复杂地质条件下坑内溜破系统的设计

2012-11-16武荣

采矿技术 2012年6期

关键词：岩层矿区巷道

武荣

（兰州有色冶金设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

复杂地质条件下坑内溜破系统的设计

武荣

（兰州有色冶金设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

通过对金川公司矿山的复杂地质条件及已有生产系统的分析，有针对性地对其三矿区坑内溜破系统进行设计，从而降低了不可预见的风险，确保矿山的安全生产，同时选用了矿石破前筛分设备，提高了破碎机的效率，降低了能耗。

溜破系统；地下矿山；复杂地质条件

1 概述

金川公司已有50多年的建设、生产历史，该矿矿产资源由富矿和贫矿组成，目前共有3个矿区，龙首矿区和二矿区为富矿矿区，年出矿能力700多万t，三矿区为贫矿矿区。从市场经济角度出发，先采富矿在一定时期符合企业利益要求，但若干年后，其金属产量主要来自贫矿时，公司的总体利润将会大大降低，这将影响企业的发展，因此，在条件允许的情况下考虑贫富兼采，是矿山持续稳定发展的基本策略。为综合利用资源，实现矿山可持续发展，矿山决定对其贫矿资源进行开发，我公司承担了贫矿开发设计的任务，设计生产能力为7600t/d，设计范围内矿山的服务年限为36a，生产主运输中段有1350，1250，1150，1050m 共4个中段，破碎站设置在1000m水平，计量装矿设施设置在950m水平，要求破碎后的矿石块度≤300mm。

2 该矿山的特点

（1）矿山建设、生产历史长，经过多年累积，技术力量雄厚，具有丰富的建设、生产经验。

（2）现有竖井、斜坡道、溜井、破碎硐室、风井、运输平巷等设施在基建设期间及生产过程中均有维修（护）记录，对后续基础设施建设具有很高的指导价值。

（3）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。矿区把工程地质稳定性很差的岩层称之为不良岩层，调查资料表明，其目前开采范围内（一、二矿区）的不良岩层约占25%～30%。

（4）矿区属中高应力区，不良岩层为受软弱结构面控制、具流变特性的地质体。不良岩层有怕水、怕风化、怕震的特点。

（5）北京科技大学曾对矿区巷道围岩变形进行了大量现场监测，对围岩不同深度的位移值和巷道表面收敛值进行了长期观测，取得了重要成果。从不良岩层巷道围岩变形曲线看，可划分为3个阶段：急剧变形阶段、减缓变形阶段和趋于稳定阶段。利用巷道最大收敛变形量和巷道变形速率可以判断巷道的稳定性，即当最大收敛变形量小于允许最大收敛变形量（最大允许收敛变形量约100mm）时，围岩稳定；或者当变形速率小于0.1mm/d，并呈逐步下降趋势，最后趋于0时，则可判别为稳定。

3 矿山以往建设、生产过程中可借鉴的经验

（1）二矿区主井在掘进过程中由于井壁岩石暴露时间过长，围岩遭风化、溶蚀、软化、崩解、膨胀等作用，井壁发生坍塌，对竖井支护、掘进造成很大影响。

（2）2005年，该矿回风井井筒发生大面积垮塌，冒落空区达11000m3，冒落物几天内将1000m水平以上约500m的井筒全部堵死，造成回风系统几乎处于瘫痪状况，返修时对冒落区采用钢筋混凝土支护，返修期历时17个月。

（3）主溜井在建成后投入生产的初期发生过小范围坍塌，之后采取措施，对溜井及矿仓在局部破碎地段先采用C25锚网喷100mm厚支护后，再采用C35双层钢筋混凝土300mm厚支护，加衬锰钢板加固，并定期检查并更换衬板，每次检查、更换衬板时间为3～5个月。

（4）该矿生产过程中对出矿块度控制良好，大于300mm的大块约占30%。

4 溜破系统的设计

根据矿山特点，以及以往建设、生产过程中的经验，我公司对其溜破系统进行了有针对性的设计（见图1）。

图1 溜破系统示意

4.1 溜破系统简介

本系统溜矿井采用倒段方式，在每一段溜井底部设振动放矿机转入下一段溜井，在最后一段溜井底部设振动放矿机为棒条式振动筛给矿，棒条式振动筛筛下小块矿石直接经筛下溜矿槽进入成品矿仓，筛上大块矿石进入颚式破碎机，破碎后进入成品矿仓，成品矿仓中的矿石由其底部悬吊式振动放矿机给至计量胶带，进入矿石提升系统。共设两套溜破碎系统，每套系统都能独立完成7600t/d的生产任务。

根据不良岩层有怕水、怕风化、怕震的特点，溜井在施工过程中要做到随掘随支，在围岩稳固地段采用一次支护，围岩破碎地段采用两次支护，一次支护采用喷锚网，二次支护采用钢筋混凝土，溜井及矿仓加衬锰钢板加固，大跨度硐室、大断面巷道及交岔点一次支护采用长锚索，根据工程特点，设置监测点，进行施工监测及永久监测，根据监测结果确定二次支护参数，二次支护为钢筋混凝土或混凝土支护。

4.2 本溜破系统的优点

（1）采用倒段溜井可以最大限度地避免因溜井井壁发生垮塌而使矿山生产受到影响。

（2）由于该矿生产过程中对出矿块度控制良好，大于300mm的大块约占30%，破碎前采用振动放矿机＋棒条式振动筛给破碎机给矿，可以缩短破碎机工作时间，节约能源，同时能延长破碎机的衬板使用寿命。本次设计未采用棒条式振动给料机直接为破碎机给矿，主要是因为要完成7600t/d的生产任务，经考察，该棒条式振动给料机的外形尺寸为7m×2.6m×3m（长×宽×高），这样大体积的设备不易运往井下使用地点。

（3）采用两套能独立完成生产任务的溜破系统和中段溜井卸矿处采用双轨线路，可以避免因一套系统检查并更换衬板而影响生产。

（4）溜井及矿仓加衬锰钢板加固，大跨度硐室、大断面巷道及交岔点一次支护采用长锚索，可以延长这些基础设施的服务年限。

（5）设置监测点，进行施工监测及永久监测，根据监测结果确定二次支护参数，可以更准确地掌握不良岩层地段，并在施工过程中进行加固，还可以通过永久监测防患于未然。