復(fù)雜地質(zhì)條件下坑內(nèi)溜破系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

武 榮

（蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

復(fù)雜地質(zhì)條件下坑內(nèi)溜破系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

武 榮

（蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

通過(guò)對(duì)金川公司礦山的復(fù)雜地質(zhì)條件及已有生產(chǎn)系統(tǒng)的分析，有針對(duì)性地對(duì)其三礦區(qū)坑內(nèi)溜破系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而降低了不可預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，確保礦山的安全生產(chǎn)，同時(shí)選用了礦石破前篩分設(shè)備，提高了破碎機(jī)的效率，降低了能耗。

溜破系統(tǒng)；地下礦山；復(fù)雜地質(zhì)條件

1 概 述

金川公司已有50多年的建設(shè)、生產(chǎn)歷史，該礦礦產(chǎn)資源由富礦和貧礦組成，目前共有3個(gè)礦區(qū)，龍首礦區(qū)和二礦區(qū)為富礦礦區(qū)，年出礦能力700多萬(wàn)t，三礦區(qū)為貧礦礦區(qū)。從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，先采富礦在一定時(shí)期符合企業(yè)利益要求，但若干年后，其金屬產(chǎn)量主要來(lái)自貧礦時(shí)，公司的總體利潤(rùn)將會(huì)大大降低，這將影響企業(yè)的發(fā)展，因此，在條件允許的情況下考慮貧富兼采，是礦山持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的基本策略。為綜合利用資源，實(shí)現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展，礦山?jīng)Q定對(duì)其貧礦資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)，我公司承擔(dān)了貧礦開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的任務(wù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為7600t/d，設(shè)計(jì)范圍內(nèi)礦山的服務(wù)年限為36a，生產(chǎn)主運(yùn)輸中段有1350，1250，1150，1050m 共4個(gè)中段，破碎站設(shè)置在1000m水平，計(jì)量裝礦設(shè)施設(shè)置在950m水平，要求破碎后的礦石塊度≤300mm。

2 該礦山的特點(diǎn)

（1）礦山建設(shè)、生產(chǎn)歷史長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)多年累積，技術(shù)力量雄厚，具有豐富的建設(shè)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

（2）現(xiàn)有豎井、斜坡道、溜井、破碎硐室、風(fēng)井、運(yùn)輸平巷等設(shè)施在基建設(shè)期間及生產(chǎn)過(guò)程中均有維修（護(hù)）記錄，對(duì)后續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)具有很高的指導(dǎo)價(jià)值。

（3）礦區(qū)內(nèi)斷層縱橫交錯(cuò)，巖漿活動(dòng)頻繁，致使巖體破碎，工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜。礦區(qū)把工程地質(zhì)穩(wěn)定性很差的巖層稱之為不良巖層，調(diào)查資料表明，其目前開(kāi)采范圍內(nèi)（一、二礦區(qū)）的不良巖層約占25%～30%。

（4）礦區(qū)屬中高應(yīng)力區(qū)，不良巖層為受軟弱結(jié)構(gòu)面控制、具流變特性的地質(zhì)體。不良巖層有怕水、怕風(fēng)化、怕震的特點(diǎn)。

（5）北京科技大學(xué)曾對(duì)礦區(qū)巷道圍巖變形進(jìn)行了大量現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)圍巖不同深度的位移值和巷道表面收斂值進(jìn)行了長(zhǎng)期觀測(cè)，取得了重要成果。從不良巖層巷道圍巖變形曲線看，可劃分為3個(gè)階段：急劇變形階段、減緩變形階段和趨于穩(wěn)定階段。利用巷道最大收斂變形量和巷道變形速率可以判斷巷道的穩(wěn)定性，即當(dāng)最大收斂變形量小于允許最大收斂變形量（最大允許收斂變形量約100mm）時(shí)，圍巖穩(wěn)定；或者當(dāng)變形速率小于0.1mm/d，并呈逐步下降趨勢(shì)，最后趨于0時(shí)，則可判別為穩(wěn)定。

3 礦山以往建設(shè)、生產(chǎn)過(guò)程中可借鑒的經(jīng)驗(yàn)

（1）二礦區(qū)主井在掘進(jìn)過(guò)程中由于井壁巖石暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，圍巖遭風(fēng)化、溶蝕、軟化、崩解、膨脹等作用，井壁發(fā)生坍塌，對(duì)豎井支護(hù)、掘進(jìn)造成很大影響。

（2）2005年，該礦回風(fēng)井井筒發(fā)生大面積垮塌，冒落空區(qū)達(dá)11000m3，冒落物幾天內(nèi)將1000m水平以上約500m的井筒全部堵死，造成回風(fēng)系統(tǒng)幾乎處于癱瘓狀況，返修時(shí)對(duì)冒落區(qū)采用鋼筋混凝土支護(hù)，返修期歷時(shí)17個(gè)月。

（3）主溜井在建成后投入生產(chǎn)的初期發(fā)生過(guò)小范圍坍塌，之后采取措施，對(duì)溜井及礦倉(cāng)在局部破碎地段先采用C25錨網(wǎng)噴100mm厚支護(hù)后，再采用C35雙層鋼筋混凝土300mm厚支護(hù)，加襯錳鋼板加固，并定期檢查并更換襯板，每次檢查、更換襯板時(shí)間為3～5個(gè)月。

（4）該礦生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)出礦塊度控制良好，大于300mm的大塊約占30%。

4 溜破系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)礦山特點(diǎn)，以及以往建設(shè)、生產(chǎn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，我公司對(duì)其溜破系統(tǒng)進(jìn)行了有針對(duì)性的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1）。

圖1 溜破系統(tǒng)示意

4.1 溜破系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)溜礦井采用倒段方式，在每一段溜井底部設(shè)振動(dòng)放礦機(jī)轉(zhuǎn)入下一段溜井，在最后一段溜井底部設(shè)振動(dòng)放礦機(jī)為棒條式振動(dòng)篩給礦，棒條式振動(dòng)篩篩下小塊礦石直接經(jīng)篩下溜礦槽進(jìn)入成品礦倉(cāng)，篩上大塊礦石進(jìn)入顎式破碎機(jī)，破碎后進(jìn)入成品礦倉(cāng)，成品礦倉(cāng)中的礦石由其底部懸吊式振動(dòng)放礦機(jī)給至計(jì)量膠帶，進(jìn)入礦石提升系統(tǒng)。共設(shè)兩套溜破碎系統(tǒng)，每套系統(tǒng)都能獨(dú)立完成7600t/d的生產(chǎn)任務(wù)。

根據(jù)不良巖層有怕水、怕風(fēng)化、怕震的特點(diǎn)，溜井在施工過(guò)程中要做到隨掘隨支，在圍巖穩(wěn)固地段采用一次支護(hù)，圍巖破碎地段采用兩次支護(hù)，一次支護(hù)采用噴錨網(wǎng)，二次支護(hù)采用鋼筋混凝土，溜井及礦倉(cāng)加襯錳鋼板加固，大跨度硐室、大斷面巷道及交岔點(diǎn)一次支護(hù)采用長(zhǎng)錨索，根據(jù)工程特點(diǎn)，設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)及永久監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果確定二次支護(hù)參數(shù)，二次支護(hù)為鋼筋混凝土或混凝土支護(hù)。

4.2 本溜破系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）采用倒段溜井可以最大限度地避免因溜井井壁發(fā)生垮塌而使礦山生產(chǎn)受到影響。

（2）由于該礦生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)出礦塊度控制良好，大于300mm的大塊約占30%，破碎前采用振動(dòng)放礦機(jī)＋棒條式振動(dòng)篩給破碎機(jī)給礦，可以縮短破碎機(jī)工作時(shí)間，節(jié)約能源，同時(shí)能延長(zhǎng)破碎機(jī)的襯板使用壽命。本次設(shè)計(jì)未采用棒條式振動(dòng)給料機(jī)直接為破碎機(jī)給礦，主要是因?yàn)橐瓿?600t/d的生產(chǎn)任務(wù)，經(jīng)考察，該棒條式振動(dòng)給料機(jī)的外形尺寸為7m×2.6m×3m（長(zhǎng)×寬×高），這樣大體積的設(shè)備不易運(yùn)往井下使用地點(diǎn)。

（3）采用兩套能獨(dú)立完成生產(chǎn)任務(wù)的溜破系統(tǒng)和中段溜井卸礦處采用雙軌線路，可以避免因一套系統(tǒng)檢查并更換襯板而影響生產(chǎn)。

（4）溜井及礦倉(cāng)加襯錳鋼板加固，大跨度硐室、大斷面巷道及交岔點(diǎn)一次支護(hù)采用長(zhǎng)錨索，可以延長(zhǎng)這些基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)年限。

（5）設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)及永久監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果確定二次支護(hù)參數(shù)，可以更準(zhǔn)確地掌握不良巖層地段，并在施工過(guò)程中進(jìn)行加固，還可以通過(guò)永久監(jiān)測(cè)防患于未然。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次溜破系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合了礦山地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn)，以及以往建設(shè)、生產(chǎn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，使該系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠，各種不可預(yù)見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)降至最低，還提高了破碎機(jī)的效率，但投資較大，溜破系統(tǒng)較復(fù)雜。筆者認(rèn)為對(duì)于這種地質(zhì)條件復(fù)雜、服務(wù)年限長(zhǎng)的大型金屬礦山，安全生產(chǎn)是第一位的，保證了安全生產(chǎn)就是取得了經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 張富民，等.采礦設(shè)計(jì)手冊(cè).礦山機(jī)械卷［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1988.

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［3］ 王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

［4］ 王永才，康紅普.金川二礦區(qū)深部高應(yīng)力碎脹蠕變巖體巷道變形特征與支護(hù)技術(shù)研究［J］.金川科技，2007（4）：1－5.

［5］ 劉同有.金川巖石力學(xué)與工程地質(zhì)的研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1996，15（2）：97－101.

［6］ 侯哲生，李 曉，呂永高.金川二礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中水平礦層內(nèi)部應(yīng)力特征分析［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2008，28（5）.

2012－07－10）

武 榮（1977－），男，甘肅白銀人，工程師，主要從事礦山機(jī)械設(shè)計(jì)工作，Email：wuronglyy＠163.com。