摘要：溜井工程作为矿山采矿开拓工程主要组成部分，不论平硐溜井出矿系统，还是竖井箕斗提升、集中出矿系统，溜井都是矿山生产的咽喉工程，其工程质量和运行管理关系到矿山生产的正常进行。习惯所指的溜井有两种: 一种是供上部中段转放矿石或废石到下部中段或下部矿仓，为一个或多个中段服务的溜井，称为主溜井; 另一种是供采场内转放开采后矿石到下一中段或副中段的垂直运输通道，为一个或多个采场服务的溜井，称为采场溜井。按照外形特征与转运设施，又可以分为垂直式溜井、倾斜式溜井、分段直溜井、阶梯式溜井。本文分析了金属矿山溜井系统的设计和优化。
关键词：金属矿山；溜井系统；设计；优化；
溜井技术在中国金属矿山地下开采中应用广泛，甚至有些露采矿山也应用溜井放矿，由于其自身工艺特点，在溜井放矿过程中经常出现溜井堵塞、矿石结拱、跑矿、漏矿等问题，在处理溜井内结拱矿石或进行设备检修时，还常常出现安全事故。因此，不断地提高溜井放矿技术水平，对于确保矿山安全生产和提高矿石产量，具有重要的现实意义。
一、溜井系统设计问题
1.工程地质条件。溜井一般布置在稳定岩层中；但由于各种原因影响，溜井局部围岩可能处于断层或节理带中，断层带孔隙往往还赋存有地下水。主溜井需要经受其自身施工中的爆破冲击力以及放矿冲击荷载的双重作用，使得软弱围岩发生塑性破坏，造成片帮、碎涨滑落乃至大面积坍塌，沿溜井纵向出现典型的“椭球”形坍塌线；而在溜井横向上，由于矿石流冲击偏心作用，会出现偏心的“椭球”坍塌边界，坍塌边界向冲击力较大侧倾斜。此外，随着溜井破损边界的扩大，溜井破损区域和破损速率均会越来越大，呈现出典型的“结构效应”。
2.矿石冲击荷载。从大量的实践经验看，矿石对溜井的直接冲击是造成矿石溜井破损的主要原因。在矿石直接冲击点，再强的支护一般都难于抵挡矿石长期冲击的破坏。对于直溜井段，冲击荷载产生的破坏一般处于卸矿口以下３０～５０ｍ 范围内；同时矿石冲击到井壁上后，会发生反弹，又会冲击到对侧，使对侧产生破坏。对于斜溜井，矿石下落时，势能较大，对溜槽底部的冲击破坏较大。冲击荷载的冲击能量与卸矿方式，矿石硬度、块度及溜井中矿石存储高度等因素密切相关。矿石下落冲击能量与距离和速度成正比。卸矿速度快、块度大，对井壁的破坏也大。减小大块尺寸和改变卸矿方式，可以减小冲击荷载对溜井的破坏。
3.地应力集中。岩体地应力是地下工程变形的本质原因。岩体原岩应力在溜井开挖后，产生集中，造成溜井变形破坏；特别是在软弱围岩地段，应力集中是溜井破损的一个重要因素。溜井附近布置其他竖向工程，或是有采动活动情况下，应力集中现象会更为突出。
二、金属矿山溜井系统的设计优化
1.额墙上部安全检查孔的设置。溜井底部检修时，需利用型钢搭设安全防护棚，安全防护棚的搭设是一项非常危险的作业。在进行溜井系统设计时，如设计者能预留搭设安全防护棚的支点或设施，可以大大减小安全防护棚搭建时间，进而减少安全事故的概率。设计时，可在额墙上适当位置开设检查孔，该检查孔在溜井正常放矿时可利用橡胶封住，在溜井检修时，可作为搭设安全防护棚的支点。该检查孔也可在观察粉矿堆积情况，清理粉矿时利用。由于溜井放矿工艺的特殊性，在溜井放矿过程中易发生跑矿、飞石伤人等安全事故，因此在人员操作位置旁必须设置安全撤离通道，以防万一。粉矿多、黏性大且易结拱的矿石溜井，一般在溜井底部设置1 条或多条检查平巷，平巷在处理溜井堵塞时利用。平巷的位置一般设置在溜井易结拱处，如矿仓底部、井径变径处、溜井错位处、斜槽分叉处等。
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2.车辆装矿位置处起吊装置的设置。在给汽车、电机车装矿的溜井系统中，车辆装矿位置处容易撒落大块矿石，大块矿石依靠人工清理非常困难，且有安全隐患存在。在进行此类放矿系统设计时，建议在该处增设起吊设施，便于大块矿石的清理，起吊设施也可用于此处的设备检修。窄轨矿车装矿的溜井系统，通常采用道渣固定轨道，放矿设备附近由于设备检修、设备故障等过程中易撒落矿石，如此处轨道固定仍采用道渣方式，矿石清理工作困难。建议设计过程中，此处轨道的固定采用整体道床，整体道床还具有车辆运行平稳、维修工作量小、经营费低等特点。黏性矿石、易发生堵塞溜井放矿系统，常常需在溜井内放炮处理堵塞矿石，放炮时产生的炮烟中含有有毒气体，不及时排出容易引起安全事故。在进行此类溜井系统设计时，建议增设机械通风装置，加快炮烟排放，增大系统的安全性。另外，机械通风装置有助于加快装矿硐室粉尘的排放。
3.放矿设备台板放矿处外延长度问题。在进行放矿系统设计时，设计者往往容易忽视放矿设备台板与车厢尺寸的对中问题，导致放矿设备所放矿石未落至矿车中心线上，不能装满矿车。在绘制放矿系统配置图时，应根据料流抛物曲线、放矿设备距离车厢高度、矿石最大块度等参数确定放矿设备台板边缘与车厢的合理位置。振动放矿系统设计时，合理确定振动台板的埋入深度是决定振动设备充分发挥破拱能力的关键。振动台板合理设计埋深首先应采用公式(进行粗算。 ，式中: LA为埋入深度( mm) ; d 为矿石最大块度( mm) 。待设备选定后，再根据选定设备参数利用式，溜井底部放矿设备开、关、事故状态等也应并入“信、集、闭”系统，实现装载—运输—卸载系统连锁控制，提高溜井的放矿效率。
4.矿、废石在溜井中不同的运动状态对井壁产生的冲击与磨损是导致垂直溜井井壁破坏的主要原因。这种冲击破坏表现在矿石或废石在溜井中下落时，呈现出直线下落或折线下落的运动轨迹，易于造成溜井中储料被二次压实和溜井井壁的损坏，严重时会导致溜井堵塞或溜井坍塌，给矿山生产带严重困难；而磨损破坏表现在溜井下口卸载时，溜井中的储料整体下降对井壁产生的磨损。溜井的各种加固方式对延长溜井的服务年限起到了一定的作用，但由于溜井加固方式和加工材料的差异，国内外许多矿山的溜井系统在使用过程中仍出现了井壁破坏或溜井坍塌的事故。因此，选择合适的位置、通过改变溜井的设计结构来改变矿、废石在溜井中的运动轨迹，是延长溜井系统服务年限的有效途径。
三、溜井堵塞防治措施
1.裸露药包支杆爆破法。这种方法是将药包捆扎在竹杆上，顶在堵塞物下面进行爆破，靠爆破振动破坏平衡，该方法现场施工简单、快捷，但安全性差。
2.钻孔爆破法。该方法是在溜井的上方或侧面对堵塞物进行穿孔爆破。堵塞物停留时间较长、整体结构已具有较高凝结强度时，采用此方法效果较好。但要求钻孔精度高，施工复杂，一次处理费用较大。此外，还有如灌水软化法、座炮法、地质钻法、氢气球悬挂药包爆破法等根据具体需求和可能条件而制定的一些处理方法。
矿山开采承包单位只重产量，疏于管理，发现溜井堵塞后不分析原因，一味的从上口溜下炸药爆炸震动，炸塌井壁，最终导致溜井工程彻底报废的事故时有发生。因此，在溜井工程建设阶段，加强溜井勘察、设计、施工管理，确保溜井工程质量; 在溜井使用阶段，制定严格有效的溜井管理制度并保证实施，是矿山工程全过程管理的一个重点。
参考文献
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论文作者:陈杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/11
标签：矿石论文; 矿山论文; 系统论文; 井壁论文; 设备论文; 荷载论文; 应力论文; 《基层建设》2017年第12期论文;