主溜井内壁磨损及井内矿岩运动规律研究

张成珍 孙建国

(巴彦淖尔西部铜业有限有限公司)

主溜井内壁磨损及井内矿岩运动规律研究

张成珍 孙建国

(巴彦淖尔西部铜业有限有限公司)

放矿过程中，矿石会对主溜井井筒内壁造成损坏，通过锰钢板的损坏情况研究井筒内放矿规律，根据单孔放矿理论对矿岩在井筒内的运动方式进行建模，并对现阶段主溜井的结构形式进行优化，以达到主溜井系统运行最佳效果，对矿山安全生产具有指导意义。

主溜井 单孔放矿理论 净直径

主溜井是矿山提升运输的关键设施，一般采取直通分枝支护溜矿井的形式。围岩破碎的情况下，主溜井多采用内衬锰钢板整体混凝土支护，生产过程中，主溜井一直处于摩擦状态与冲击状态，磨损内衬锰钢板，在维护检修过程中，根据锰钢板的磨损程度，对主溜井内矿石的运动情况以及放矿规律进行研究，能够确定主溜井磨损较为严重的位置，并对相应位置进行加固，同时在日常管理中，根据分析结果控制矿石的贮存情况，能够有效延长主溜井的使用寿命。对于新建主溜井，做出相应的设计改进，能够从根本上解决主溜井内壁磨损严重的问题。

获各琦铜矿深部主溜井全高480 m，其中上部贮矿段为30 m，下部贮矿段为30 m，属于直通分枝支护溜井，井筒直径为4 m，采用内衬锰钢板整体混凝土支护，锰钢板整体厚50 mm。主溜井运行长达3 a，累计出矿约140万t，期间多次发生堵塞现象，并进行了相应的处理，对主溜井内壁产生了一定的破坏。在主溜井维护检修过程中，对井筒内壁的锰钢板损坏及磨损情况进行统计，并总结规律，从而指导溜井安全稳定生产运营。

1 主溜井内壁锰钢板磨损情况及分析

在井筒维护过程中，利用测厚工具，从主溜井井口每5 m对井筒内壁锰钢板厚度进行测量，每组4个数据(东南西北4个方向的锰钢板厚度)。由于实际使用过程中，井筒内壁所受到的冲击力量不均匀，造成井筒内壁磨损过大，不能反映出实际变化规律。数据处理过程中，排除类似情况产生的特殊数值。经过数据整理，锰钢板磨损情况如表1所示。

表1 锰钢板磨损情况统计

由表1可知：

(1)1 450～1 380 m区段为井筒内未贮矿段，磨损较轻，平均磨损厚度为1.19 mm，主要原因为贮矿水平以上矿石冲击摩擦较少。

(2)1 380～1 283 m区段为贮矿水平以下的松动矿岩，有一定程度磨损，平均磨损厚度为6.14 mm，松散矿岩开始对井壁产生冲击。

(3)1 283～1 078 m区段处于贮矿区段中部，磨损严重，平均磨损厚度达9.31 mm，松散矿岩运动加剧。

(4)1 078～980 m区段为贮矿段下部，其中包含主溜井上部矿仓，有一定程度磨损，平均磨损厚度为6.13 mm，该区段长度与1 380～1 283 m段长度基本一致。

(5)1 303～1 209 m区段磨损厚度高达22 mm，占整体锰钢板厚度约50%，而该区段处于主溜井贮存矿石的中间段。

通过以上数据分析发现，井筒内部磨损情况为先逐渐增加后逐渐减少，从中间段往上下两部分逐步减轻。

2 椭球体单孔放矿理论分析

根据数据分析，整体磨损状况可视为椭球形，所以推断放矿过程可视为椭球体单孔放矿，主溜井井筒内部矿石运动情况应符合椭球体单孔放矿理论。

根据椭球体单孔放矿理论建模，模拟主溜井内松散体的运动形式(图1)，可以看出：

(1)松动区为全断面匀速缓慢下向运动，越靠近放矿椭球体速度变化越复杂，松散矿岩对井筒内壁摩擦较小且比较均匀。

(2)蠕动区为全断面变速下向运动，此区段内，松散矿岩的运动速度不断增加，在松动体短轴时，速度达到最大，同时，矿岩对井筒内壁磨损也最为严重。

(3)放出区为变断面变速下向运动，此区段由于出现主溜井底角处的矿石堆积区，断面不断缩小，并且由于放矿口振动放矿机的控制，速度逐步减缓，矿岩对主溜井内壁的摩擦也逐步减小。

图1 松散矿岩运动示意

根据椭球体单孔放矿模型及井筒内各区段的变化情况分析得出：井筒内贮矿高度越大,井壁磨损区段越大;随着开采深度下移，贮矿高度变小，同时磨损区段也将下移，磨损区段也会变短;主溜井内松散矿岩对井筒内壁磨损最严重区段一般处于松动体的短轴位置，即蠕动区和放出区的交界处，两侧摩擦逐步减小，呈椭球形受力。受力磨损较大位置为贮矿段中部，并占全贮矿段30%。

3 主溜井设计优化

为保证主溜井安全高效运行，减少磨损，优化井筒形式，见图2。

图2 主溜井设计优化示意

将磨损受力较为严重的区段扩刷，增大井筒净直径，为松散矿岩运动冲击留出缓冲空间，降低松散矿岩流动过程中对井筒内壁的摩擦力。同时，增大受力加强段井筒内壁支护强度，采用加厚内衬锰钢板和增加支护厚度的方式强化，在摩擦受力过程中，即使对支护层有所破坏，也不会导致井筒塌方。

4 结 语

井筒内壁磨损是各大矿山主溜井使用过程中不可规避的问题，通过对松散矿岩运动建模分析，找出主溜井因松散矿岩摩擦所出现的问题，从而提出井筒优化设计方案，增加主要受力区段支护强度，很好地解决了主溜井局部磨损严重的问题，同时延长了主溜井使用寿命，减少了日常维检费用，以达到安全生产及降本增效的目的。

2016-09-29)

张成珍(1968—)，男，高级工程师，015000 内蒙古巴彦淖尔市临河区解放街2号。