矿山溜井卸矿结构优化

汪小东

(长沙有色冶金设计研究院有限公司)



矿山溜井卸矿结构优化

汪小东

(长沙有色冶金设计研究院有限公司)

摘要针对传统溜井卸矿结构的不足，通过PFC3D研究矿石溜放规律，优化了卸矿结构参数，提出了一种新型溜井卸矿结构。结果表明，此溜井卸矿结构可有效保护上部溜井，延长溜井服务年限。

关键词PFC3D溜井卸矿结构矿石溜放规律

矿山溜井是矿山运输的咽喉，其运行好坏直接影响矿山生产。溜井放矿过程中矿石与溜井壁频繁摩擦、碰撞，导致井壁破坏。本文提出一种新型溜井卸矿结构，并通过PFC3D研究矿石溜放规律，优化卸矿结构参数，有效减少矿流对上部溜井结构的冲击，延长溜井服务年限。

1　新型溜井卸矿结构

甲玛铜多金属矿是西藏自治区“九五”、“十五”期间重点矿产勘查项目，铜铅多金属矿带通过的铅山、铜山分别高5 042，5 302.50 m，而与之相对的夏工普沟底和布朗沟头仅4 500 m，相对高差达540 m以上。为解决矿石运输高差大的难题，采用矿石溜井转运系统。转运溜井分为两部分，上部标高4 484～4 269 m，高度215 m，下部标高4 261～4 095 m，高度166 m。传统的溜井卸矿结构见图1(a)，矿石对上部井壁的冲击集中分布在2～30 m[1-2]，由于工程区域各类岩体结构面发育，风化带厚度较大，在矿石的冲击荷载作用下，溜井上部结构极易发生破坏、垮冒，严重威胁溜井正常安全生产。

图1　溜井卸矿结构

为此，本研究充分考虑减少冲击动荷载破坏这一因素，提出了新型溜井卸矿结构(图1(b))。卸载坑底部采用平底结构，形成死矿堆，减少物料对卸载坑的冲击和磨损，并减缓物料速度；设置小直径漏斗即中心落矿漏斗汇聚矿石，减少矿石由于其卸载初始速度对溜井井壁的直接冲击破坏，很好地保护了溜井结构。

2　主溜井卸矿结构参数优化

2.1新型溜井卸矿结构的PFC3D数值模型

PFC3D是ITASCA公司基于离散单元法开发的、用来模拟圆形颗粒介质的运动及其相互作用的大型三维数值程序[3]，近年来，在矿山行业常用其分析爆破、崩落采矿及溜破系统等问题[4-5]。

按设计原始资料：矿石块度不大于500 mm，自然安息角40°，10 m3固定式矿车，建立矿车及矿石的数值模型，并按设计中采用的卸载站及溜井结构，建立溜井卸矿模型，见图2。

图2　新型溜井卸矿结构数值模型

2.2新型溜井卸矿结构的PFC3D模拟结果

为分析中心落料漏斗横断面尺寸及高度等参数对矿流汇聚效果的影响，本文采用相同的10 m3固定式矿车和相同尺寸的卸矿坑，对不同中心落料漏斗横断面尺寸及漏斗高度进行了模拟。

2.2.1中心落料漏斗横断面尺寸参数确定

为了确定中心落料漏斗横断面尺寸，分别对不采用中心落料漏斗、中心落料漏斗横断面尺寸为2 m×2 m、中心落料漏斗横断面尺寸为1.5 m×1.5 m 3种情形进行了模拟分析。

不采用中心落料漏斗时的溜井卸矿工况模拟结果见图3,中心落料漏斗尺寸为2 m×2 m(高 2 m)时的溜井卸矿工况模拟结果见图4,中心落料漏斗尺寸为2 m×2 m(高4 m)时的溜井卸矿工况模拟结果详见图5。

图3　不采用中心落料漏斗时的溜井卸矿工况模拟

分析比较3种情况的模拟结果，可以归纳出以下结论：

(1)中心落料漏斗对卸矿流有一定的汇聚作用，可以保护上部溜井结构免于或减轻矿流的冲刷，延长溜井的使用寿命。

图4　中心落料漏斗尺寸为2 m×2 m(高2 m)时 的溜井卸矿工况模拟

图5　中心落料漏斗尺寸为2 m×2 m(高4 m)时 的溜井卸矿工况模拟

(2)中心落料漏斗横断面尺寸越小，对卸矿流的汇聚作用越强：当中心落料漏斗横断面尺寸为2 m×2 m 时，溜井上部结构约60 m在矿流冲刷范围以外；当中心落料漏斗横断面尺寸为1.5 m×1.5 m时，溜井上部结构约110 m在矿流冲刷范围以外。

中心落料漏斗横断面尺寸的确定，除了考虑对卸矿流的汇聚作用外，还需考虑后期溜井维护及检修通道的需要，以及矿石最大块度等因素。本溜井下部矿仓内衬板的更换，溜井检修维护时人员、材料等的下放通道，需要中心落料漏斗横断面尺寸不小于1.5～2 m；为避免矿石堵塞中心落料漏斗口，中心落料漏斗横断面尺寸亦要求不小于3～4倍下放最大矿石块度。综合以上因素考虑，结合PFC模拟结果，最终确定中心落料漏斗横断面尺寸为2 m×2 m。

2.2.2中心落料漏斗高度的参数确定

在中心落料漏斗横断面尺寸为2 m×2 m不变的前提下，对中心落料漏斗高度2，4 m两种情形进行了模拟分析。见图4、图5。通过分析比较两种情况的模拟结果，可以归纳出以下结论：

(1)中心落料漏斗高度参数对卸矿流的汇聚作用影响不明显。

(2)中心落料漏斗高度较大时，矿流在中心落料漏斗内相互碰撞的机率增大，矿流在卸载初期即有零星分散的现象出现。

结合PFC3D模拟结果，最终确定中心落料漏斗高度为2m。漏斗采用钢筋混凝土结构，内壁安设耐磨衬板。加固冲击荷载破坏段溜井，即从溜井卸矿标高至溜井内40m范围内，采用钢筋混凝土结构，内壁安设耐磨衬板。

3　结　语

通过PFC3D模拟,对不同卸矿结构参数下溜井内矿石的运动特点进行分析，为研究溜井内矿石的运移特征提供了一种有效的方法。采用中心落矿漏斗的新型卸矿结构，可有效汇聚卸矿矿流，减小矿石对上部溜井的冲击破坏。

参考文献

[1]张丙涛，刘艳章，张群，等．溜井溜放矿相似试验平台的研制与应用[J]．矿业研究与开发，2016，36(2):86-91．

[2] 宋卫东，王洪永，王欣，等．采区溜井卸矿冲击载荷作用的理论分析与验证[J]．岩土力学，2011，32(2)：326-332．

[3]ITASCAConsultingGroup，Inc..PFC3Dtheoryandbackground[M].Minnesota：ItascaConsultingGroup，Inc.，2008.

[4]吴顺川，周喻，高斌．卸荷岩爆试验及PFC3D数值模拟研究[J]．岩石力学与工程学报，2010(9)：4082-4088．

[5]朱焕春．PFC及其在矿山崩落开采研究中的应用[J]．岩石力学与工程学报，2006(9):1927-1931．

(收稿日期2016-04-29)

Optimization of Ore Dispatching Structure of Mine Chute

Wang Xiaodong

(Changsha Engineering and Research Institute Ltd.of Nonferrous Metallurgy)

AbstractIn view of the insufficient of the classical ore dispatching structure of mine chute,the ore dispatching structure parameters are optimized by analyzing the ore humping regularity based on PFC3Dsoftware,the results show that upper chute can be protected effectively by the optimized ore dispatching structure,besides that,the length serve of chute is extended.

KeywordsPFC3D,Ore dispatching structure of chute,Ore humping regularity

汪小东(1982—)，男，高级工程师，硕士，410001 湖南省长沙市雨花区木莲东路299号。