高位溜井堵卡的形成机理及处理方法

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。

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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