APP下载

高位溜井堵卡的形成机理及处理方法

2014-10-28杜飞王鹤燕石明超王伟吕英磊

中国高新技术企业 2014年17期

杜飞+王鹤燕+石明超+王伟+吕英磊

摘要:矿山发展趋势是随着矿体越采越深,要与上部运输系统和提升井对接,需要在更深中段设置车场和延深井筒,高位溜井的作用日显突出,尤其是在进一步降低成本方面。但是目前国内研究高位溜井的课题较少,三山岛金矿在处理溜井堵卡方面积累了一些经验。文章主要介绍了高位溜井堵塞产生机理和处理新旧方案的应用研究,并特别注重了高位溜井第一次启用流程,对科学使用溜井、处理溜井堵卡具有参考作用。

关键词:高位溜井;堵卡;钻机法;灌水法

中图分类号:TD854 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2014)25-0081-02

溜井是矿山开采集中运输的咽喉工程,对提高生产能力和降低成本起到至关重要的作用。随着采矿方法的改进,高位溜井逐渐凸显出优势,但同时暴露出容易堵卡的问题,严重影响矿山的正常生产任务,而且若处理方法不对或不及时则存在极大的安全隐患。溜井堵卡的原因很多,但最终表现的形式基本上都是形成了粘结平衡拱。

1 工程背景

三山岛金矿新立矿区为满足新立主混合井的10000t/d提运能力建设了多条主溜井,长度均达到120m以上,新立矿区-320m至-600m中段的85#、87#、89#垂直溜井,-400m至-600m中段的53#、57#斜70°溜井,-480m至-600m中段的53#、55#、57#垂直溜井均与-600m运输大巷相通,其中85#出现了严重堵卡问题。该溜井直径3.0m,采用正掘方式,喷浆50mm,局部有片帮的地方,锚网支护,装备惊天固定式破碎机,振动式放矿机,550mm格筛,2m?侧卸式运输矿车。建设完毕后直接倾倒矿石,对长溜井第一次启用缺乏管理经验,导致投入后不久,整个溜井出现了堵卡。

2 溜井堵卡形成机理

2.1 溜井内矿石运动规律

矿石自从卸载站自由落体进入溜井后,进入放矿机额墙以上3~5m处,形成末端,该段若无特大块突然滑落一般不能堵卡,即使堵卡由于靠近放矿机口,容易被处理。第一次启用时对溜井井壁和放矿机冲击大之外,以后主要其高度、形状及流动角比较稳定,受放矿形式影响较大。随着矿石的不断卸载,溜井料位升至距离格筛20~30m处,形成正常段,该段最容易发生堵卡。由于堵卡高度多变,是高位溜井堵卡处理的难点。正常段以上至格筛为空井段,矿石在空井段一直做自由落体运动长度对正常段影响大,冲击力大夯实矿石,所以控制空井段高度很重要。

上述三段的长度关系是不断变化的,溜井堵卡在无杂物和水流进入的情况下,一般正是三者的变换导致,起移动机理归结为溜井内矿石临时流动拱向粘结平衡拱的形成过程。

2.2 溜井堵卡原因

设计方面:溜井断面和坡度设计不合理。溜井的断面尽量控制在直径3m和坡度65°以上,额墙厚度要足够承受竖直溜井矿石的冲击力,应设置贮矿段,断面为溜井正常段的1.5倍左右。

管理方面:溜井内的矿石存放时间过长,易产生结块,使后来放矿时结成拱顶;溜井壁突出,当突出面积达到溜井断面积5%~8%时,将会阻止矿石流动,使溜井堵塞;采场的矿石在倒往溜井时,将未经二次破碎的大块矿石和采场内的钢管、钢筋、木材等杂物一起倒在溜井里,容易造成溜井堵塞;溜井内矿石储存时间过长,一般不能超过8h不流动,尤其是粘结性较大的矿石;溜井内有水眼或溜井口有水流进入,一般溜井内矿石含水率在12%左右可以产生很大的粘结力,是形成平衡胶结拱的重要原因。

2.3 放矿机设备选用方面

矿石流量大的应建议选用液压式放矿机,粘结性大的多用振动式放矿机。矿山溜井一旦堵塞,若不及时处理,将会严重影响矿山的生产。

3 处理方法应用

目前,我国常用的处理溜井堵塞的方法有以下几种:竹杆爆破法、高压水冲击法、灌水法、钻孔爆破法、矿用火箭弹爆破法、观测井法等。此外也有矿山用气球携带炸药爆破,或遇堵塞高度较低时,直接将炸药放在井底矿石上,靠炸药爆炸的冲击波进行震动处理。

3.1 采用常规爆破及地质钻杆输送炸药法

常规法多用于处理堵卡位置较低,靠近放矿机位置,或者被大块卡住的情况,用长竹竿挂2#岩石乳化炸药,多次进行爆破作业。当堵卡位置在15m以上悬空位置或者溜井具有斜额墙浇筑体时,竹竿由于其物理性质不能送至堵卡位置,应采用适合15~30m堵卡悬空处理的地质钻杆输送炸药法,即在振动放矿机硐室内用乙炔将放矿机后侧钢板探透,用钻杆头部焊接简易滑轮的地质探矿金属钻杆续送炸药2#岩石乳化炸药,进行爆破作业。

3.2 天井钻机钻井中心眼法

井筒内矿石堵卡位置较高,而且已经胶结压实,采用底部放炮扰动的方法,已经难以奏效时,可采用湖南有色重机工程公司的AT1500天井钻机设备,在井筒内的-440m水平(-440m中段设置有溜井观测口,设备可运输至该地)位置,布空在井筒中线点上,施工280mm导孔至-580m水平,最后进行钢丝绳悬挂2#岩石乳化炸药进行放炮作业。但该法操作复杂,费用高,而且存在钻机提钻杆即塌孔和设备晃动等问题,实验该法多次,效果不佳。

3.3 天井钻机钻井帮斜眼法

该法为天井钻机在距离井壁的一定位置施工多个斜眼与溜井贯通,然后利用钢丝绳悬挂2#岩石乳化炸药进行放炮作业。在该溜井-440m水平观测巷内,利用AT1500天井钻机施工井帮斜眼与溜井贯通,然后利用钢丝绳悬挂2#岩石乳化炸药进行放炮作业的方案。在井帮11m、9.5m、8m位置设计施工84°42′15″、83°22′17″、78°12′45″的斜导孔,分别在-560m、-520m、-480m水平位置与井筒贯通,然后续放炸药处理。在施工第一个钻孔时,在距离井帮3m位置出现钻机不反碴,水顺井壁裂隙流走的现象。该方法理论性强,但是不适合用于正掘开拓的溜井处理,因井筒采用正掘开凿方式时,围岩破坏扰动较大,周围3m内裂隙较多,打钻水顺裂隙流失。

3.4 灌水法

在卸载坑位置向溜井内灌水,当在溜井底部观测到长流水后,并有逐步变大的趋势时,应加大灌水力度,冲大井筒内堵塞物裂隙,当发现井底水流变清且流速稳定后,暂停灌水采用常规爆破及地质钻杆输送炸药法,或者加大灌水等待矿石胶结力变小自由落体坠落。该法在矿石一次性大量坠落后,对放矿机和额墙冲击大,容易造成放矿机损坏造成事故,应注意安全警戒和放炮线敷设距离。

4 结语

高位溜井的第一次启动很关键,料位正常控制在距离井口20~30m位置,以免冲击力压实矿石,严格控制杂物和流水进入溜井。同时在放矿机口设置风镐管路随时处理贮仓底部粘结粉矿、安装电话机和摄像头便于调度,长溜井应设置中段观测口和检查天井。

参考文献

[1] 孙玉科,倪会宠,姚宝魁.边坡岩体稳定性分析[M].北京:科学出版社,1988.

[2] 彭康,李夕兵.基于响应面法的海下框架式采场结构优化[J].中南大学学报(自然科学版),2011,(8).

[3] 彭康,李夕兵.海底下框架式分层充填法开采中矿岩稳定性分析[J].中南大学学报(自然科学版),2011,(11).

[4] 彭康,李夕兵.三山岛金矿中段盘区间合理回采顺序动态模拟选择[J].矿冶工程,2010,(6).

[5] 孙玉科,姚宝魁.我国岩质边坡破坏的主要模式[J].岩石力学与工程学报,1983,2(1).

[6] 郑颍人,赵尚毅,时卫民,等.边坡稳定分析的一些进展[J].地下空间,2001,21(4).

作者简介:杜飞(1985-),男,山东菏泽人,山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿工程师,研究方向:采矿。endprint