黑溝礦溜井堵塞原因分析及預(yù)防措施

摘 要：對于黑溝露天礦來說， 溜井是礦石運(yùn)輸?shù)难屎恚?溜井是否暢通運(yùn)行對礦山安全、生產(chǎn)影響極大。溜井放礦過程中，易受礦石塊度、礦石濕度、溜井空高等因素引起穩(wěn)定平衡拱形成，或井壁片幫，導(dǎo)致溜井堵塞。本文結(jié)合黑溝溜井的堵塞情況，分析了黑溝礦溜井堵塞原因， 并提出預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：高深溜井；堵塞；防范措施；

文章編號：1674-3520（2015）-12-00-02

前言

黑溝礦地處甘肅省肅南裕固族自治縣祁豐鄉(xiāng)鏡內(nèi)，是酒泉鋼鐵公司最主要的鐵礦石原料基地之一。礦體東西長1410m，呈東高西低之勢，礦體厚55～177m，平均厚度83m。黑溝礦區(qū)山形險峻，自然坡度一般為37°～40°，海拔最高標(biāo)高4025m，地表工業(yè)場地標(biāo)高2640m，相對比高約1400m，采用露天開采，年產(chǎn)礦石量450萬噸。

黑溝礦的三條溜井均為單段垂直式溜井， 溜井深度較大。主溜井、1#、2#溜井井深分別達(dá)561、270和420m。溜井自投入使用以來，發(fā)生堵塞棚井18次，最嚴(yán)重的一次是2007年，處理堵塞及溜井維護(hù)周期長達(dá)6個月，不僅對礦山的正常生產(chǎn)造成了極大的影響，還對處理人員的安全構(gòu)成了威脅。因此，對黑溝礦溜井堵塞機(jī)理進(jìn)行分析研究，采取有效的預(yù)防控制措施，對指導(dǎo)高深溜井的運(yùn)行管理， 確保其安全、正常運(yùn)行有著十分重要的意義。

一、黑溝溜井結(jié)構(gòu)及堵塞類型

（一）黑溝溜井結(jié)構(gòu)

黑溝溜井穿過的地層，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較差，巖石機(jī)理裂隙發(fā)育，屬于Ⅲ級圍巖，局部為Ⅱ級或Ⅴ級，工程地質(zhì)情況較差。三條溜井根據(jù)放礦形式的不同分為兩類，其中1#、2#采取溜井采用振動放礦機(jī)放礦，主溜井采用重型板式給礦機(jī)出礦。

（二）溜井堵塞及類型

近年來黑溝溜井堵塞頻率較高，現(xiàn)有的3條溜井自2002年投入使用至今，共發(fā)生堵塞 18次， 平均每年出現(xiàn)1～2次， 平均每溜放200萬t礦石就出現(xiàn)一次堵塞， 溜井堵塞統(tǒng)計情況見表 1。

按照溜井堵塞位置，可分為底部溜口堵塞、上部井口片幫和井筒堵塞。黑溝礦底部溜口、上部井口、井筒分別發(fā)生堵塞次數(shù)為 2次、10次、8次，占堵塞總次數(shù)的比例為10%、50%、40%。按造成堵塞的原因， 可分為粉礦粘結(jié)拱堵塞，大塊卡堵和井壁片幫3 類，分別發(fā)生的次數(shù)為1次、5 次、14次， 所占比例分別為5%、25%、70%。

二、溜井堵塞原因分析

溜井堵塞是多種因素綜合作用的結(jié)果，具有復(fù)雜性，就黑溝礦而言可以歸納為以下幾點(diǎn)。

（一）溜井結(jié)構(gòu)

溜井結(jié)構(gòu)及其斷面大小取決于其通過的區(qū)域內(nèi)的地層巖石力學(xué)性質(zhì)及含水量，一當(dāng)溜井建成，其運(yùn)行是否正常，主要影響因素有3項(xiàng)：①溜井?dāng)嗝娲笮?。溜井建成初期，斷面大小一致，溜井放礦順暢，隨著井壁磨損破壞，局部斷面發(fā)生變化，出現(xiàn)變徑，凸臺等，為溜井堵塞埋下了隱患。② 礦石在井內(nèi)移動線路。當(dāng)溜井?dāng)嗝鏌o變化時，礦石在溜井內(nèi)的移動處于連續(xù)狀態(tài)；當(dāng)溜井?dāng)嗝娉霈F(xiàn)變徑、凸臺等，礦石在溜井內(nèi)的正常移動路線和速度就被改變，局部出現(xiàn)斷流和不均勻流動，嚴(yán)重則會導(dǎo)致堵塞。③底部溜口坡度。溜井底部溜口坡度大小，決定了放礦的速度，坡度較小，則會導(dǎo)致放礦不暢，造成粉礦在溜口處堆積，容易導(dǎo)致溜口堵塞。

黑溝礦3條溜井屬大斷面溜井，斷面均為5.5m，這是有利于溜井放礦的，但隨著溜井通過礦石量的不斷增大，溜井井壁受到礦石的嚴(yán)重沖刷，導(dǎo)致井口片幫，溜井變徑。1#、2#溜井井口由設(shè)計的5.5m片幫到15m、40m，井筒內(nèi)部局部地方直徑刷大到20m，溜井嚴(yán)重變徑，個別地方形成凸臺，造成礦石流在井內(nèi)移動時局部改變流動方向和流動速度，使堵塞概率顯著增加[1]，井筒內(nèi)部堵塞多為溜井變徑引起。底部溜口坡度的不合理導(dǎo)致額墻內(nèi)部粉礦堆積，形成死礦區(qū)，礦石通過斷面縮小，大塊很難通過，容易造成底部溜口堵塞。表 1 給出了溜井堵塞情況， 黑溝溜井的堵塞70%是由上述原因造成，可見溜井結(jié)構(gòu)的合理及穩(wěn)定是導(dǎo)致溜井堵塞的主要原因。

（二）入井礦石性質(zhì)

入井礦石的物理力學(xué)性質(zhì)對溜井的正常運(yùn)行至關(guān)重要，其含水率和粉礦率兩項(xiàng)指標(biāo)對溜井放礦影響最大。據(jù)統(tǒng)計，黑溝礦溜井內(nèi)礦石含水率< 3% ， 結(jié)拱堵塞概率較?。缓蔬_(dá)到 3% ～ 7%， 堵塞概率明顯增大。粉礦率的高低決定了礦石黏著力的大小，粉礦在含水率達(dá)到3% ～ 7%時極易被壓實(shí)，礦石的黏著將增大，礦石流動性變差，此時容易形成粘結(jié)拱，導(dǎo)致溜井堵塞。

黑溝礦屬高海拔礦山，紫外線較強(qiáng)，受自然分化影響，北翼礦體靠近邊坡處，礦石成塊性較差，爆破后粉礦較多，該礦體粉礦率為 40% （ 個別地段高達(dá)70% ） ，天然含水率約為 3%（局部達(dá)5%）。數(shù)據(jù)說明該礦體礦石粉礦率高，具有黏結(jié)性[2]， 在濕度適宜時容易導(dǎo)致溜井形成粉礦粘結(jié)拱而堵塞。表 1數(shù)據(jù)也說明粉礦原因造成的堵塞占 5% ， 這也礦石不良的物理力學(xué)性質(zhì)是導(dǎo)致溜井堵塞的重要原因之一。

黑溝礦雖地處西北干旱地區(qū)，但每年6月至8月為礦山雨季， 礦石含水率增加，加之露天采場堵排水難度大， 雨水流入溜井， 井內(nèi)礦石含水率增大， 直接導(dǎo)致礦石物理力學(xué)性質(zhì)惡化， 使溜井堵塞概率提高[3]。如2015年7月，因天氣連續(xù)降雨導(dǎo)致井內(nèi)礦石水分增大，下礦漏斗頻繁堵塞，造成采場生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。

（三）大塊

無論是礦石大塊，還是片幫巖石大塊，對溜井的正常放礦都有極大影響。礦石大塊入井對井壁造成沖刷和破壞，導(dǎo)致溜井變徑，為溜井堵塞提供了先決條件，同時礦石大塊和粉礦在水分的綜合作用下，極易形成粘結(jié)拱。片幫巖石大塊則有可能直接導(dǎo)致井筒被卡死，導(dǎo)致溜井癱瘓，生產(chǎn)停止。由此可見大塊對溜井的危害不容忽視。從黑溝礦溜井堵塞統(tǒng)計情況可以看出， 大塊是溜井堵塞的重要起因。

（四）溜井空高和貯礦時間

溜井空高指溜井上部未裝礦石部分，其高度大小，決定了礦石下落時的速度，當(dāng)空高較大， 礦石在重力的作用下，會獲得很大的速度，其落至礦面時形成極大的沖擊力，沖擊夯實(shí)的渣面在黏性粉礦適宜的含水率時， 就會形成較難破壞的平衡拱。合適的空高同樣對井壁有一定的保護(hù)作用，避免了礦石對井壁的直接沖刷和撞擊。礦石在溜井內(nèi)的靜止時間（ 即貯存時間）太長， 井筒下部礦石受重力作用， 不斷被沖擊夯實(shí)， 壓實(shí)度增大， 容易結(jié)塊堵塞。黑溝礦主溜井在 2013年5月，因粉礦粘結(jié)拱導(dǎo)致溜井堵塞長達(dá)25天，給全礦輸出造成巨大影響。

三、防范措施

（一）控制礦石大塊，避免大塊咬合穩(wěn)定平衡拱的形成。采場根據(jù)地質(zhì)條件，爆破時調(diào)整參數(shù)，減少爆破產(chǎn)生的大塊；鏟裝作業(yè)時及時將大塊挑出，并進(jìn)行二次破碎，嚴(yán)禁750mm以上的大塊倒入溜井。

（二）為避免粉礦粘結(jié)拱的形成，一要嚴(yán)格做好采場配礦工作，在保證品位滿足要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦石塊度合理配礦，避免粉礦大比例入井；二要做好采場定置管理，禁止將廢鋼鐵等雜物倒入溜井；三要防止地表水流入溜井，邊墻回收時水分明顯偏高的礦石需與其它區(qū)域生產(chǎn)的水分較低的礦石配礦入井，配礦比例按照入井礦石水分<3%進(jìn)行控制，禁止單獨(dú)進(jìn)入溜井。

（三）控制溜井排空高度和礦石貯存時間，高深溜井的排空高度不得超過30 m，波動段長度控制在30m，采場2#溜井排空高度不得超過15m，可以在井口安裝料位儀，便于隨時掌握溜井空高。嚴(yán)格控制黑溝破運(yùn)系統(tǒng)停機(jī)時間，單次停機(jī)時間不得超過2h，日停機(jī)時間不得超過4 h，松動拉礦時，間隔時間不得超過6 h，以保持溜井內(nèi)礦石的松散性，減少溜井內(nèi)礦石貯存時間，防止溜井堵塞。

（四）采取控制爆破減少爆破震動，盡可能降低爆破震動對溜井井壁穩(wěn)定性的影響，距溜井40 m范圍內(nèi)進(jìn)行爆破作業(yè)時，溜井必須保持滿井狀態(tài)，避免溜井產(chǎn)生大面積片幫。

四、結(jié)語

溜井是露天礦山的重要咽喉， 應(yīng)重視溜井故障預(yù)防及安全運(yùn)行措施的研究，而加強(qiáng)采場管理，杜絕大塊入井，控制粉礦比例及水分，掌控溜井排空高度，規(guī)范放礦管理，縮短礦石貯存時間等措施的運(yùn)用，對預(yù)防溜井堵塞有著重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]何標(biāo)慶. 紫金山金礦溜井堵塞原因分析及其預(yù)防 [J].黃金.2005，（6）：25-28

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[3]王昌漢. 放礦學(xué) [M]. 冶金工業(yè)出版社，1982