事故后溜井系统安全技术改造工程

刘海卫 李忠元 王 洋

(河北省建筑材料工业设计研究院)

事故后溜井系统安全技术改造工程

刘海卫 李忠元 王 洋

(河北省建筑材料工业设计研究院)

国内某露天矿山溜井系统发生蓬料堵塞及垮塌重大安全事故，分析和总结了事故原因。为了使矿山尽快恢复生产并彻底解决生产中频发的溜井堵塞问题，对事故后溜井系统由原矿溜井改造为碎石溜井的可行性进行了研究。通过多方案比较分析和论证，最终确定了切实可行的碎石溜井安全技术改造方案，并落实到工程实践中，取得了良好的效果，为类似矿山及新建矿山的溜井技改和建设提供了新思路，对确保溜井系统安全生产具有重要的参考价值和指导意义。

溜井系统 蓬料堵塞 安全技术改造

溜井堵塞问题是目前许多矿山在生产中遇到的频发事故之一，如果处理不当，会对企业造成很大的影响，轻者无法正常生产运行，重者可能造成严重后果，如财产损失和人员伤亡等。某矿山发生溜井堵塞及垮塌事故，后果非常严重，对企业和社会均造成了重大影响。为了使企业尽快恢复生产并尽可能的解决生产中频发的溜井堵塞问题，通过采用新技术、新工艺、新手段，制定一套切实可行的安全技术改造方案至关重要[1]。

1 溜井事故概况

国内某大型露天矿山生产能力为450万t/a，采用公路—溜井—平硐联合开拓运输系统，生产工艺流程为爆破—铲装—运输—溜井—破碎—平硐—带式输送机—厂区，矿山原生产工艺流程见图1。

图1 矿山原生产工艺流程

2011年初，矿山露天采场生产台段标高为995，980 m，溜井井口位于980 m平台，矿石破碎系统布置在溜井底部破碎机硐室内(基础标高为809.7 m)。2011年2月9日下午，该矿山溜井内发生蓬料堵塞，溜井总深度约160 m，堵料部位距井口约100 m处，堵塞部位以下井筒内物料被拉空后不能正常下料。当晚18时左右，溜井内悬空的物料突然垮塌，强大的冲击波将溜井底部储料仓与破碎机硐室隔墙摧毁。当时破碎硐室及平硐内有8名作业人员正在排查、处理事故，其中位于平硐内的3人被石料下落的冲击波冲击受伤，其余5人被困破碎硐室内，被溜井内塌落的矿石掩埋。在国家相关部门的组织下，经过13 d持续不断地挖掘、救援，最终确认5名被困人员全部遇难。原矿山溜井底部结构及事故破坏部位见图2。

图2 原溜井底部结构及事故破坏部位

2 事故原因分析

矿山采用溜井进行物料输送，充分利用矿石的自重克服地形高差，缩短运距，减少道路运输线路工程量和运输设备数量，降低了矿石成本。但该系统也存在一定的不足，即对进入溜井的矿石块度要求严格，一般要求溜井直径与矿石块度的比值大于5∶1，否则极易发生溜井堵料、蓬料事故。本矿山溜井设计直径为5 m，生产中由于矿石的刷帮作用，局部位置已达到6 m，理论上只要矿石块度小于1 m即可避免发生溜井堵料、蓬料事故。

本次事故前，该溜井已发生多次堵塞事故，但经过处理即恢复生产，均未造成人员伤亡和财产损失。分析溜井堵塞原因：矿山爆破后矿石块度有时过大；管理过程中存在问题，对于爆破后大于溜井许可入料块度的大块矿石未经过二次破碎处理而直接卸入溜井；溜井堵塞后，处理措施不当[2-3]。

3 溜井安全技术改造方案

3.1 改造方案设计思路

本矿山各系统均比较完善，经过多年的生产实践证明，矿山大部分生产环节设置均较为合理，矿山产量稳定，能够满足企业的生产需要。破碎硐室内石料清理后，经专家、工程技术人员现场勘察，初步判断溜井和矿仓主体结构基本未被破坏，但矿仓底部破碎硐室受到强烈冲击，破坏严重，安全系数较低，矿仓与破碎硐室之间的挡墙、破碎硐室与平硐之间的隔板以及设备等亦损坏严重。本次事故对平硐、采场、矿山道路、工业场地等工程设施未造成影响，均可正常运转。

通过本次事故原因的分析及考虑到矿山以前也经常发生溜井堵塞事故，为彻底解决溜井堵塞事故安全隐患，本次安全技术改造总体思路为将原溜井底部破碎系统搬至采场工作面；并将原来的永久式固定破碎系统改造为采场半移动式破碎系统，该半移动破碎系统采用钢结构模块化技术，易组装，可拆卸式，按照露天采场台段降段进度，每隔3～5 a搬迁；将原生产系统中的原矿溜井改造为破碎后的碎石溜井。即采矿工作面爆破后原矿不直接卸入溜井，而是在采场进行破碎，破碎后矿石粒度不大于75 mm，破碎后矿石再卸矿至溜井内。另外，由于本矿山矿石的粘结性较差，因此按照该思路进行技术改造后再结合实时监控、预防等管理措施，溜井发生堵料、蓬料的可能性将大大降低。本次计划对原生产流程进行如下改造：爆破—铲装—运输—采场破碎—带式输送机输送—溜井—平硐—带式输送机—厂区。改造后矿山生产工艺流程见图3。

图3 改造后矿山生产工艺流程

3.2 实施方案的比选

当期，矿山生产台段为995，980 m。980 m水平以上矿量尚够维持矿山正常生产4～5 a，为了尽量充分利用原有工程设施(溜井—平硐系统)，降低恢复生产新增投资，加快恢复工程进度、缩短恢复生产周期，经专家论证，在确保安全生产的前提下对原溜井—平硐系统进行恢复并改造。

针对该次溜井改造方案在坚持采用碎石溜井代替原矿溜井的技术思路下，共提出4个具体方案。

方案一：在原溜井底部破碎车间±0.000 m平台(相当于绝对标高809.7 m)上沿-3.800 m地坑壁及平硐底部地坑壁建设一个宽4.2～5.3 m、净高3.5 m的“T”型车间，车间顶部在原板喂机下料口与破碎机下料口正上方布置2个下料口，下料口分别接棒条阀和振动放矿机，由振动放矿机给料至0#胶带机，再经1#、2#胶带机传送至厂区。见图4。

图4 方案一溜井底部改造示意

方案二：在-3.800 m标高0#胶带机所在地坑内、板喂机和破碎机下料口下侧直接安装两道棒条阀，±0.000 m平面以上其他部位均封堵，进行隔离，破碎后矿石均是通过棒条阀放料至0#胶带机，然后再经1#、2#胶带机传送至厂区。见图5。

图5 方案二溜井底部改造示意

方案三：将溜井底部料仓至原板喂机下料口进行改造，然后在该下料口安装棒条阀和振动放矿机，料仓底部与破碎车间之间用墙体封堵，溜井内破碎后矿石由振动放矿机给料至0#胶带机，再经1#、2#胶带机传送至厂区。见图6。

图6 方案三溜井底部改造示意

方案四：该方案是对方案三的加强，即在原料仓底部重建结构，并安装棒条阀和振动放矿机。溜井内破碎后矿石由振动放矿机给料至0#胶带机，再经1#、2#胶带机传送至厂区。见图7。

图7 方案四溜井底部改造示意

以上4个方案均是矿石由采场破碎后经带式输送机传送至溜井，矿石破碎后粒度不大于75 mm，而溜井的直径为6 m，溜井直径与进入溜井的矿石粒度的比值可达67∶1，另外加之本矿山矿石的粘结性较差，故发生堵料的可能性较小。但4个方案又各自有所不同，主要体现在工程量、施工周期、施工难易程度、安全可靠性等几个方面。

方案一安全可靠性有保障，车间之间的连通性比较完善，检修空间足够满足维修需要，在处理碎矿进入棒条阀时发生堵料也设计疏通捅料口，同时将原通风硐室、斜井与车间连接，并对原有收尘系统进行了改造，保证了车间的通风与空气质量；但工程量大、施工难度大、施工周期长。

方案二最简单，工程量最小，但只通过两道棒条阀向0#胶带机放矿(安装空间有限，只能安装两道棒条阀)，放矿的稳定性得不到保障。

方案三和方案四是对方案二的优化，即将±0.000 m 平面以上的车间缩小，只在溜井底部设置振动放矿机车间，在原破碎机下料口下面设置棒条阀。其中溜井底部设置的振动放矿机为主要放矿方案，破碎机下料口底部设置的棒条阀为备用放矿方案，只在放矿机故障检修或其他情况下使用。

方案三与方案四相比，方案三是尽可能利用现有条件，对溜井底部料仓下料口进行改造并安装振动放矿机，该方案工程量较小，但现场勘察发现，料仓底部受事故冲击影响，已出现部分裂缝，因此安全可靠性较低，需要对原料仓进行加固，加固工程难度较大。方案四是将料仓底部结构拆除，重新建设放置振动放矿机净空为7.5 m×6.5 m×4.0 m的底部结构；同时在靠近通风硐室一侧建设与通风硐室、平硐相联通的收尘车间，以确保本地下工程至少有2个安全出口和硐室内的空气流通及空气质量，该方案既保障了溜井底部结构上的安全性，又保证了生产运行过程中的安全性，且工程量适中，施工难度也较小，施工工期也可满足企业恢复生产的需求。

综上所述，经过对4个具体实施方案的比较论证，权衡各方案的利弊，综合考虑各方案的工程量、施工周期、建设投资、安全性等因素，最终确定选择方案四。

4 改造后其他安全技术措施

(1)在溜井底部+17.000 m标高处，即原溜井检查口处安装料位仪。正常生产时，溜井内物料不得超过该警戒线标高。特殊情况下，如采场溜井口附近降段时，溜井不得不填满时，要加大溜井底部各工艺环节的巡检、监控、管理力度，根据各设备的运行情况判断发生堵料、蓬料的可能性，并采取防范措施。当溜井口附近降段工作完成，形成正常作业面后，要马上将溜井内物料放空至安全警戒线以下，放矿时确保没有爆破后原矿混杂在碎料中。

(2)原破碎机下料口作为备用下料口，下接棒条阀直接给料至0#带式输送机，在该下料口处±0.000 m 修建一检修、捅料平硐，一旦该下料口发生堵料，可进行巡检、疏通。

(3)正常生产时，溜井不应放空，减少石料对储料仓底部结构、设备设施的冲击破坏，应保持经常性放矿制度。不合格的大块矿石、废旧钢材、木材和钢丝绳等杂物不应放入井内，以防堵塞。

(4)溜井口不准有水流入。雨季应加强水文地质观测，减少溜井储矿量；溜井积水时，不应卸入粉矿，并应采取安全措施，妥善处理积水，方可放矿。

(5)溜井底部卸矿棒条阀、振动放矿机车间的溜子上开设检查门，一旦该下料口发生堵料，可通过该检查门进行巡检、疏通。

(6)溜井底部新增加的设备主要为电液动棒条阀和振动放矿机，该处设备均要采取远程控制。

(7)溜井底部漏斗放矿前，要对棒条阀与振动放矿机进行严格检查，发现问题及时处理。

(8)在溜井口、棒条阀与振动放矿机车间、0#带式输送机地坑内、1#带式输送机平硐内安装摄像头等监控设备，实时监控各场所、各设备设施的运转状况，并及时对各种情况、设备状态作出判断和分析。

(9)厂区停产检修时，矿山也应同时停止生产，并将溜井放空，防止物料在溜井中停留时间过长而发生堵塞。

(10)储矿料仓下部设有检查窗口，针对检查料仓内发生的异常情况，应制定好详细的检查制度，并设置专人定期检查，发现问题及时处理，无法处理时应及时向上级部门汇报。

(11)溜井发生堵塞、塌落、跑矿等事故时，应待其稳定后再查明事故发生的地点和原因，并制定处理措施；事故处理人员不应从下部进入溜井。

改造后溜井系统的安全技术措施见图8。

图8 改造后溜井系统的安全技术措施

1—摄像头(监控范围为溜井口附近)；2—料位仪；3—摄像头(监控范围为棒条阀、振动放矿机、给料车间)；4—摄像头(监控目标为0#带式输送机)；5—棒条阀、振动放矿机等远程控制装置；6—检修、捅料平硐；7—摄像头(监控目标为1#带式输送机)

5 改造后溜井系统运行状况

2011年4月，矿山按照上述安全技术改造方案进行设计、施工，工期为6个月，于2011年10月初投入生产使用，试运行调试期2个月后达产达标，安全验收通过。截至2014年10月底，该系统运行稳定，未发生过溜井堵塞、蓬料以及其他安全事故，生产实践证明，改造后的碎石溜井系统是安全可靠的。

6 结 语

通过对某矿溜井堵料及垮塌事故后安全技术改造，从本质上排除溜井堵塞带来安全事故隐患，技术上可行，经济上合理，取得了很好的效果，为今后类似矿山技术改造提供了可靠的借鉴依据，同时也为类似新建矿山溜井系统提供了新的建设思路。

[1] 庞 博,王志飞,魏会军,等.溜井堵塞疏通方案的研究[J].矿业工程,2011(4):28-29.

[2] 刘秀礼,李怀宇.浅述溜井堵塞原因,处理方法和预防措施[J].四川冶金,1997(2):4-6.

[3] 曹涧泉,王万松.罗河铁矿主溜井堵塞原因分析及处理措施[J].现代矿业,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)

刘海卫(1979—)，男，工程师，硕士，050051 河北省石家庄市。