某铜矿下料溜井的设计

卢学专

(兰州有色冶金设计研究院有限公司, 甘肃兰州市 730000)

某铜矿下料溜井的设计

卢学专

(兰州有色冶金设计研究院有限公司, 甘肃兰州市 730000)

根据某铜矿工程建设情况,为降低生产时期斜坡道运输压力、改善井下通风质量和加快基建进度,设计考虑建1条下料溜井输送井下支护用的砂子。对下料溜井的设计、施工和运行管理及其必要性进行了阐述。

下料溜井;运输压力;通风质量;基建进度

1 概 述

某铜矿设计生产规模250万t/a,服务年限36 a。矿山采用主副竖井和辅助斜坡道联合开拓,采矿方法为下向水平分层胶结充填采矿法,无轨铲运机出矿。该矿区内断层纵横交错,岩浆活动频繁,致使岩体破碎,工程地质条件极为复杂,开采范围内的不良岩层(即稳定性很差的岩层)约占25%～30%,不良岩层段的巷道极容易变形,对井巷开挖和采矿工程的设计与施工影响较大。根据工程地质条件和相邻矿区的生产经验,所有井巷工程均需两次支护,新施工的巷道断面还需留有允许围岩变形的余量(一般要留150～300 mm),建成后的巷道一般在使用2 a后都要进行巷道返修,从而导致井巷掘进量、支护量较同类矿山大很多。

2 建设下料溜井的必要性

由于地质条件比较特殊、矿山的生产规模较大,在转入生产期后,每天需要通过斜坡道运送到井下的材料有水泥128.39 t,钢材14.94 t,锚杆7.2 t,油品10.8 t,空心砖58.2 t,石子192.4 t。另外,每天还要经过斜坡道运送爆破器材、人员以及大型采矿设备。斜坡道按单车道加错车场设计,长度4.15 km,坡度10%～15%,考虑到汽车的爬坡能力,运送材料的车辆均选用5 t的自卸式汽车。根据年运输量、车辆的额定载重、汽车载重利用系数、时间利用系数以及运输不均衡系数计算斜坡道单向行车密度为6.5辆/h。每天用于新掘巷道支护、旧巷道返修支护、采场支护的砂子约为379.2 t,经计算运送砂子的单向行车密度约为5.1辆/h。如果通过斜坡道运送砂子,斜坡道单向行车密度将达到11.6辆/h,行车密度偏大;同时井下运输车辆的增加,相应的会加重井下空气的污染。

从投资和运营成本上分析,建设下料溜井需增加投资1562.75万元,如果通过斜坡道运送砂子,按380 t/d(330 d/a)、井下运距3.8 km、运费0.8元/t·km来计算,每年运输成本为38.12万元,36 a运输成本共计1372.32万元。再加上增加的运输车辆、车辆维护、驾驶人员的工资以及通风成本,36 a的运营成本远超过建设下料溜井的投资,建设下料溜井在经济上是合理的。

下料溜井的任务是负担生产期下放支护材料,在施工顺序上可以等到基建后期再施工,但本项目基建工程量为37542 m/618410 m3,为了加快基建进度提前投产,基建期安排下料溜井和其它4条竖井共同作为废石提升井用于基建开拓,基建期5 a。下料溜井建成后将承担1350 m中段工程、1350～1450 m辅助斜坡道、1350～1250 m部分辅助斜坡道等施工任务,工程量为7342.02 m/115861.58 m3。

因此,建设下料溜井对本项目来讲尤为重要。

3 下料溜井设计简述

3.1 下放材料的选取

综合考虑井下所用材料的种类、特性以及每天的用量,只有砂子和石子可以借助重力下放,而且用量较大,但如果两种材料通过1条下料溜井下放,管理比较困难,通过建2条下料溜井来下放材料投资又过高。然而不管是通过下料溜井下放任何一种材料,都能有效缓解斜坡道的运输压力和改善井下通风质量,最终设计将井下用量最大的砂子通过下料溜井输送。

3.2 下料溜井设计

采用下料溜井下放支护材料,要求确保物料借助自重进行输送,减少井壁磨损,防止堵井,出料要顺畅,下料溜井结构设计是否合理是本项目的重点。根据下放材料的特性、通过能力和上述要求,下料溜井工艺和结构设计参数如下。

(1)断面形式及尺寸的确定。矿体埋藏较深,距地表约270 m,采用竖井下放砂子运输距离短,也便于施工。圆形断面通过率大、受力好、砂子对井壁的磨损较为均匀、好施工,所以下料溜井采用圆形断面。按放矿原理,断面尺寸一般采用大于3倍物料粒径,本项目因输送的是砂子,其粒度小,但含泥量大,如果断面过小易造成下料溜井堵塞。为确保连续输送物料、防止堵井,确定下料溜井净直径为Φ4 m。

(2)竖井井位的选择。结合矿山地表公路、井下斜坡道的布置以及断层所在的位置,下料溜井布置在矿体下盘地表移动区外,建在采矿工业场地的西北侧,井口距地表公路约35 m,距采矿工业场地约180 m;井底距1350 m分段斜坡道约32 m。井口工业场地标高1724 m。

(3)溜井井深的确定。矿山开拓中段为1350, 1250,1150 m和1050 m 4个中段,矿体在深部还没有封闭,基建中段为1350 m和1250 m 2个中段。2个基建中段保有矿量5109.62万t,可为矿山服务20 a。结合矿山选用的采矿方法、首采中段及首采中段服务年限,设计确定溜井井底标高1350 m,井深374 m。虽然1350 m水平以上矿体回采及巷道返修用料时存在返向运输,但1350 m水平以下生产用料时运距较短。

(4)竖井井口及井底设计。为使砂子在井筒中心下落,降低砂子对井壁的磨损,设计在井口安装一个钢漏斗,钢漏斗上口尺寸3.0 m×2.4 m,下口尺寸1.0 m×1.0 m,漏斗高度1.5 m。为确保钢漏斗安装牢固,在钢漏斗上口、下口各用2根槽钢固定。为避免单一断面对砂子约束并造成堵井,溜井下部设有砂仓,砂仓净直径Φ4.5 m,长10 m,砂仓底部安装1台振动放矿机,可将砂子直接装入汽车。装料车场长度20 m,在车场的最前端设有调车硐室,末端设一联络道与分段斜坡道相连。溜井通过能力取决于井口卸料能力、井底设备出料能力和运输巷道通过能力。井口和井底距主要运输巷道都比较近,运输通过能力不存在问题;地表公路路面宽、坡度小,可采用大吨位车辆运砂,井口卸料不存在问题;井底振动放矿机选用FZC-3.8/1.4型振动放矿机,电机功率7.5 k W,通过能力为1160～1400 t/h,出料也不存在问题。因此,下料溜井的通过能力可以满足矿山规模扩大时增加的用砂量。

(5)下料溜井支护参数的确定。考虑到下料溜井使用年限长、矿山地压大、巷道易变形,为减少井筒返修、降低井壁磨损,溜井正常段采用C35单层钢筋混凝土(350 mm厚)支护,并内衬20 mm厚普通钢板,砂仓采用C35双层钢筋混凝土(500 mm厚)支护,并内衬30 mm厚锰钢板。井筒及砂仓虽然采用整体钢筋砼支护,但支护时模版之间的接茬还是存在的,接茬的存在又会加重砂子对井壁的磨损,施工时应尽量减少井壁接茬。而减少井壁接茬的办法就是减少混凝土浇筑的次数,也就是待井筒一次掘进10 m甚至更深时再进行混凝土浇筑。为确保施工安全,并结合相邻矿区施工经验,确定增加C25锚网喷射砼(100 mm厚)作为临时支护。施工时每一个掘进循环过后都进行一次临时支护,待掘进深度达到15 m甚至更深时再进行整体混凝土加衬板支护。截至目前,下料溜井已经施工4个多月,平均掘进速度70 m/月,达到了预期的施工要求。

4 运行管理及安全措施

(1)在井口工业场地设钢栅栏,并安排值班人员值守,防止非工作人员及车辆进入场地;场地周围做好护坡、砌好水沟,防止雨季洪水进入井下;井口卸料处设置永久车挡,车挡高度不小于0.5 m,长度应超出最大车辆宽度2 m以上。

(2)井底装料处设操作硐室,硐室地面高出巷道地面1.2 m。硐室设两个安全出口,一个出口与装料车场相通,并安装可以开启的密闭门窗,另一个出口通过安全通道与分段斜坡道相通。

(3)下料溜井在使用过程中禁止放空,应留不小于20 m厚的砂子作为缓冲垫层。

5 结束语

该矿资源储量大、生产规模大、服务年限长,但矿山地质条件复杂、地压大、巷道易变形,给矿山生产带来了很大难度。特别是支护量很大,支护材料的输送给斜坡道运输、井下通风带来了一定的压力,而下料溜井的实施有效缓解了上述压力,也加快了基建进度。另外,下料溜井也为井下提供了接近4000 m3的调节砂仓,运输管理也很简单,为矿山的持续生产提供了保障。

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2012-04-10)

卢学专(1977-),男,河南新野人,工程师,主要从事矿山采矿设计工作,Email:lxzck971@139.com。