黑溝礦溜井片幫機(jī)理分析及應(yīng)對(duì)措施初探

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

由于沒有高精度雷管(曾經(jīng)用過)，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)溜井口周圍及井口下部磨損

翻卸時(shí)對(duì)溜井口周圍的磨損主要是流動(dòng)磨損，由于自卸汽車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的高度等有關(guān)，由于卸礦剛開始時(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，礦石與車箱底部的摩擦系數(shù)取0.6，礦石離開車廂時(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)離開車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以內(nèi)，一旦發(fā)現(xiàn)空高超過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)在溜井口周圍固定上3～4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。控制入井礦石的含水、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)注意井口周圍標(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0.4 m2/萬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的巖體完整性較差和溜井使用過程中井筒的磨損。實(shí)踐證明，通過采取控制采場(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。

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