高位溜井堵卡的形成機(jī)理及處理方法

杜飛+王鶴燕+石明超+王偉+呂英磊

摘要：礦山發(fā)展趨勢(shì)是隨著礦體越采越深，要與上部運(yùn)輸系統(tǒng)和提升井對(duì)接，需要在更深中段設(shè)置車場(chǎng)和延深井筒，高位溜井的作用日顯突出，尤其是在進(jìn)一步降低成本方面。但是目前國(guó)內(nèi)研究高位溜井的課題較少，三山島金礦在處理溜井堵卡方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。文章主要介紹了高位溜井堵塞產(chǎn)生機(jī)理和處理新舊方案的應(yīng)用研究，并特別注重了高位溜井第一次啟用流程，對(duì)科學(xué)使用溜井、處理溜井堵卡具有參考作用。

關(guān)鍵詞：高位溜井；堵卡；鉆機(jī)法；灌水法

中圖分類號(hào)：TD854 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）25-0081-02

溜井是礦山開(kāi)采集中運(yùn)輸?shù)难屎砉こ?，?duì)提高生產(chǎn)能力和降低成本起到至關(guān)重要的作用。隨著采礦方法的改進(jìn)，高位溜井逐漸凸顯出優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)暴露出容易堵卡的問(wèn)題，嚴(yán)重影響礦山的正常生產(chǎn)任務(wù)，而且若處理方法不對(duì)或不及時(shí)則存在極大的安全隱患。溜井堵卡的原因很多，但最終表現(xiàn)的形式基本上都是形成了粘結(jié)平衡拱。

1 工程背景

三山島金礦新立礦區(qū)為滿足新立主混合井的10000t/d提運(yùn)能力建設(shè)了多條主溜井，長(zhǎng)度均達(dá)到120m以上，新立礦區(qū)-320m至-600m中段的85#、87#、89#垂直溜井，-400m至-600m中段的53#、57#斜70°溜井，-480m至-600m中段的53#、55#、57#垂直溜井均與-600m運(yùn)輸大巷相通，其中85#出現(xiàn)了嚴(yán)重堵卡問(wèn)題。該溜井直徑3.0m，采用正掘方式，噴漿50mm，局部有片幫的地方，錨網(wǎng)支護(hù)，裝備驚天固定式破碎機(jī)，振動(dòng)式放礦機(jī)，550mm格篩，2m?側(cè)卸式運(yùn)輸?shù)V車。建設(shè)完畢后直接傾倒礦石，對(duì)長(zhǎng)溜井第一次啟用缺乏管理經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致投入后不久，整個(gè)溜井出現(xiàn)了堵卡。

2 溜井堵卡形成機(jī)理

2.1 溜井內(nèi)礦石運(yùn)動(dòng)規(guī)律

礦石自從卸載站自由落體進(jìn)入溜井后，進(jìn)入放礦機(jī)額墻以上3～5m處，形成末端，該段若無(wú)特大塊突然滑落一般不能堵卡，即使堵卡由于靠近放礦機(jī)口，容易被處理。第一次啟用時(shí)對(duì)溜井井壁和放礦機(jī)沖擊大之外，以后主要其高度、形狀及流動(dòng)角比較穩(wěn)定，受放礦形式影響較大。隨著礦石的不斷卸載，溜井料位升至距離格篩20～30m處，形成正常段，該段最容易發(fā)生堵卡。由于堵卡高度多變，是高位溜井堵卡處理的難點(diǎn)。正常段以上至格篩為空井段，礦石在空井段一直做自由落體運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度對(duì)正常段影響大，沖擊力大夯實(shí)礦石，所以控制空井段高度很重要。

上述三段的長(zhǎng)度關(guān)系是不斷變化的，溜井堵卡在無(wú)雜物和水流進(jìn)入的情況下，一般正是三者的變換導(dǎo)致，起移動(dòng)機(jī)理歸結(jié)為溜井內(nèi)礦石臨時(shí)流動(dòng)拱向粘結(jié)平衡拱的形成過(guò)程。

2.2 溜井堵卡原因

設(shè)計(jì)方面：溜井?dāng)嗝婧推露仍O(shè)計(jì)不合理。溜井的斷面盡量控制在直徑3m和坡度65°以上，額墻厚度要足夠承受豎直溜井礦石的沖擊力，應(yīng)設(shè)置貯礦段，斷面為溜井正常段的1.5倍左右。

管理方面：溜井內(nèi)的礦石存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易產(chǎn)生結(jié)塊，使后來(lái)放礦時(shí)結(jié)成拱頂；溜井壁突出，當(dāng)突出面積達(dá)到溜井?dāng)嗝娣e5%～8%時(shí)，將會(huì)阻止礦石流動(dòng)，使溜井堵塞；采場(chǎng)的礦石在倒往溜井時(shí)，將未經(jīng)二次破碎的大塊礦石和采場(chǎng)內(nèi)的鋼管、鋼筋、木材等雜物一起倒在溜井里，容易造成溜井堵塞；溜井內(nèi)礦石儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一般不能超過(guò)8h不流動(dòng)，尤其是粘結(jié)性較大的礦石；溜井內(nèi)有水眼或溜井口有水流進(jìn)入，一般溜井內(nèi)礦石含水率在12%左右可以產(chǎn)生很大的粘結(jié)力，是形成平衡膠結(jié)拱的重要原因。

2.3 放礦機(jī)設(shè)備選用方面

礦石流量大的應(yīng)建議選用液壓式放礦機(jī)，粘結(jié)性大的多用振動(dòng)式放礦機(jī)。礦山溜井一旦堵塞，若不及時(shí)處理，將會(huì)嚴(yán)重影響礦山的生產(chǎn)。

3 處理方法應(yīng)用

目前，我國(guó)常用的處理溜井堵塞的方法有以下幾種：竹桿爆破法、高壓水沖擊法、灌水法、鉆孔爆破法、礦用火箭彈爆破法、觀測(cè)井法等。此外也有礦山用氣球攜帶炸藥爆破，或遇堵塞高度較低時(shí)，直接將炸藥放在井底礦石上，靠炸藥爆炸的沖擊波進(jìn)行震動(dòng)處理。

3.1 采用常規(guī)爆破及地質(zhì)鉆桿輸送炸藥法

常規(guī)法多用于處理堵卡位置較低，靠近放礦機(jī)位置，或者被大塊卡住的情況，用長(zhǎng)竹竿掛2#巖石乳化炸藥，多次進(jìn)行爆破作業(yè)。當(dāng)堵卡位置在15m以上懸空位置或者溜井具有斜額墻澆筑體時(shí)，竹竿由于其物理性質(zhì)不能送至堵卡位置，應(yīng)采用適合15～30m堵卡懸空處理的地質(zhì)鉆桿輸送炸藥法，即在振動(dòng)放礦機(jī)硐室內(nèi)用乙炔將放礦機(jī)后側(cè)鋼板探透，用鉆桿頭部焊接簡(jiǎn)易滑輪的地質(zhì)探礦金屬鉆桿續(xù)送炸藥2#巖石乳化炸藥，進(jìn)行爆破作業(yè)。

3.2 天井鉆機(jī)鉆井中心眼法

井筒內(nèi)礦石堵卡位置較高，而且已經(jīng)膠結(jié)壓實(shí)，采用底部放炮擾動(dòng)的方法，已經(jīng)難以奏效時(shí)，可采用湖南有色重機(jī)工程公司的AT1500天井鉆機(jī)設(shè)備，在井筒內(nèi)的-440m水平（-440m中段設(shè)置有溜井觀測(cè)口，設(shè)備可運(yùn)輸至該地）位置，布空在井筒中線點(diǎn)上，施工280mm導(dǎo)孔至-580m水平，最后進(jìn)行鋼絲繩懸掛2#巖石乳化炸藥進(jìn)行放炮作業(yè)。但該法操作復(fù)雜，費(fèi)用高，而且存在鉆機(jī)提鉆桿即塌孔和設(shè)備晃動(dòng)等問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)該法多次，效果不佳。

3.3 天井鉆機(jī)鉆井幫斜眼法

該法為天井鉆機(jī)在距離井壁的一定位置施工多個(gè)斜眼與溜井貫通，然后利用鋼絲繩懸掛2#巖石乳化炸藥進(jìn)行放炮作業(yè)。在該溜井-440m水平觀測(cè)巷內(nèi)，利用AT1500天井鉆機(jī)施工井幫斜眼與溜井貫通，然后利用鋼絲繩懸掛2#巖石乳化炸藥進(jìn)行放炮作業(yè)的方案。在井幫11m、9.5m、8m位置設(shè)計(jì)施工84°42′15″、83°22′17″、78°12′45″的斜導(dǎo)孔，分別在-560m、-520m、-480m水平位置與井筒貫通，然后續(xù)放炸藥處理。在施工第一個(gè)鉆孔時(shí)，在距離井幫3m位置出現(xiàn)鉆機(jī)不反碴，水順井壁裂隙流走的現(xiàn)象。該方法理論性強(qiáng)，但是不適合用于正掘開(kāi)拓的溜井處理，因井筒采用正掘開(kāi)鑿方式時(shí)，圍巖破壞擾動(dòng)較大，周圍3m內(nèi)裂隙較多，打鉆水順裂隙流失。

3.4 灌水法

在卸載坑位置向溜井內(nèi)灌水，當(dāng)在溜井底部觀測(cè)到長(zhǎng)流水后，并有逐步變大的趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)加大灌水力度，沖大井筒內(nèi)堵塞物裂隙，當(dāng)發(fā)現(xiàn)井底水流變清且流速穩(wěn)定后，暫停灌水采用常規(guī)爆破及地質(zhì)鉆桿輸送炸藥法，或者加大灌水等待礦石膠結(jié)力變小自由落體墜落。該法在礦石一次性大量墜落后，對(duì)放礦機(jī)和額墻沖擊大，容易造成放礦機(jī)損壞造成事故，應(yīng)注意安全警戒和放炮線敷設(shè)距離。

4 結(jié)語(yǔ)

高位溜井的第一次啟動(dòng)很關(guān)鍵，料位正?？刂圃诰嚯x井口20～30m位置，以免沖擊力壓實(shí)礦石，嚴(yán)格控制雜物和流水進(jìn)入溜井。同時(shí)在放礦機(jī)口設(shè)置風(fēng)鎬管路隨時(shí)處理貯倉(cāng)底部粘結(jié)粉礦、安裝電話機(jī)和攝像頭便于調(diào)度，長(zhǎng)溜井應(yīng)設(shè)置中段觀測(cè)口和檢查天井。

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作者簡(jiǎn)介：杜飛（1985-），男，山東菏澤人，山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦工程師，研究方向：采礦。endprint