溜井放矿风险综合分析与控制

詹森昌

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

溜井放矿风险综合分析与控制

詹森昌

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

矿床开拓是矿山建设的重要一环，开拓方式又与运输方式有密切联系，在有条件利用矿石重力运输时，溜井运输系统是首选方案。根据溜井中矿石移动规律和考察资料，结合溜井的运行情况，对溜井放矿的各种风险进行了分析，包括磨损与破坏、放矿堵塞、跑矿等，并提出相应避免溜井破坏和堵塞的措施。除粉矿和水的含量难以同时控制外，溜井放矿的风险是可控的。

溜井放矿；磨损与破坏；堵塞；风险；可控

1 引言

矿床开拓是矿山建设的长远大计，一旦建成就很难改变［1］，而开拓方式又与运输方式有密切联系。所以在有条件利用矿石重力运输时，溜井运输系统是首选方案。它具有运输能力大、效率高、成本低、便于管理、节能环保等优点。但也存在风险，主要有堵塞、跑矿和井壁磨损破坏，严重时，整个溜井报废。这些风险能否控制，就成为是否能采用溜井运输方案的关键，直接制约着矿山的生产能力。

2 德兴铜矿的溜井放矿历史回顾

德兴铜矿露采初期，前后使用了三条溜井。前二条是溜槽溜井。它的优点是：（1）溜槽坡面、井口处可以贮矿，调节生产；（2）矿石从高处滚下，有二次破碎作用；（3）基建投资少、工期短。缺点是：坡面留有大量粉矿，每年雨季，它与坡面上的雨水一起大量集中进入井筒，易产生跑矿、堵塞循环，严重影响生产，并且堵塞地点逐步向井筒内和高处发展，造成一次比一次规模更大、问题更严重的恶性循环，导致发生重大事故。

总结惨重的教训，后来的一号溜井采取如下措施：

（1）取消溜槽，全部使用井筒；（2）采用双边放矿，确保一边处理跑矿时，另一边进行生产放矿，避免因停止放矿，堵塞点向井筒内和高处发展；（3）确保井筒施工质量。井筒由小断面自下向上扩大时，每次测量定点，准确施工；（4）雨季时，少出粉矿，并井筒贮满矿，经常松动放矿，确保井筒不积水；（5）增加扇形调节闸门，减小放矿口的高度［2］。

为了更好的掌握实际资料，指导今后生产，在一号溜井放矿量为1018.4万t时，进行了全面考察和实测。随着下部放矿的进行，井筒中的矿石移动规律如图1所示。

图1 矿石移动分区示意图

井筒中第一区的矿石表面是全断面、平稳、缓慢地下降，井壁上留有明显的“波痕”，其间距是20~30mm；矿石表面也有突然下降现象，最大距离约为100mm。

当矿石表面进入第二区时，表面出现凹坑。随着矿石表面继续下降，凹坑的深度增加，范围扩大。表面的矿石在下降的同时，产生滚动。这时矿石表面开始分级，大块矿石集中，为矿石在第三区产生咬合拱，发生堵塞创造了条件。

当矿石表面进入第三、四区时，出现了“矿堆”，使矿石流动断面逐步缩小，矿石进一步自然分级，大块集中，易形成块矿咬合拱，发生堵塞和“卡斗”现象。为了减少堵塞的发生，应尽量扩大第三区，缩小第四区。如图1所示，原单边放矿硐室（4）放矿时形成的矿堆（2），而另一边放矿硐室（5）放矿后，矿堆（2）大大减小，变成“死矿堆”（3）。由此可见，双边放矿是大力缩小第四区的最好措施。

一号溜矿井在露天采场中心部位，穿过岩层为含铜斑岩和含铜千枚岩，井筒高度180m,直径6m，除溜口附近锰钢板加固（5m高）外，全部无支护。在生产期间，一号溜井最高日出矿量超过3万t，最高年出矿量为860万t。生产19年，累计出矿量为6515.5万t，而井壁仍然完好。

3 井筒的磨损与破坏

3.1 井筒磨损类型

溜井放矿时,井筒必然会发生磨损。根据其发生原因，一般可分为以下几种主要类型。

（1）冲撞磨损。

矿石在卸矿时的初速度和重力加速度作用下，对井壁进行冲撞，产生冲撞磨损。程国华先生分析，其冲撞磨损范围距井口为25~76m［3］；脉外溜井井壁的冲撞磨损范围是20~40m［4］。由于两者的溜井直径和运矿工具不一样，其数据也就不一样。

（2）滚撞磨损。

卸矿时，矿石直接冲撞井壁后，在重力作用下，落至下部矿石表面时，部分矿石会以剩下的能量滚动，再次冲撞井壁，产生滚撞磨损。其特点是：①井壁磨损的地点是不固定的，随井筒内矿石表面的高度而变；②随井筒内矿石表面距卸矿点的距离增加，矿石的滚撞磨损能量加大，磨损速度加快；③磨损地点在井筒下部，不易被发现。

（3）降撞磨损。

溜井放矿时，井筒内的矿石在下降过程中与下部矿石表面接触瞬间，对井壁冲撞产生降撞磨损。

国外金属矿山杂志于1991年9期发表了“溜井中矿石移动的研究（十）”［5］的译文，该文提出井壁产生磨损的主要原因是“矿石在下降移动的情况下，当矿石停止重力流时，如图2所示那样砸到井壁上，致使井壁产生磨损。”

图2 溜井中矿石冲砸井壁造成井壁磨损示意图

（4）摩擦磨损。

溜井放矿时，井筒内的矿石在下降过程中，周边矿石与井壁发生摩擦，产生摩擦磨损。

其磨损特点是“贮矿段的井筒磨损速度较小且均匀，井壁光滑”［6］；“贮矿段磨损与深度无关，因为在贮矿段溜井磨损均匀，上、下磨损速度非常接近。”［7］

3.2 井筒破坏

井筒破坏的发生，一般是井壁受到放矿产生磨损后，岩石内部应力平衡受到破坏而引起的。其破坏速度与严重程度，除与各种磨损产生的磨损范围和其量的大小有关外，与地质构造和矿岩的物理力学性质更加密切。

（1）摩擦磨损引起的破坏。

由于摩擦磨损产生的井壁四周磨损是均匀的、缓慢的，因此，岩石内部应力平衡变化也是缓慢的、均衡的；加上贮矿的矿石支撑，井壁一般不会因磨损而产生破坏。德兴铜矿1号溜井井筒无支护，在贮矿条件下生产，最终累计放出矿石量6515.5万t，井筒仍然完好。张家洼铁矿1号溜井投产3年后，井筒直径从3m垮冒至直径平均为10m，最大18m。在未维修情况下，采用满井放矿，带“病”作业，虽然管理较难，但效果较好，近4年溜井运行一直比较正常［8］。

（2）降撞磨损引起的井筒破坏。

德兴铜矿1号溜井，在放出1018.4万t矿石后，进行考察和实测。“全溜井的井壁光滑、完整，磨损轻微。”“考察中发现，矿石表面有突然下降现象，其下降值一般为20~60mm，最在100mm。”［9］

从井壁光滑、完整看，没有降撞磨损的冲砸痕迹，降撞磨损反映不出来。一般情况下，降撞磨损不会引起井筒破坏。

（3）冲撞磨损引起的破坏。

它的磨损地点比较固定，范围较小，井壁内部应力变化也较集中，易引起井筒破坏。这种现象在井下矿山，一条溜井承担多中段出矿时，经常出现。

武山铜矿1号溜井，服务四个中段出矿任务，上部出现呈之字形垮塌［10］。它是卸矿时，矿石直接冲撞和反弹的再次冲撞，产生冲撞磨损引起的井壁破坏。内蒙古某铜矿1号主溜井受到破坏后，提出“矿面位置控制在斜口以下8m范围内”［11］的措施，防止井壁受到直接冲撞而引起破坏。白马露天铁矿2号溜井，井口15m范围内用钢筋混凝土护壁锁口，使用不到一个月就遭到破坏［12］。分析其产生的原因是溜井直径5m时，汽车卸矿的冲撞点超过15m［3-4］。因此，井口加固以下岩石受到卸矿的矿石冲撞产生破坏，进而引起钢筋混凝土护壁锁口破坏。

（4）滚撞磨损引起的破坏。

它发生在井筒下部。当井空很高时，卸矿的部分矿石滚撞井壁的能量很大，磨损量很大，引起岩内部应力变化也大；若围岩破碎，构造发育，则会产生大的破坏和严重的后果。

武山铜矿1号溜井井筒围岩节理极为发育，下部有两条断裂构造通过；加上该矿采用非贮矿方式运输且经常放空，因此井壁长期受到井空高的滚撞磨损，造成井筒下部严重破坏［10］。苏联中央磷灰石矿的1、2、3号溜井下部严重破坏［13］。分析其原因，应该是高井空生产放矿，滚撞磨损引起的。

综上所述，减缓井筒磨损和防止井筒破坏，最好的方法是井筒贮满矿，也是最有效和最廉价的措施；同时有一个适合该矿具体情况的溜井设计，才会得到理想的效果。因此，只有设计和生产单位共同配合，才能实现以上意愿。

4 放矿堵塞

在溜井放矿过程中发生堵塞，不仅影响生产，同时也给安全带来威胁，易发生安全事故，应尽可能减少其发生。从堵塞发生原因，可分为块矿咬合拱和粉矿粘结拱产生的堵塞；从堵塞发生的地点，可分为一般堵塞和非正常（或特殊）堵塞。现对后者进行分析。

4.1 一般堵塞

放矿溜井的井筒直径，都会大于所放矿石的块矿咬合拱和粉矿粘结拱的垮度。井筒内第一、二区内的矿石，在放矿过程中是全断面移动。因此，不会产生稳定的平衡拱而发生堵塞。

在井筒内的第三区，矿石的移动断面逐渐变小，给块矿和粉矿形成稳定的平衡拱发生堵塞，创造了条件。断面越小，产生堵塞的频率越高。因此，第三区内产生的堵塞称为正常堵塞。但要减少这种堵塞的发生，可采取如下二个措施：

（1）采用双边放矿，如图3所示。当井筒直径为6m时，振动放矿的台板埋深和眉线高度都取1.4m，振动出矿机台板倾角16°，矿石流动角为70°的条件下，采用单边出矿时，矿堆的高度为12.6m，而双边出矿其高度只有4.4m。这样减少了堵塞发生的概率；同时，降低了悬拱堵塞的高度，便于处理。

图3 双边振动出矿有关参数示意图

（2）采用振动出矿技术，它增加了最易发生放矿卡斗堵塞的、溜井放矿出口处的宽度。据武钢矿山研究所谭志恢的分析介绍，在振动出矿与重力放矿相同的眉线高度时，振动出矿的流动带的最小厚（宽）度为重力闸门放矿的1.3倍［14］。同时，振动放矿有“顺形”作用，中条山有色金属公司的溜井放矿口尺寸1100×1500mm时，放出了800~1000mm的大块［15］；另外，它有改善矿石的流动性，有破拱和消除大块卡堵的作用［16］。因此，振动出矿时，出矿口的卡斗堵塞现象可以大大的减少。

总之，双边溜口和振动出矿两者结合，是减少溜井放矿发生一般堵塞的最有效措施，也是两者最佳结合。

4.2 特殊堵塞

表1 不同矿石性质与溜井尺寸匹配表

在放矿溜井井筒内第一、二区发生堵塞，是不正常的，是不应该发生的。可能有如下原因引起。

（1）施工质量问题，如酒钢镜山铁矿黑沟2号溜矿井，有5次堵塞就是发生在井筒直径为最小的5m“凸台”处［17］。

（2）溜井中的检查巷道破坏了井筒中正常负压放矿，也可引发井筒堵塞。［18］如上述黑沟矿2号溜井另外3次堵塞，是发生在3454m水平措施巷道处［17］。

（3）粉矿被夯实。较高距离的矿石，直接砸在粉矿上，粉矿会被夯实，粘结力加大，粘结平衡拱垮度加大，从而形成堵塞［19］。

（4）进入溜井的矿石块度，大大超过规定大块尺寸，并且矿石中大块比例很高，也有可能发生井筒堵塞［19］。

（5）有些粘性很大的粉矿，在井筒种停留时间过长，未能得到及时应有的松动，也有可能发生井筒堵塞［20］。

（6）溜井结构不合理，产生移动方向和移动速度的改变，达到一定程度则产生堵塞［20］。

（7）在放矿过程中，井筒遭到撞击破坏，或因地质构造而发生井壁大块片帮而产生井筒堵塞［21］。

总之，以上这些特殊堵塞，对生产和安全带来的问题是很大的，但只要找出其发生原因，认真的进行对待，完全可以解决的，也是可控的。

5 跑矿

矿石中的粉矿和其水的含量，超过某一限度时，就会发生跑矿现象。根据“振动放矿技术”中的数值所示（见表1）［22］。当水份不同时，矿石的粘结力C可以相差5倍。

当溜井放矿时，发生跑矿，在处理跑矿过程中，放矿闸门附近的矿石中的水份，由于本身的压力而流失，粘结力增大，又会发生堵塞。因此，跑矿清理好，接着又处理堵塞。当堵塞处理完，进行放矿时，上部水份多的矿石又会跑矿。就这样，跑矿与堵塞重复循环进行。如果进入井筒内的粉矿和水得不到有效控制，最终会发生重大安全事故。

德兴铜矿2号、3号溜槽溜井，就是因为这样的原因，发生了人员伤亡和设备破坏的重大事故，教训是深刻的。因此，在粉矿和其水的含量不能同时有效控制时，不宜采用溜井放矿，尤其是粉矿粘结性大的矿山。

6 结论

从以上的论述可看出，溜井放矿是存在比较大的风险，但也是可控的。除了矿石中的粉矿量和其含水量都同时难以控制时，不宜采用溜井放矿外，其它情况是可行的。只要针对各种具体情况，采取针对性措施，严格按照规范要求，溜井放矿运输系统是安全的、适用的。当采取相应措施后， 一条溜井日出矿量3万t以上，年出矿量1200万t以上，最终放出1~2亿t矿石是可以实现的。

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Comprehensive Analysis and Control on Risk of Orepass-Drawing

ZHAN Sen-chang
（Dexing Copper Mine of Jiangxi Copper Corporation, Dexing 334224, Jiangxi, China）

The deposit development is an important part of mine construction, and the development way is closely related with the haulage mode. When the ore gravity haulage is used, the ore pass system is the first choice. It is stated that a variety of risks, including wear and damage, hanging-up to ore-drawing, ore leakage etc, are analyzed upon the basis of ore-moving regularities, surveying files as well as the running status of orepass against the background of Dexing Copper Mine, and certain measures are presented accordingly in case of damage and/or hanging-up to orepass. A conclusion has been drawn that the risks on orepass drawing are controllable, with the exception of the fine ore and their moisture content which are hard to be managed simultaneously.

orepass-drawing；wear& damage；hanging-up；risk；controllable

TD521+.1

A

1009-3842（2015）05-0023-04

2015-05-21

詹森昌（1936-），男，江西婺源人，教授级高工，主要从事采矿工程相关研究工作。E-mail: 214533984@qq.com