摘要：錦屏一級水電站大奔流溝料場自然岸坡較陡，開采高度高，順坡修筑道路難度大，運輸成本高且安全隱患突出。施工中布設1號（上部增加3號溜井）、2號雙溜井及分段式運輸系統(tǒng)。針對溜井運行期間的堵井問題，采取溜井滿井連續(xù)運行、控制入井毛料粒徑等措施進行預防，提高了溜井運行可靠性。結果表明：溜井系統(tǒng)運行6 a來，1號溜井共輸送毛料487萬m3，2號溜井共輸送毛料98萬m3，滿足了水電站施工對砂石骨料生產的要求。

關鍵詞：溜井系統(tǒng)設計;溜井系統(tǒng)運行管理;堵井處理;大奔流料場;錦屏一級水電站

中圖法分類號：U417.5 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.S1.008

文章編號：1006 - 0081（2022）S1 - 0025 - 04

1 研究背景

溜井系統(tǒng)在礦山生產中運用較早。20世紀60年代初期，在攀枝花蘭尖鐵礦生產中，首次規(guī)?；褂昧?條溜井作為垂直運輸方式。溜井運輸顯著特點是放礦生產能力大，成本較低。之后，溜井系統(tǒng)在中國地下開采和露天開采的礦山中得到了廣泛使用。國內礦山采用的溜井（或溜槽）型式包括溜槽溜井、斜溜井、單段直溜井、分段控制式溜井和階梯式溜井等?？紤]到維護與保養(yǎng)，使用數量一般為2個。

在水電站建設中也存在大量塊石料垂直運輸。大型水電站建設需要大量砂石料，需布置人工骨料系統(tǒng)加工生產料場爆破后塊石。料場爆破后，一般采用汽車將塊石運輸至砂石加工系統(tǒng)。隨著西南峽谷地帶水電站的開發(fā)，很難布置傳統(tǒng)的沿料場坡面汽車運輸方案，且裝運成本提高，運輸效率和安全性難以保障。為此，一些大型水電站項目嘗試引入礦山開采中成熟的溜井系統(tǒng)，如龍灘水電站、小灣水電站等，料場毛料運輸均設計為溜井系統(tǒng)。錦屏一級水電站工程地處高山峽谷[1]，決定了料場塊石運輸布置難度大，故考慮設計溜井系統(tǒng)。

2 工程概述

錦屏一級水電站工程樞紐建筑物主要由混凝土雙曲拱壩（包括水墊塘和二道壩）、右岸泄洪洞、右岸引水發(fā)電系統(tǒng)及開關站等組成?；炷岭p曲拱壩最大壩高305 m，庫容77.65 億m³，電站裝機容量3 600 MW（6×600 MW）。由印把子溝人工骨料生產系統(tǒng)生產提供壩體混凝土骨料528萬m³。該系統(tǒng)成品料生產能力約為1 600 t/h，毛料處理能力約為2 000 t/h。

錦屏一級水電站印把子溝人工骨料生產系統(tǒng)料源為大奔流溝砂巖料場。該料場自然岸坡為傾角55°～65°的順向邊坡，局部為直立狀陡崖。巖石主要為中-厚層塊狀砂巖、薄層砂質板巖、厚層塊狀大理巖。料場布置成“L”形，開挖區(qū)順河長620 m，縱寬350～400 m。設計開采區(qū)開口線高程2 188.5 m，底部高程1 760 m。料場在開挖后形成高428.5 m的開挖邊坡，開挖后的成型邊坡整體綜合坡度近1∶0.56，料場底部寬度約130 m，平均長度約450 m。

大奔流溝料場可供開采的料場水平向厚度平均約120 m，高度達488 m，毛料的運出較為困難。將毛料由開采面運輸至粗碎車間可采用汽車運輸和溜井運輸兩種方案[2]。若采用交通洞形成汽車運輸線路，需在山體內修建約6.0 km的較高等級隧洞，不僅運距長、土建工程量大，且后期道路維護、運輸費用都較高。若采用順坡下料，容易堵塞河道，且上下交叉作業(yè)安全隱患突出，同時將增加二次轉料運輸費用。

結合中國礦山（蘭尖鐵礦）、水利工程（龍灘水電站、小灣水電站等）的采運經驗，毛料采用溜井垂直運輸不僅經濟、安全，效率也更高。因此，大奔流溝料場采用溜井垂直運輸毛料。同時，將粗碎車間布置在溜井下部洞室內，半成品料采用膠帶機運輸至3 km外的印把子砂石加工車間。

3 大奔流料場溜井系統(tǒng)布置

溜井運行中出現的3類問題（溜井垮塌、溜井跑溜和溜井堵塞）需要通過前期完善溜井設計及后期加強運行管理措施來解決。其中，溜井井身垮塌問題是溜井系統(tǒng)的主要問題，可引起堵井等問題的發(fā)生;且垮塌堵井對砂石料生產系統(tǒng)的影響很大。因此，務必在溜井設計階段從溜井空間位置布置和溜井數量兩方面保證系統(tǒng)安全。

3.1 溜井數量確定

溜井運輸在礦山開采中應用較早、較普遍，一個礦山項目需要溜井的數量較多，溜井可以輪流使用。與之相反，水利工程應用溜井運輸較少，一般單個項目選擇1～2個料場，并且料場正常生產對項目順利實施至關重要。例如，龍灘水電站有麻村和大法坪砂石系統(tǒng)，料場均設置直溜井運輸，即便如此，大法坪砂石系統(tǒng)采用了轉料倉與溜井配合使用的轉料方式以解決料場降段與設備檢修的關系[3]。麻村料場運輸采用單溜井雙出料口方式以解決不同出料功能[4];而小灣電站孔雀溝石料場布置了雙溜井[5]。考慮到塊料運輸制約整個系統(tǒng)生產，即使大奔流料場配置單溜井配單出料口生產能力達2 500～3 000 t，但為確保溜井系統(tǒng)在檢修或意外條件時砂石系統(tǒng)正常生產，大奔流料場垂直運輸仍選用雙溜井方案。

3.2 1號和2號溜井空間位置布置

為使盡可能多的毛料通過溜井運輸，溜井順有用料的方向布置，盡量避開料場斷層、夾層等不利地質條件，通過調整溜井空間位置使之布置于料場巖體較完整部位，以保證溜井井壁完整及使用期穩(wěn)定。在大奔流溝料場垂直水流向中部、順水流1/3部位布置了2條微傾溜井：在料場南部（上游）布置1號溜井，北部（下游）布置2號溜井，兩井中心距離125 m。

溜井系統(tǒng)主要由溜井、儲料倉、卸料洞室、安全通道和井底交通運輸洞組成。其中，溜井井口高程均為1 865 m，井底高程約為1 670 m，交通運輸洞高程為1 663 m。

3.3 3號溜井布置

1，2號溜井井口高程1 865 m，其上料場尚有超過320 萬m³有用料，故在1號溜井之上高程1 940～1 865 m之間設置一段溜井（即3號溜井），水平向與邊坡6號降段支洞通過轉載洞段連接，其下與1號溜井頂口相接。

增加3號短溜井后，石料運輸方式由原來的高程1 865 m以上全汽車運輸改為高程1 940 m以下采用溜井運輸和高程1 940 m以上汽車運輸方式。同時，由于1，3號溜井間具有交通洞兼用于溜井檢修的作用，相當于縮短溜井長度，增加下部1號溜井運行的安全性。溜井系統(tǒng)布置剖面見圖1。

3.4 料場水平運輸

除了溜井外，料場開采區(qū)內側有交通洞螺旋上升至高程2 075 m，并通過11條支洞進入料場開采區(qū)，用于運輸料場表面剝離料、料場內無用料以及施工材料。開采區(qū)內采用汽車運輸毛料至溜井上口。

4 溜井的工藝與結構設計

合理的溜井結構設計（溜井深度、井身形狀尺寸、儲礦段等設計）可避免運行過程中發(fā)生安全問題，關鍵是確定溜井深度和井身形狀尺寸。

4.1 溜井主要參數

結合大奔流溝料場的地形條件、石料開采和加工工藝特點，參照國內外礦山及水利工程砂石系統(tǒng)的實踐經驗，為了減少溜井壁磨損，防止堵料，料場采用近垂直溜井、底部帶儲料倉的結構形式。

（1） 溜井直徑由下式確定：

D≥Kd_max

式中：D為溜井直徑，mm;K為溜井不同斷面的礦巖通過系數，4≤ K ≤8;d_max為礦巖最大塊度尺寸，m。

考慮到料場石料以最大塊度d≤1 000 mm布置爆破工藝參數，國內外爆破后塊度統(tǒng)計數據顯示，爆堆中實際塊度800 mm≤ d ≤1 000 mm的大塊率一般占3%左右。大奔流溝溜井內的石料主要是石英砂巖，石料顆粒間無黏結力，石料中不含金屬礦物，無氧化結塊，爆破后石粉內含粉量低。因此，溜井設計參數中主要只考慮最大塊度的因素。參考國內大量高溜井的實際經驗，放料最大塊度d為1 000～1 200 mm，溜井直徑一般都是最大塊度的6倍左右。因此，大奔流溝料場溜井直徑確定為6 m。

（2） 溜井深度。主要取決于料場的地形、地質條件以及料場的賦存情況、運輸方式等。1號溜井及其上3號溜井深度合計達270 m，基本貫通了豎向有用料層，其深度在水利工程料場開采系統(tǒng)中居于前列。

（3） 溜井傾角。主要取決于所溜放的礦石塊度、礦石顆粒組成、粉礦含率、礦體貯存條件、礦石及圍巖物理力學性質等。一般只要傾角大于60°就可以滿足石料重力自溜條件。為使盡可能多的毛料通過溜井運輸，溜井順著有用料的方向布置：1號溜井（含3號溜井）傾角采用77°;2號溜井據現場開挖揭露，地質條件較差，由原垂直溜井調整為傾角87°40′。

（4） 斷面形狀及尺寸。為了方便施工，斜溜井可采用長方形。由于圓形受力條件好，垂直或接近垂直的溜井一般采用圓形。大奔流料場溜井接近垂直，均采用圓形斷面，溜井直徑確定為6 m。增大溜井斷面尺寸雖然對石料的溜放有利，但井壁的暴露面積也相應變大，對井壁的穩(wěn)定性不利，同時也不經濟。

（5） 儲礦段。為了減少溜井底部堵塞，增加貯料容量，應擴大溜井低部斷面做貯料倉。溜井儲礦段設計高度為25 m。溜井底部儲礦段直徑根據出料口數量和布置形式確定。因1，2號溜井底部均設一個振動出料口，因此儲礦段直徑取D=10 000 mm。

（6） 出料口結構。為保證出料口順利放料、不發(fā)生跑礦現象，溜井出料口傾角選定為45°。出料口的寬度與溜放石料的特性、塊度及輸送設備規(guī)格型號和尺寸有關，一般大于最大毛料粒徑的3～5倍。大奔流溝料場溜放毛料的最大粒徑約1 000 mm，綜合考慮安全、生產能力、防止堵塞等因素，確定出料口尺寸為寬5.0 m，高5.0 m。出料口布置重型振動給料機向粗碎車間的旋回破碎機供料。溜井儲料段及出料口結構見圖2。

4.2 井壁支護

為避免支護井壁的錨桿、鋼筋網片在隨料場開挖下降過程中進入溜井引發(fā)堵塞，溜井井壁盡量不做支護。大奔流料場溜井所通過巖層主要為厚層狀青灰色變質石英砂巖，巖石穩(wěn)固性較好，故考慮少支護。設計中僅考慮對施工過程中出現的少量斷層、裂隙、破碎帶采取局部噴護加固措施。

溜井儲料倉底部高程1 669.8 m以上約7 m范圍受下料沖擊磨損較大，采用C25鋼筋混凝土加鋼板襯砌支護，使用20 mm厚16Mn鋼板。出料口斜段用30 mm錳鋼板襯砌加強保護。

4.3 井口排水

如果大量水流（滲）入井內，不僅影響溜井井壁的穩(wěn)定，而且當溜井中的毛料含泥量高或含粉較高，易板結毛料乃至在外力（給礦機開動、爆破震動等）誘導時發(fā)生跑溜。為了施工運行期卸料的方便，溜井口不設排水溝，僅在開挖降段時將井口四周地面抬高0.5 m形成擋水斜坎，斜坎坡度約10°，防止雨水流入溜井。

5 溜井運行管理

由于水利工程料場不像礦山料場坑狀構造易引起地表及地下水匯集，加之水利工程料場粉質石料較少，并且采取了減少水流流入或滲透進溜井的有效措施，溜井系統(tǒng)未發(fā)生跑溜問題。但溜井運行初期，受現場條件制約和意外情況的影響，溜井運行出現了數次堵井。

5.1 溜井運行中的堵井問題

根據毛料來源不同，堵井可分為兩類情況。

（1） 細顆粒形成承載拱導致溜井堵塞。前期料場開挖下降至高程1 990 m期間，因在江邊截料平臺回采毛料至1號溜井，有用毛料和石粉、覆蓋層料等混雜，進入溜井的細料（粒徑小于30 cm的料）較多，在系統(tǒng)間斷生產情況下，平均每周發(fā)生1次小型堵塞。在2010年加強進井毛料管理并且保持溜井連續(xù)運行后，基本未再發(fā)生堵塞。

（2） 超長條狀石導致的堵井。大奔流料場砂巖節(jié)理發(fā)育成條狀結構，自然條件下或爆破時極易形成長條狀，因意外原因進入溜井后導致堵井。堵井塊體一般直徑1 m，長2～3 m，個別長度甚至達到7～10 m。超長條狀石導致的堵井主要堵塞出料口。運行初期，1號溜井（3號溜井）發(fā)生堵井3次，處理時間累計達50余天。這是因為3號溜井毛料填充過程中井口崩塌，且溜井處于低料位運行，導致超徑大塊石進入溜井，堵塞1號溜井出料口。超徑大塊石進入溜井后，雖然1 865 m高程3號支洞清理出部分超徑大塊石，但仍有部分到達出料口發(fā)生堵塞。此外，2號溜井施工過程中也因井口發(fā)生垮塌而堵井。

5.2 堵井處理

對形成架空承載拱，將少量炸藥綁在鋼管一端，由溜井底部送入，利用爆破沖擊波震動破拱。然而，這種處理對底部井壁與放礦機造成一定損害。對溜井出料口堵塞的大塊石則采用鉆孔爆破解小后疏通。

5.3 預防堵井的措施

（1） 滿井運行。無論在溜井下料過程中，還是附近料場爆破過程中，均應保持溜井內填滿毛料，防止爆破大塊石進入溜井。溜井中塊石料可對井壁產生一定壓力，防止井壁垮塌。

（2） 控制入井毛料質量。嚴禁超徑巖體或粉粒狀巖體進入溜井。

（3） 不間斷運行，尤其避免長時間停止運行。細顆粒料停留時間長易結拱，在壓力作用下，泥、沙、水和石塊易牢固黏合在一起，形成穩(wěn)定的大段堵塞體。為避免承載拱形成，在不需要供料生產時也應間斷開機運行放料。

（4） 具備條件時應對溜井井壁進行檢查，對坍塌嚴重并可能導致失穩(wěn)部位井壁進行必要加固。

6 結 語

大奔流溝料場溜井系統(tǒng)自2008年11月投料生產。至2014年11月，1號溜井共輸送毛料487萬m3，2號溜井共輸送毛料98萬m3，滿足了砂石加工生產需要。充分說明大奔流溝高陡料場布置2條獨立的直徑為6 000 mm圓形直溜井是合理的。同時，采用溜井滿井連續(xù)運行、控制入井毛料粒徑等手段，避免了運行過程中堵井的發(fā)生。因處理堵井費工費時且影響系統(tǒng)正常生產，有必要在溜井不同高程增加檢查兼處理支洞。此外，需對井口及地質條件較差部位井壁進行錨桿加強支護。

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（編輯：李 慧）