付宗智

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410019）

1 礦山溜井設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

溜井是礦山的咽喉工程，礦山溜井設(shè)計(jì)的成敗決定整個(gè)礦山達(dá)產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)的成敗。礦山溜井的設(shè)計(jì)包括溜井位置的選擇、溜井?dāng)?shù)量及斷面的確定、溜井的結(jié)構(gòu)形式、裝卸礦硐室及礦倉的設(shè)計(jì)、溜井抗磨損的設(shè)計(jì)。目前礦山溜井的設(shè)計(jì)主要依據(jù)相關(guān)的規(guī)程規(guī)范和類比已經(jīng)建成的礦山，確定相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)[1]。

1.1 溜井位置的選擇

溜井的位置必須避開節(jié)理裂隙發(fā)育地帶、褶皺、溶洞、斷層和破碎地帶；當(dāng)巖石普氏堅(jiān)固性系數(shù)f≥6時(shí)，溜井可不支護(hù)。

1.2 溜井?dāng)?shù)量及斷面的確定

溜井?dāng)?shù)量一般根據(jù)溜井的生產(chǎn)能力、溜井系統(tǒng)生產(chǎn)期間的經(jīng)濟(jì)合理性及溜井堵塞事故對(duì)生產(chǎn)的影響程度來確定。從檢修方便，不影響生產(chǎn)出發(fā)，溜井的數(shù)量一般為兩個(gè)。

溜井的斷面尺寸主要取決于所溜放礦石的最大塊度，礦石的性質(zhì)，粉礦的含量等因素。合理確定溜井?dāng)嗝娉叽缡潜ＷC溜井正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。溜井?dāng)嗝嬉话阍O(shè)計(jì)成圓形，也可設(shè)計(jì)成方形或三心拱斷面。圓形斷面受力好，施工方便。在斷面相同的情況下，直溜井一般設(shè)計(jì)成圓形斷面，斜溜井設(shè)計(jì)成矩形或三心拱斷面。溜井直徑或最小邊長(zhǎng)的確定公式：

D≥Kδmax

D—溜井直徑或最小邊長(zhǎng)，m。

K—溜井不同斷面的礦廢石通過系數(shù)，k=4-8。

δmax—礦廢石最大塊度尺寸，m。

溜井的直徑或最小邊長(zhǎng)可參考表1。

表1 溜井直徑或最小邊長(zhǎng)參考表

1.3 溜井的結(jié)構(gòu)形式

溜井的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)礦山地形條件、開拓運(yùn)輸方式、裝卸礦方式、運(yùn)輸設(shè)備和溜井的服務(wù)年限等因素綜合考慮。目前國內(nèi)礦山采用的溜井形式，按其外形特征及轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備可分為溜槽溜井、單段直溜井、斜溜井、階梯式溜井、分段式溜井。

（1）溜槽溜井的特點(diǎn)是可以充分利用山坡地形條件，適用于地形坡度為45°～55°的山坡。溜槽一般采用倒梯形斷面，施工及生產(chǎn)管理方便，維護(hù)費(fèi)用低，還可以減少運(yùn)輸平硐長(zhǎng)度。但溜槽對(duì)地表坡度要求高，植被破壞厲害。某鋰輝石礦，坡面傾角42°，廢石從3500m溜到3425m廢石場(chǎng)，設(shè)計(jì)根據(jù)地形條件，采用倒梯形斷面，溜槽底板坡度47°，建成后廢石溜放順利。

（2）單段直溜井構(gòu)造簡(jiǎn)單、管理方便。并可在溜井底部設(shè)置礦倉，儲(chǔ)存礦石，調(diào)節(jié)運(yùn)輸?shù)牟黄胶猓ＷC礦山連續(xù)生產(chǎn)。某鉬礦的采區(qū)集中溜井，要求溜井通過能力4000t/天，溜礦高度30m。設(shè)計(jì)采用兩條并列的直溜井，中心落礦卸礦，溜井底部設(shè)置12m高礦倉，即解決了礦石溜放問題，也能存儲(chǔ)1200t礦石，確保了電機(jī)車的連續(xù)運(yùn)輸[2]。

（3）斜溜井溜礦段的傾角應(yīng)大于礦石的自然安息角，儲(chǔ)礦段傾角應(yīng)大于礦石的粉礦堆積角。對(duì)于粘結(jié)性礦石，不宜采用斜溜井。

（4）在緩傾斜巖層中，可設(shè)置階梯式溜井，將溜井分成若干段，各段之間通過平巷連接?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)連接巷的長(zhǎng)度使某段溜井避開圍巖破碎帶。對(duì)于溜礦高度較大的溜井，為了防止溜井堵塞處理困難，可每隔一個(gè)或兩個(gè)中段設(shè)置一個(gè)卸礦轉(zhuǎn)載硐室，在卸礦轉(zhuǎn)載硐室上方設(shè)置礦倉，通過放礦機(jī)將礦倉內(nèi)礦石轉(zhuǎn)載到下部溜井，同時(shí)可在礦倉另一側(cè)實(shí)現(xiàn)本中段卸礦。這種溜井的布置形式工程量大，生產(chǎn)管理較復(fù)雜。某5000t/天鎳礦的溜破系統(tǒng)，最高卸礦中段標(biāo)高1220m，皮帶裝礦中段標(biāo)高790m，卸礦高度達(dá)到430m。設(shè)計(jì)考慮采用兩條溜井溜礦，每120m設(shè)置一個(gè)卸礦轉(zhuǎn)載硐室，在820m標(biāo)高破碎后進(jìn)入790m皮帶上部礦倉。項(xiàng)目建成10年來，雖然發(fā)生多次溜井堵塞，但因有一條備用溜井，同時(shí)可以通過卸礦轉(zhuǎn)載中段進(jìn)行堵礦處理，對(duì)生產(chǎn)沒有造成任何影響。

（5）分段式溜井可以降低礦石在溜井中的落差，減輕礦石對(duì)溜井井壁的磨損。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)多中段卸礦。

1.4 裝卸礦硐室及礦倉的設(shè)計(jì)

（1）裝礦硐室按放礦設(shè)備不同分為放礦閘門硐室、板式給礦機(jī)和振動(dòng)放礦機(jī)硐室。放礦閘門裝礦即在裝礦硐室上部礦倉卸礦口安裝一個(gè)卸礦閘門，通過閘門的啟閉控制放礦量，放礦閘門構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便，但因容易造成溜礦口堵塞，在實(shí)際工程中已經(jīng)很少采用。板式給礦機(jī)裝礦是在裝礦硐室上部礦倉卸礦口安裝一個(gè)板式給礦機(jī)，板式給礦機(jī)不容易造成放礦口堵塞，特別對(duì)于粘性礦石能夠持續(xù)放礦，放礦平穩(wěn)。振動(dòng)放礦機(jī)硐室是在裝礦硐室上部礦倉卸礦口安裝一個(gè)振動(dòng)放礦礦機(jī)，因靠放礦機(jī)振動(dòng)放礦，不容易造成放礦口結(jié)拱和堵塞。由于振動(dòng)波的作用，使溜井中振動(dòng)區(qū)的礦石處于受振狀態(tài)，不易截流泥水，可以減少跑、堵礦事故的發(fā)生。但因礦石存在初速度，對(duì)下部礦倉沖擊力較大。為了便于跑礦時(shí)的人員逃生，操作硐室應(yīng)有供逃生的安全通道。

（2）卸礦硐室根據(jù)卸礦方式的不同分為翻籠卸礦硐室、曲軌卸礦硐室和底卸式礦車卸礦硐室。為防止超過規(guī)定塊度的礦石進(jìn)入溜井造成堵塞，應(yīng)在卸礦口設(shè)置隔篩，在卸礦坑周邊應(yīng)有不小于1m寬的平臺(tái)，確保人員通行和大塊礦石處理。為了確保礦石對(duì)卸礦口和礦倉壁的沖擊和磨損，應(yīng)盡量采用中心落礦，必要時(shí)應(yīng)對(duì)礦流沖擊部位進(jìn)行耐磨損加固。

1.5 溜井抗磨損的設(shè)計(jì)

溜井磨損速度的大小與溜井結(jié)構(gòu)類型，卸礦高度，礦廢石的硬度、塊度有關(guān)；也與穿過巖層的巖石硬度、溜井的斷面尺寸、溜井的卸礦方式和儲(chǔ)礦條件有關(guān)。要盡量做到溜井結(jié)構(gòu)類型和斷面設(shè)計(jì)合理，多采用單階段卸礦和中心落礦。溜井井筒中，盡量減少變坡點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在溜井易磨損部位應(yīng)進(jìn)行合理加固。目前，對(duì)于溜井井壁的加固，主要有井壁內(nèi)襯高錳鋼板、井壁內(nèi)襯鋼軌和井壁內(nèi)襯耐磨鋼板三種方式。

2 溜井設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行溜礦模擬和設(shè)計(jì)出圖

現(xiàn)在溜井的設(shè)計(jì)主要依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累。但在溜井的設(shè)計(jì)過程中，若能采用三維軟件進(jìn)行建模，根據(jù)礦石的性質(zhì)和裝卸礦情況進(jìn)行模擬，能夠更準(zhǔn)確的確定溜井和礦倉的斷面尺寸、需要加固的部位和加固方式。能夠節(jié)省基建投資，減少使用過程中的維護(hù)和保養(yǎng)。利用三維軟件出圖能夠提高設(shè)計(jì)效率，方便設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.2 新材料的運(yùn)用

目前溜井的加固主要采用鋼筋混凝土支護(hù)，但鋼筋混凝土抗耐磨和耐沖擊性差，一般需要內(nèi)襯鋼軌或者鋼板提高井壁的抗耐磨和沖擊性能。但這些措施存在耗費(fèi)的鋼材量大、維修困難、施工困難等缺點(diǎn)。研究新的抗耐磨方法和新的耐磨材料，是今后溜井設(shè)計(jì)的重要課題。

2.3 新的施工技術(shù)及設(shè)備的引進(jìn)

目前溜井施工主要使用鉆爆法，對(duì)于溜井-平硐開拓的礦山，溜井一般采用反井鉆機(jī)施工。鉆爆法施工火工品和人力消耗大，進(jìn)度慢，安全風(fēng)險(xiǎn)高；反井鉆機(jī)施工火工品和人力都消耗少，施工進(jìn)度快，但是受地形和巖石條件限制，不能普遍推廣。因此，對(duì)于溜井的施工，能夠發(fā)現(xiàn)新的鑿巖方法和掘進(jìn)設(shè)備，可以大大提高礦山的建設(shè)進(jìn)度，確保施工安全[3-5]。

2.4 生產(chǎn)溜井運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與共享

工程類比是溜井設(shè)計(jì)中即直觀又有效的方法。將各生產(chǎn)溜井的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括溜井形式、卸礦高度、礦石性質(zhì)、支護(hù)方式、抗磨損材料的消耗情況等參數(shù)進(jìn)行列表統(tǒng)計(jì)，并在行業(yè)內(nèi)共享，將對(duì)溜井的設(shè)計(jì)工作起到極大的推進(jìn)作用。