn)行支護(hù)。對(duì)井筒支護(hù)是減少井壁發(fā)生片幫的有效手段，但一般溜井投入使用后很難有機(jī)會(huì)檢修。支護(hù)方式的選擇一般是對(duì)巖體類(lèi)別較差的地段采用0.6 m厚噴射鋼纖維混凝土支護(hù);對(duì)巖體類(lèi)別極差的地段除了采用噴射鋼纖維混凝土支護(hù)外，還應(yīng)對(duì)井壁加注漿錨桿、錨索等，以保持圍巖的整體穩(wěn)固。

(6)定期測(cè)量溜井儲(chǔ)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(cè)定溜井儲(chǔ)礦量，測(cè)定方法可以采用標(biāo)志物法。如在溜井放置幾個(gè)輪胎;也可利用井口巖石片幫形成的巖石帶作標(biāo)定等，當(dāng)磨損速度超過(guò)0.4 m2/萬(wàn)t時(shí)應(yīng)采取措施處理。

(7)采用激光料位儀對(duì)溜井空高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)溜井空高的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)溜井生產(chǎn)，最大程度保證溜井空高不超標(biāo);另外，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)溜井滯流情況，以便及時(shí)采取措施，防止發(fā)生溜井高位堵塞。

3 結(jié)論

在采取以上措施之前，黑溝2#溜井每年發(fā)生片幫40余次，自2#溜井投入使用到2009年共發(fā)生井筒堵塞9次，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。自2009年對(duì)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?zèng)]有發(fā)生井筒堵塞，實(shí)現(xiàn)了溜井較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定順行，創(chuàng)造了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

高深溜井發(fā)生片幫的主要原因是溜井所穿過(guò)的巖體完整性較差和溜井使用過(guò)程中井筒的磨損。實(shí)踐證明，通過(guò)采取控制采場(chǎng)大塊和廢舊雜物入井、控制溜井空高、對(duì)井筒破碎地段進(jìn)行支護(hù)等綜合防治措施能有效減少溜井片幫事故的發(fā)生。

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

［2］呂向東，等.西溝石灰石礦在降段與掘溝爆破中的經(jīng)驗(yàn)［J］.工程爆破，1998(6).

［3］邵必林，呂向東.酒鋼黑溝礦高深溜井正常使用途徑的探討［J］.西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(12).

［4］周建華.主溜井垮塌分析與研究［J］.有色礦山，2001(1).

［5］周昌達(dá).井巷工程［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1985.