矿井主溜井分支斜溜道矿石导向装置的应用

王 征，马 宁，李 林

（河钢集团沙河中关铁矿有限公司，河北 邢台 054100）

矿山井下溜破系统是矿山井下安全生产的重要保证，溜破系统主要包括有轨运输水平的卸矿硐室、主溜井斜溜道，主溜井破碎硐室、下部矿仓、提升机装矿道[1]。溜井是地下金属矿山最重要的采矿工程之一，井下开采的全部矿岩都由此集中贮藏和转运，它的稳定畅通与否对矿山生产影响极大。由于溜井工程环境复杂，又长期受冲击载荷作用，稳定条件恶劣，一些生产能力大且矿岩软破的矿山都存在主溜井严重变形破坏问题。主溜井破坏，轻者需停产长时间进行返修，严重者井筒报废，影响生产，给矿山造成巨大的经济损失。因此，探讨溜井合理的修(维)复方法，对矿山安全正常生产具有重要意义[2]。

近年来多数矿山实施早出矿、多出矿，少投资投资目标，因此在矿井在建设过程中，井下仅建设一套溜破系统。溜破系统及其设备的稳定性直接关系到矿山的连续稳定生产。然而溜破系统在使用过程中频繁出现主溜井锰钢板脱落现象，根据现场调查，锰钢板脱落严重的地点为主溜井内正对分支斜溜道区域。当矿石由有轨运输水平的卸载站卸入分支斜溜道内，矿石通过斜溜道在重力作用下滑入主溜井，进入主溜井时，矿石的速度较大，对主溜井的井壁会发生较大的冲击作用，在长时间的冲击作用下，主溜井正对分支斜溜道区域的锰钢板会脱落、甚至对主溜井的钢筋混凝土结构造成损毁[3]。有鉴于此，非常有必要在主溜井内的分支斜溜道区域增加矿石导向装置，改变矿石的运动轨迹，消除矿石在主溜井内的折线运行轨迹，实现垂直下落，延长主溜井的使用寿命，使矿山实现连续稳定生产[4]。

1 主溜井分支斜溜道矿石导向装置的实施方案

溜井是服务年限较长、运行环境恶劣的矿山井巷，变形破坏现象普遍存在，但破坏程度却因矿岩性质、原岩应力环境、卸矿方式、使用条件和维护方法的不同而有较大的差异。国内外的溜井变形破坏问题较为突出。因此，溜井系统的稳定性问题已成为人们广泛关注的焦点。影响溜井稳定性的因素很多，主要原因有工程地质条件、矿石的冲击、爆破影响、受开挖影响而产生的应力集中、支护不合理因素等，应尽量从设计、施工与管理方面规避与克服这些因素，确保溜井系统在其设计服务期内的稳定性和可靠运行[5]。

主溜井分支斜溜道矿石导向装置如下图所示，其中图1为该装置的俯视图，图2 为该装置的主视图，图3为钢丝绳防旋转装置加工制作图，它主要包括：1.主溜井；2.井壁梁窝；3.钢梁固定锚杆；4.防动圆钢；5.型钢；6.钢丝绳卡扣；7.钢丝绳；8.钢丝绳防旋转装置；9.圆形链条；10.分支斜溜道；11.防护套管。悬挂圆型链条的H型钢通过梁窝浇筑水泥的方式固定在主溜井井口处；为防止钢丝绳被H型钢的钢板损坏，在H型钢上方焊接防护套管。钢丝绳通过钢丝绳卡扣固定在H型钢上，圆形链条通过钢丝绳卡扣安装在钢丝绳上。为防止钢丝绳在矿石冲击圆型链条的过程中发生旋转、移动，在上下钢丝绳绳环的两端各安装一套钢丝绳防旋转装置[6]。

H型钢的长度应比主溜井直径大1.5m，在安装型钢之前，应在分支斜溜道上方的井口区域凿梁窝，为增加钢梁的安装强度，在梁窝周边打4个锚杆孔，并安装锚杆；钢梁安装在井口1/3的位置，钢梁与所有锚杆进行焊接，并浇筑水泥；钢丝绳的安装间距选择尤为重要，当间距小时，链条所承受的冲击力较大，影响使用寿命，当间距大时，失去安装的效果，为此经过试验发现钢丝绳的间距为溜井可投放最大粒度的1/3，最为合适。

链条一定要将分支斜溜道区域全覆盖；上述防钢丝绳旋转装置原材料为两块与钢丝绳选型相匹配的钢板，在钢板加工螺栓孔、钢丝绳绳槽，安装时选用高强度螺栓对两块钢板连接。防钢丝绳旋转装置共有两套，一套安装在钢丝绳上端钢丝绳卡扣下方，另一个安装在下端钢丝绳卡扣附近；该装置工作原理是将所有悬吊钢丝绳连成一个整体，当链条受到矿石冲击时，链条会发生振动、旋转，但旋转的方向、旋转速度、振动方向及频率不一致，防旋转装置会起到相互制约、相互消除的作用[7]。

图1 装置的俯视图

图2 装置的主视图

图3 钢丝绳防旋转装置加工制作图

图中显示，在分支斜溜道上方溜井口开凿梁窝2，型钢5通过锚杆3固定在溜井井口后对梁窝进行浇筑混凝土防止型钢5发生错动。

图中显示防护套管11与型钢5焊接，增强防护套管的安装强度。钢丝绳绳7通过一定数量的钢丝绳卡扣6固定在防护套管11上，为防止钢丝绳在防护套管上发生滑动，在钢丝绳两侧焊接圆钢4。在上端钢丝绳绳环下方安装防旋转装置8，该装置采用适当厚度的钢板加工制作而成。分支斜溜道10的上沿为圆形链条9的悬挂起点，圆形链条9通过在钢丝绳7上安装卡扣6的形式进行安装。为增强钢丝绳绳防旋转装置的效果，在下端钢丝绳绳环上方再安装一套防旋转装置8。

该装置至的工作过程如下：

矿石在重力作用下沿着分支斜溜道10方向加速下滑，当滑入主溜后矿石的运动轨迹为抛物线形式运动，矿石与圆形链条9接触，由于圆形链条及钢丝绳的带状物，能够吸收矿石水平方向的动能，从而改变矿石的运动轨迹，消除矿石与主溜井的撞击。

2 实施该装置的安全措施

（1）成立安全领导小组。建立各级领导、各职能部门、各岗位安全生产责任制，明确安全责任和权限，把安全指标横向分解到各部，纵向分解到施工队，做到人人有专责，层层有人抓，处处有人管。

（2）严格按照双控预防机制进行全面风险管控，提高全体职工安全意识和自我防范能力。认真执行“四不放过、五同时”的原则，严格安全管理制度，一旦出现问题，要严肃处理。

（3）施工设备必须定期维护、保养，不得带病作业；用电设备设施接线由专业电工操作，设置醒目警示标识，消除不安全因素和安全隐患，防止事故发生。

（4）要针对工程特点制定详细的安全保证措施，施工时要加强检查落实，发现安全隐患及时整改，确保安全施工。

（5）严格执行工序施工前安全技术交底制度制度，解决安全生产中存在的问题，做到不安全不生产，施工班组要坚持班前交底班后总结，严禁违章指挥。

（6）必须遵守矿方和项目部管理制度，井上下信号工、绞车司机都必须有严格的岗位责任制及掌握操作规程，并经过安全技术培训合格后，持证上岗，严禁无证操作。

（7）施工现场必须建立健全防火管理制度，严格动火管理审批制度，施工现场要建立群众性消防队伍，必须设有防火设施及灭火器材。

（8）卸载坑和井筒材料时先对导向轮固定设施、稳车制动性能、天车行走系统进行检查确认，下部不得站人，制定专人统一指挥，方可下放，同时保证上下联络通讯顺畅。

（9）作业时，所有人员必须佩带安全带以及劳保防护用品，保险带必须拴在牢固构件上；遇巷道淋水较大部位时，焊接作业要有防水措施，确保施工安全。

（10）下放材料时必须设专人统一指挥，专人沿爬梯监护，下部作业人员撤离躲避；同时下放前严格确认捆绑吊件牢固情况；吊装锁具必须牢固可靠，满足刚度和易拆卸要求，慢速下放。

（11）卸载站周围杂物清理干净，封闭严实，防止杂物浮渣工器具掉入卸载坑和斜溜道工作面。

3 本装置的使用效益

本装置结构简单、操作方便、原材料常见易得；可以改变矿石通过分支斜溜道进入溜井后的运动轨迹，使矿石在主溜井内垂直下放；同时该装置选用钢丝绳、圆形链条等柔性物质，通过增加这些物质的震荡吸收矿石进入主溜井后的部分动能，消除矿石对主溜井井壁的冲击，延长主溜井的使用寿命，使矿山实现连续稳定生产。

4 结束语

根据铜矿主溜井主要的情况，提出了的主溜井修复方案，同时，综合经济成本、地质条件及时间考虑，采用主溜井加固修复方案更为适合，采用该方案能恢复原溜井的功能，简洁高效，并且结构合理，耐冲击性较强。实践表明，采用该方案有效节省了运营成本，实施效果良好，大红山铜矿主溜井的修复可为国内外类似主溜井修复提供有效的借鉴，具有一定的工程示范意义。