事故后溜井系統(tǒng)安全技術(shù)改造工程

劉海衛(wèi) 李忠元 王 洋

(河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院)

事故后溜井系統(tǒng)安全技術(shù)改造工程

劉海衛(wèi) 李忠元 王 洋

(河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院)

國內(nèi)某露天礦山溜井系統(tǒng)發(fā)生蓬料堵塞及垮塌重大安全事故，分析和總結(jié)了事故原因。為了使礦山盡快恢復(fù)生產(chǎn)并徹底解決生產(chǎn)中頻發(fā)的溜井堵塞問題，對事故后溜井系統(tǒng)由原礦溜井改造為碎石溜井的可行性進(jìn)行了研究。通過多方案比較分析和論證，最終確定了切實(shí)可行的碎石溜井安全技術(shù)改造方案，并落實(shí)到工程實(shí)踐中，取得了良好的效果，為類似礦山及新建礦山的溜井技改和建設(shè)提供了新思路，對確保溜井系統(tǒng)安全生產(chǎn)具有重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

溜井系統(tǒng) 蓬料堵塞 安全技術(shù)改造

溜井堵塞問題是目前許多礦山在生產(chǎn)中遇到的頻發(fā)事故之一，如果處理不當(dāng)，會對企業(yè)造成很大的影響，輕者無法正常生產(chǎn)運(yùn)行，重者可能造成嚴(yán)重后果，如財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡等。某礦山發(fā)生溜井堵塞及垮塌事故，后果非常嚴(yán)重，對企業(yè)和社會均造成了重大影響。為了使企業(yè)盡快恢復(fù)生產(chǎn)并盡可能的解決生產(chǎn)中頻發(fā)的溜井堵塞問題，通過采用新技術(shù)、新工藝、新手段，制定一套切實(shí)可行的安全技術(shù)改造方案至關(guān)重要[1]。

1 溜井事故概況

國內(nèi)某大型露天礦山生產(chǎn)能力為450萬t/a，采用公路—溜井—平硐聯(lián)合開拓運(yùn)輸系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝流程為爆破—鏟裝—運(yùn)輸—溜井—破碎—平硐—帶式輸送機(jī)—廠區(qū)，礦山原生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1 礦山原生產(chǎn)工藝流程

2011年初，礦山露天采場生產(chǎn)臺段標(biāo)高為995，980 m，溜井井口位于980 m平臺，礦石破碎系統(tǒng)布置在溜井底部破碎機(jī)硐室內(nèi)(基礎(chǔ)標(biāo)高為809.7 m)。2011年2月9日下午，該礦山溜井內(nèi)發(fā)生蓬料堵塞，溜井總深度約160 m，堵料部位距井口約100 m處，堵塞部位以下井筒內(nèi)物料被拉空后不能正常下料。當(dāng)晚18時(shí)左右，溜井內(nèi)懸空的物料突然垮塌，強(qiáng)大的沖擊波將溜井底部儲料倉與破碎機(jī)硐室隔墻摧毀。當(dāng)時(shí)破碎硐室及平硐內(nèi)有8名作業(yè)人員正在排查、處理事故，其中位于平硐內(nèi)的3人被石料下落的沖擊波沖擊受傷，其余5人被困破碎硐室內(nèi)，被溜井內(nèi)塌落的礦石掩埋。在國家相關(guān)部門的組織下，經(jīng)過13 d持續(xù)不斷地挖掘、救援，最終確認(rèn)5名被困人員全部遇難。原礦山溜井底部結(jié)構(gòu)及事故破壞部位見圖2。

圖2 原溜井底部結(jié)構(gòu)及事故破壞部位

2 事故原因分析

礦山采用溜井進(jìn)行物料輸送，充分利用礦石的自重克服地形高差，縮短運(yùn)距，減少道路運(yùn)輸線路工程量和運(yùn)輸設(shè)備數(shù)量，降低了礦石成本。但該系統(tǒng)也存在一定的不足，即對進(jìn)入溜井的礦石塊度要求嚴(yán)格，一般要求溜井直徑與礦石塊度的比值大于5∶1，否則極易發(fā)生溜井堵料、蓬料事故。本礦山溜井設(shè)計(jì)直徑為5 m，生產(chǎn)中由于礦石的刷幫作用，局部位置已達(dá)到6 m，理論上只要礦石塊度小于1 m即可避免發(fā)生溜井堵料、蓬料事故。

本次事故前，該溜井已發(fā)生多次堵塞事故，但經(jīng)過處理即恢復(fù)生產(chǎn)，均未造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。分析溜井堵塞原因：礦山爆破后礦石塊度有時(shí)過大；管理過程中存在問題，對于爆破后大于溜井許可入料塊度的大塊礦石未經(jīng)過二次破碎處理而直接卸入溜井；溜井堵塞后，處理措施不當(dāng)[2-3]。

3 溜井安全技術(shù)改造方案

3.1 改造方案設(shè)計(jì)思路

本礦山各系統(tǒng)均比較完善，經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，礦山大部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)置均較為合理，礦山產(chǎn)量穩(wěn)定，能夠滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。破碎硐室內(nèi)石料清理后，經(jīng)專家、工程技術(shù)人員現(xiàn)場勘察，初步判斷溜井和礦倉主體結(jié)構(gòu)基本未被破壞，但礦倉底部破碎硐室受到強(qiáng)烈沖擊，破壞嚴(yán)重，安全系數(shù)較低，礦倉與破碎硐室之間的擋墻、破碎硐室與平硐之間的隔板以及設(shè)備等亦損壞嚴(yán)重。本次事故對平硐、采場、礦山道路、工業(yè)場地等工程設(shè)施未造成影響，均可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

通過本次事故原因的分析及考慮到礦山以前也經(jīng)常發(fā)生溜井堵塞事故，為徹底解決溜井堵塞事故安全隱患，本次安全技術(shù)改造總體思路為將原溜井底部破碎系統(tǒng)搬至采場工作面；并將原來的永久式固定破碎系統(tǒng)改造為采場半移動式破碎系統(tǒng)，該半移動破碎系統(tǒng)采用鋼結(jié)構(gòu)模塊化技術(shù)，易組裝，可拆卸式，按照露天采場臺段降段進(jìn)度，每隔3～5 a搬遷；將原生產(chǎn)系統(tǒng)中的原礦溜井改造為破碎后的碎石溜井。即采礦工作面爆破后原礦不直接卸入溜井，而是在采場進(jìn)行破碎，破碎后礦石粒度不大于75 mm，破碎后礦石再卸礦至溜井內(nèi)。另外，由于本礦山礦石的粘結(jié)性較差，因此按照該思路進(jìn)行技術(shù)改造后再結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)防等管理措施，溜井發(fā)生堵料、蓬料的可能性將大大降低。本次計(jì)劃對原生產(chǎn)流程進(jìn)行如下改造：爆破—鏟裝—運(yùn)輸—采場破碎—帶式輸送機(jī)輸送—溜井—平硐—帶式輸送機(jī)—廠區(qū)。改造后礦山生產(chǎn)工藝流程見圖3。

圖3 改造后礦山生產(chǎn)工藝流程

3.2 實(shí)施方案的比選

當(dāng)期，礦山生產(chǎn)臺段為995，980 m。980 m水平以上礦量尚夠維持礦山正常生產(chǎn)4～5 a，為了盡量充分利用原有工程設(shè)施(溜井—平硐系統(tǒng))，降低恢復(fù)生產(chǎn)新增投資，加快恢復(fù)工程進(jìn)度、縮短恢復(fù)生產(chǎn)周期，經(jīng)專家論證，在確保安全生產(chǎn)的前提下對原溜井—平硐系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)并改造。

針對該次溜井改造方案在堅(jiān)持采用碎石溜井代替原礦溜井的技術(shù)思路下，共提出4個具體方案。

方案一：在原溜井底部破碎車間±0.000 m平臺(相當(dāng)于絕對標(biāo)高809.7 m)上沿-3.800 m地坑壁及平硐底部地坑壁建設(shè)一個寬4.2～5.3 m、凈高3.5 m的“T”型車間，車間頂部在原板喂機(jī)下料口與破碎機(jī)下料口正上方布置2個下料口，下料口分別接棒條閥和振動放礦機(jī)，由振動放礦機(jī)給料至0#膠帶機(jī)，再經(jīng)1#、2#膠帶機(jī)傳送至廠區(qū)。見圖4。

圖4 方案一溜井底部改造示意

方案二：在-3.800 m標(biāo)高0#膠帶機(jī)所在地坑內(nèi)、板喂機(jī)和破碎機(jī)下料口下側(cè)直接安裝兩道棒條閥，±0.000 m平面以上其他部位均封堵，進(jìn)行隔離，破碎后礦石均是通過棒條閥放料至0#膠帶機(jī)，然后再經(jīng)1#、2#膠帶機(jī)傳送至廠區(qū)。見圖5。

圖5 方案二溜井底部改造示意

方案三：將溜井底部料倉至原板喂機(jī)下料口進(jìn)行改造，然后在該下料口安裝棒條閥和振動放礦機(jī)，料倉底部與破碎車間之間用墻體封堵，溜井內(nèi)破碎后礦石由振動放礦機(jī)給料至0#膠帶機(jī)，再經(jīng)1#、2#膠帶機(jī)傳送至廠區(qū)。見圖6。

圖6 方案三溜井底部改造示意

方案四：該方案是對方案三的加強(qiáng)，即在原料倉底部重建結(jié)構(gòu)，并安裝棒條閥和振動放礦機(jī)。溜井內(nèi)破碎后礦石由振動放礦機(jī)給料至0#膠帶機(jī)，再經(jīng)1#、2#膠帶機(jī)傳送至廠區(qū)。見圖7。

圖7 方案四溜井底部改造示意

以上4個方案均是礦石由采場破碎后經(jīng)帶式輸送機(jī)傳送至溜井，礦石破碎后粒度不大于75 mm，而溜井的直徑為6 m，溜井直徑與進(jìn)入溜井的礦石粒度的比值可達(dá)67∶1，另外加之本礦山礦石的粘結(jié)性較差，故發(fā)生堵料的可能性較小。但4個方案又各自有所不同，主要體現(xiàn)在工程量、施工周期、施工難易程度、安全可靠性等幾個方面。

方案一安全可靠性有保障，車間之間的連通性比較完善，檢修空間足夠滿足維修需要，在處理碎礦進(jìn)入棒條閥時(shí)發(fā)生堵料也設(shè)計(jì)疏通捅料口，同時(shí)將原通風(fēng)硐室、斜井與車間連接，并對原有收塵系統(tǒng)進(jìn)行了改造，保證了車間的通風(fēng)與空氣質(zhì)量；但工程量大、施工難度大、施工周期長。

方案二最簡單，工程量最小，但只通過兩道棒條閥向0#膠帶機(jī)放礦(安裝空間有限，只能安裝兩道棒條閥)，放礦的穩(wěn)定性得不到保障。

方案三和方案四是對方案二的優(yōu)化，即將±0.000 m 平面以上的車間縮小，只在溜井底部設(shè)置振動放礦機(jī)車間，在原破碎機(jī)下料口下面設(shè)置棒條閥。其中溜井底部設(shè)置的振動放礦機(jī)為主要放礦方案，破碎機(jī)下料口底部設(shè)置的棒條閥為備用放礦方案，只在放礦機(jī)故障檢修或其他情況下使用。

方案三與方案四相比，方案三是盡可能利用現(xiàn)有條件，對溜井底部料倉下料口進(jìn)行改造并安裝振動放礦機(jī)，該方案工程量較小，但現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，料倉底部受事故沖擊影響，已出現(xiàn)部分裂縫，因此安全可靠性較低，需要對原料倉進(jìn)行加固，加固工程難度較大。方案四是將料倉底部結(jié)構(gòu)拆除，重新建設(shè)放置振動放礦機(jī)凈空為7.5 m×6.5 m×4.0 m的底部結(jié)構(gòu)；同時(shí)在靠近通風(fēng)硐室一側(cè)建設(shè)與通風(fēng)硐室、平硐相聯(lián)通的收塵車間，以確保本地下工程至少有2個安全出口和硐室內(nèi)的空氣流通及空氣質(zhì)量，該方案既保障了溜井底部結(jié)構(gòu)上的安全性，又保證了生產(chǎn)運(yùn)行過程中的安全性，且工程量適中，施工難度也較小，施工工期也可滿足企業(yè)恢復(fù)生產(chǎn)的需求。

綜上所述，經(jīng)過對4個具體實(shí)施方案的比較論證，權(quán)衡各方案的利弊，綜合考慮各方案的工程量、施工周期、建設(shè)投資、安全性等因素，最終確定選擇方案四。

4 改造后其他安全技術(shù)措施

(1)在溜井底部+17.000 m標(biāo)高處，即原溜井檢查口處安裝料位儀。正常生產(chǎn)時(shí)，溜井內(nèi)物料不得超過該警戒線標(biāo)高。特殊情況下，如采場溜井口附近降段時(shí)，溜井不得不填滿時(shí)，要加大溜井底部各工藝環(huán)節(jié)的巡檢、監(jiān)控、管理力度，根據(jù)各設(shè)備的運(yùn)行情況判斷發(fā)生堵料、蓬料的可能性，并采取防范措施。當(dāng)溜井口附近降段工作完成，形成正常作業(yè)面后，要馬上將溜井內(nèi)物料放空至安全警戒線以下，放礦時(shí)確保沒有爆破后原礦混雜在碎料中。

(2)原破碎機(jī)下料口作為備用下料口，下接棒條閥直接給料至0#帶式輸送機(jī)，在該下料口處±0.000 m 修建一檢修、捅料平硐，一旦該下料口發(fā)生堵料，可進(jìn)行巡檢、疏通。

(3)正常生產(chǎn)時(shí)，溜井不應(yīng)放空，減少石料對儲料倉底部結(jié)構(gòu)、設(shè)備設(shè)施的沖擊破壞，應(yīng)保持經(jīng)常性放礦制度。不合格的大塊礦石、廢舊鋼材、木材和鋼絲繩等雜物不應(yīng)放入井內(nèi)，以防堵塞。

(4)溜井口不準(zhǔn)有水流入。雨季應(yīng)加強(qiáng)水文地質(zhì)觀測，減少溜井儲礦量；溜井積水時(shí)，不應(yīng)卸入粉礦，并應(yīng)采取安全措施，妥善處理積水，方可放礦。

(5)溜井底部卸礦棒條閥、振動放礦機(jī)車間的溜子上開設(shè)檢查門，一旦該下料口發(fā)生堵料，可通過該檢查門進(jìn)行巡檢、疏通。

(6)溜井底部新增加的設(shè)備主要為電液動棒條閥和振動放礦機(jī)，該處設(shè)備均要采取遠(yuǎn)程控制。

(7)溜井底部漏斗放礦前，要對棒條閥與振動放礦機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

(8)在溜井口、棒條閥與振動放礦機(jī)車間、0#帶式輸送機(jī)地坑內(nèi)、1#帶式輸送機(jī)平硐內(nèi)安裝攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控各場所、各設(shè)備設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，并及時(shí)對各種情況、設(shè)備狀態(tài)作出判斷和分析。

(9)廠區(qū)停產(chǎn)檢修時(shí)，礦山也應(yīng)同時(shí)停止生產(chǎn)，并將溜井放空，防止物料在溜井中停留時(shí)間過長而發(fā)生堵塞。

(10)儲礦料倉下部設(shè)有檢查窗口，針對檢查料倉內(nèi)發(fā)生的異常情況，應(yīng)制定好詳細(xì)的檢查制度，并設(shè)置專人定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，無法處理時(shí)應(yīng)及時(shí)向上級部門匯報(bào)。

(11)溜井發(fā)生堵塞、塌落、跑礦等事故時(shí)，應(yīng)待其穩(wěn)定后再查明事故發(fā)生的地點(diǎn)和原因，并制定處理措施；事故處理人員不應(yīng)從下部進(jìn)入溜井。

改造后溜井系統(tǒng)的安全技術(shù)措施見圖8。

圖8 改造后溜井系統(tǒng)的安全技術(shù)措施

1—攝像頭(監(jiān)控范圍為溜井口附近)；2—料位儀；3—攝像頭(監(jiān)控范圍為棒條閥、振動放礦機(jī)、給料車間)；4—攝像頭(監(jiān)控目標(biāo)為0#帶式輸送機(jī))；5—棒條閥、振動放礦機(jī)等遠(yuǎn)程控制裝置；6—檢修、捅料平硐；7—攝像頭(監(jiān)控目標(biāo)為1#帶式輸送機(jī))

5 改造后溜井系統(tǒng)運(yùn)行狀況

2011年4月，礦山按照上述安全技術(shù)改造方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，工期為6個月，于2011年10月初投入生產(chǎn)使用，試運(yùn)行調(diào)試期2個月后達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，安全驗(yàn)收通過。截至2014年10月底，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生過溜井堵塞、蓬料以及其他安全事故，生產(chǎn)實(shí)踐證明，改造后的碎石溜井系統(tǒng)是安全可靠的。

6 結(jié) 語

通過對某礦溜井堵料及垮塌事故后安全技術(shù)改造，從本質(zhì)上排除溜井堵塞帶來安全事故隱患，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，取得了很好的效果，為今后類似礦山技術(shù)改造提供了可靠的借鑒依據(jù)，同時(shí)也為類似新建礦山溜井系統(tǒng)提供了新的建設(shè)思路。

[1] 龐 博,王志飛,魏會軍,等.溜井堵塞疏通方案的研究[J].礦業(yè)工程,2011(4):28-29.

[2] 劉秀禮,李懷宇.淺述溜井堵塞原因,處理方法和預(yù)防措施[J].四川冶金,1997(2):4-6.

[3] 曹澗泉,王萬松.羅河鐵礦主溜井堵塞原因分析及處理措施[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013(6)：136-138.

Reform Engineering of Security Technology of Chute System after Accident

Liu Haiwei Li Zhongyuan Wang Yang

(Hebei Building Materials Industry Design and Research Institute)

The significant safety accident of loose material jams and collapse is happened in the chute system in a domestic open-pit mine, cause of the accident is analyzed and summarized. In order to let the mine resume production as soon as possible and solve the problem of chute blockage that happens frequently in the process of mine production completely, the reform scheme of the chute system after accident is proposed, that is to say, the undressed ore chute is reformed by the gravel chute, and the feasibility of the reform scheme is researched in depth. The feasible reform scheme of security technology of gravel chute is determined finally by several schemes comparison, analysis and demonstration. Perfect effect is obtained by engineering application, the reform scheme proposed in this paper can provide a new method for chute technology reform in similar mines and chute construction of new mines, and it has important reference value and guiding significance to ensure the safe production of chute system.

Chute system, Loose material jams, Reform of security technology

2014-12-09)

劉海衛(wèi)(1979—)，男，工程師，碩士，050051 河北省石家莊市。