主溜井內(nèi)壁磨損及井內(nèi)礦巖運(yùn)動規(guī)律研究

張成珍 孫建國

(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限有限公司)

主溜井內(nèi)壁磨損及井內(nèi)礦巖運(yùn)動規(guī)律研究

張成珍 孫建國

(巴彥淖爾西部銅業(yè)有限有限公司)

放礦過程中，礦石會對主溜井井筒內(nèi)壁造成損壞，通過錳鋼板的損壞情況研究井筒內(nèi)放礦規(guī)律，根據(jù)單孔放礦理論對礦巖在井筒內(nèi)的運(yùn)動方式進(jìn)行建模，并對現(xiàn)階段主溜井的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到主溜井系統(tǒng)運(yùn)行最佳效果，對礦山安全生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

主溜井 單孔放礦理論 凈直徑

主溜井是礦山提升運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)施，一般采取直通分枝支護(hù)溜礦井的形式。圍巖破碎的情況下，主溜井多采用內(nèi)襯錳鋼板整體混凝土支護(hù)，生產(chǎn)過程中，主溜井一直處于摩擦狀態(tài)與沖擊狀態(tài)，磨損內(nèi)襯錳鋼板，在維護(hù)檢修過程中，根據(jù)錳鋼板的磨損程度，對主溜井內(nèi)礦石的運(yùn)動情況以及放礦規(guī)律進(jìn)行研究，能夠確定主溜井磨損較為嚴(yán)重的位置，并對相應(yīng)位置進(jìn)行加固，同時(shí)在日常管理中，根據(jù)分析結(jié)果控制礦石的貯存情況，能夠有效延長主溜井的使用壽命。對于新建主溜井，做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)，能夠從根本上解決主溜井內(nèi)壁磨損嚴(yán)重的問題。

獲各琦銅礦深部主溜井全高480 m，其中上部貯礦段為30 m，下部貯礦段為30 m，屬于直通分枝支護(hù)溜井，井筒直徑為4 m，采用內(nèi)襯錳鋼板整體混凝土支護(hù)，錳鋼板整體厚50 mm。主溜井運(yùn)行長達(dá)3 a，累計(jì)出礦約140萬t，期間多次發(fā)生堵塞現(xiàn)象，并進(jìn)行了相應(yīng)的處理，對主溜井內(nèi)壁產(chǎn)生了一定的破壞。在主溜井維護(hù)檢修過程中，對井筒內(nèi)壁的錳鋼板損壞及磨損情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并總結(jié)規(guī)律，從而指導(dǎo)溜井安全穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)營。

1 主溜井內(nèi)壁錳鋼板磨損情況及分析

在井筒維護(hù)過程中，利用測厚工具，從主溜井井口每5 m對井筒內(nèi)壁錳鋼板厚度進(jìn)行測量，每組4個(gè)數(shù)據(jù)(東南西北4個(gè)方向的錳鋼板厚度)。由于實(shí)際使用過程中，井筒內(nèi)壁所受到的沖擊力量不均勻，造成井筒內(nèi)壁磨損過大，不能反映出實(shí)際變化規(guī)律。數(shù)據(jù)處理過程中，排除類似情況產(chǎn)生的特殊數(shù)值。經(jīng)過數(shù)據(jù)整理，錳鋼板磨損情況如表1所示。

表1 錳鋼板磨損情況統(tǒng)計(jì)

由表1可知：

(1)1 450～1 380 m區(qū)段為井筒內(nèi)未貯礦段，磨損較輕，平均磨損厚度為1.19 mm，主要原因?yàn)橘A礦水平以上礦石沖擊摩擦較少。

(2)1 380～1 283 m區(qū)段為貯礦水平以下的松動礦巖，有一定程度磨損，平均磨損厚度為6.14 mm，松散礦巖開始對井壁產(chǎn)生沖擊。

(3)1 283～1 078 m區(qū)段處于貯礦區(qū)段中部，磨損嚴(yán)重，平均磨損厚度達(dá)9.31 mm，松散礦巖運(yùn)動加劇。

(4)1 078～980 m區(qū)段為貯礦段下部，其中包含主溜井上部礦倉，有一定程度磨損，平均磨損厚度為6.13 mm，該區(qū)段長度與1 380～1 283 m段長度基本一致。

(5)1 303～1 209 m區(qū)段磨損厚度高達(dá)22 mm，占整體錳鋼板厚度約50%，而該區(qū)段處于主溜井貯存礦石的中間段。

通過以上數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，井筒內(nèi)部磨損情況為先逐漸增加后逐漸減少，從中間段往上下兩部分逐步減輕。

2 橢球體單孔放礦理論分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，整體磨損狀況可視為橢球形，所以推斷放礦過程可視為橢球體單孔放礦，主溜井井筒內(nèi)部礦石運(yùn)動情況應(yīng)符合橢球體單孔放礦理論。

根據(jù)橢球體單孔放礦理論建模，模擬主溜井內(nèi)松散體的運(yùn)動形式(圖1)，可以看出：

(1)松動區(qū)為全斷面勻速緩慢下向運(yùn)動，越靠近放礦橢球體速度變化越復(fù)雜，松散礦巖對井筒內(nèi)壁摩擦較小且比較均勻。

(2)蠕動區(qū)為全斷面變速下向運(yùn)動，此區(qū)段內(nèi)，松散礦巖的運(yùn)動速度不斷增加，在松動體短軸時(shí)，速度達(dá)到最大，同時(shí)，礦巖對井筒內(nèi)壁磨損也最為嚴(yán)重。

(3)放出區(qū)為變斷面變速下向運(yùn)動，此區(qū)段由于出現(xiàn)主溜井底角處的礦石堆積區(qū)，斷面不斷縮小，并且由于放礦口振動放礦機(jī)的控制，速度逐步減緩，礦巖對主溜井內(nèi)壁的摩擦也逐步減小。

圖1 松散礦巖運(yùn)動示意

根據(jù)橢球體單孔放礦模型及井筒內(nèi)各區(qū)段的變化情況分析得出：井筒內(nèi)貯礦高度越大,井壁磨損區(qū)段越大;隨著開采深度下移，貯礦高度變小，同時(shí)磨損區(qū)段也將下移，磨損區(qū)段也會變短;主溜井內(nèi)松散礦巖對井筒內(nèi)壁磨損最嚴(yán)重區(qū)段一般處于松動體的短軸位置，即蠕動區(qū)和放出區(qū)的交界處，兩側(cè)摩擦逐步減小，呈橢球形受力。受力磨損較大位置為貯礦段中部，并占全貯礦段30%。

3 主溜井設(shè)計(jì)優(yōu)化

為保證主溜井安全高效運(yùn)行，減少磨損，優(yōu)化井筒形式，見圖2。

圖2 主溜井設(shè)計(jì)優(yōu)化示意

將磨損受力較為嚴(yán)重的區(qū)段擴(kuò)刷，增大井筒凈直徑，為松散礦巖運(yùn)動沖擊留出緩沖空間，降低松散礦巖流動過程中對井筒內(nèi)壁的摩擦力。同時(shí)，增大受力加強(qiáng)段井筒內(nèi)壁支護(hù)強(qiáng)度，采用加厚內(nèi)襯錳鋼板和增加支護(hù)厚度的方式強(qiáng)化，在摩擦受力過程中，即使對支護(hù)層有所破壞，也不會導(dǎo)致井筒塌方。

4 結(jié) 語

井筒內(nèi)壁磨損是各大礦山主溜井使用過程中不可規(guī)避的問題，通過對松散礦巖運(yùn)動建模分析，找出主溜井因松散礦巖摩擦所出現(xiàn)的問題，從而提出井筒優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，增加主要受力區(qū)段支護(hù)強(qiáng)度，很好地解決了主溜井局部磨損嚴(yán)重的問題，同時(shí)延長了主溜井使用壽命，減少了日常維檢費(fèi)用，以達(dá)到安全生產(chǎn)及降本增效的目的。

2016-09-29)

張成珍(1968—)，男，高級工程師，015000 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河區(qū)解放街2號。