礦山溜井卸礦結構優化

汪小東

(長沙有色冶金設計研究院有限公司)

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礦山溜井卸礦結構優化

汪小東

(長沙有色冶金設計研究院有限公司)

摘要針對傳統溜井卸礦結構的不足，通過PFC3D研究礦石溜放規律，優化了卸礦結構參數，提出了一種新型溜井卸礦結構。結果表明，此溜井卸礦結構可有效保護上部溜井，延長溜井服務年限。

關鍵詞PFC3D溜井卸礦結構礦石溜放規律

礦山溜井是礦山運輸的咽喉，其運行好壞直接影響礦山生產。溜井放礦過程中礦石與溜井壁頻繁摩擦、碰撞，導致井壁破壞。本文提出一種新型溜井卸礦結構，并通過PFC3D研究礦石溜放規律，優化卸礦結構參數，有效減少礦流對上部溜井結構的沖擊，延長溜井服務年限。

1　新型溜井卸礦結構

甲瑪銅多金屬礦是西藏自治區“九五”、“十五”期間重點礦產勘查項目，銅鉛多金屬礦帶通過的鉛山、銅山分別高5 042，5 302.50 m，而與之相對的夏工普溝底和布朗溝頭僅4 500 m，相對高差達540 m以上。為解決礦石運輸高差大的難題，采用礦石溜井轉運系統。轉運溜井分為兩部分，上部標高4 484～4 269 m，高度215 m，下部標高4 261～4 095 m，高度166 m。傳統的溜井卸礦結構見圖1(a)，礦石對上部井壁的沖擊集中分布在2～30 m[1-2]，由于工程區域各類巖體結構面發育，風化帶厚度較大，在礦石的沖擊荷載作用下，溜井上部結構極易發生破壞、垮冒，嚴重威脅溜井正常安全生產。

圖1　溜井卸礦結構

為此，本研究充分考慮減少沖擊動荷載破壞這一因素，提出了新型溜井卸礦結構(圖1(b))。卸載坑底部采用平底結構，形成死礦堆，減少物料對卸載坑的沖擊和磨損，并減緩物料速度；設置小直徑漏斗即中心落礦漏斗匯聚礦石，減少礦石由于其卸載初始速度對溜井井壁的直接沖擊破壞，很好地保護了溜井結構。

2　主溜井卸礦結構參數優化

2.1新型溜井卸礦結構的PFC3D數值模型

PFC3D是ITASCA公司基于離散單元法開發的、用來模擬圓形顆粒介質的運動及其相互作用的大型三維數值程序[3]，近年來，在礦山行業常用其分析爆破、崩落采礦及溜破系統等問題[4-5]。

按設計原始資料：礦石塊度不大于500 mm，自然安息角40°，10 m3固定式礦車，建立礦車及礦石的數值模型，并按設計中采用的卸載站及溜井結構，建立溜井卸礦模型，見圖2。

圖2　新型溜井卸礦結構數值模型

2.2新型溜井卸礦結構的PFC3D模擬結果

為分析中心落料漏斗橫斷面尺寸及高度等參數對礦流匯聚效果的影響，本文采用相同的10 m3固定式礦車和相同尺寸的卸礦坑，對不同中心落料漏斗橫斷面尺寸及漏斗高度進行了模擬。

2.2.1中心落料漏斗橫斷面尺寸參數確定

為了確定中心落料漏斗橫斷面尺寸，分別對不采用中心落料漏斗、中心落料漏斗橫斷面尺寸為2 m×2 m、中心落料漏斗橫斷面尺寸為1.5 m×1.5 m 3種情形進行了模擬分析。

不采用中心落料漏斗時的溜井卸礦工況模擬結果見圖3,中心落料漏斗尺寸為2 m×2 m(高 2 m)時的溜井卸礦工況模擬結果見圖4,中心落料漏斗尺寸為2 m×2 m(高4 m)時的溜井卸礦工況模擬結果詳見圖5。

圖3　不采用中心落料漏斗時的溜井卸礦工況模擬

分析比較3種情況的模擬結果，可以歸納出以下結論：

(1)中心落料漏斗對卸礦流有一定的匯聚作用，可以保護上部溜井結構免于或減輕礦流的沖刷，延長溜井的使用壽命。

圖4　中心落料漏斗尺寸為2 m×2 m(高2 m)時 的溜井卸礦工況模擬

圖5　中心落料漏斗尺寸為2 m×2 m(高4 m)時 的溜井卸礦工況模擬

(2)中心落料漏斗橫斷面尺寸越小，對卸礦流的匯聚作用越強：當中心落料漏斗橫斷面尺寸為2 m×2 m 時，溜井上部結構約60 m在礦流沖刷范圍以外；當中心落料漏斗橫斷面尺寸為1.5 m×1.5 m時，溜井上部結構約110 m在礦流沖刷范圍以外。

中心落料漏斗橫斷面尺寸的確定，除了考慮對卸礦流的匯聚作用外，還需考慮后期溜井維護及檢修通道的需要，以及礦石最大塊度等因素。本溜井下部礦倉內襯板的更換，溜井檢修維護時人員、材料等的下放通道，需要中心落料漏斗橫斷面尺寸不小于1.5～2 m；為避免礦石堵塞中心落料漏斗口，中心落料漏斗橫斷面尺寸亦要求不小于3～4倍下放最大礦石塊度。綜合以上因素考慮，結合PFC模擬結果，最終確定中心落料漏斗橫斷面尺寸為2 m×2 m。

2.2.2中心落料漏斗高度的參數確定

在中心落料漏斗橫斷面尺寸為2 m×2 m不變的前提下，對中心落料漏斗高度2，4 m兩種情形進行了模擬分析。見圖4、圖5。通過分析比較兩種情況的模擬結果，可以歸納出以下結論：

(1)中心落料漏斗高度參數對卸礦流的匯聚作用影響不明顯。

(2)中心落料漏斗高度較大時，礦流在中心落料漏斗內相互碰撞的機率增大，礦流在卸載初期即有零星分散的現象出現。

結合PFC3D模擬結果，最終確定中心落料漏斗高度為2m。漏斗采用鋼筋混凝土結構，內壁安設耐磨襯板。加固沖擊荷載破壞段溜井，即從溜井卸礦標高至溜井內40m范圍內，采用鋼筋混凝土結構，內壁安設耐磨襯板。

3　結　語

通過PFC3D模擬,對不同卸礦結構參數下溜井內礦石的運動特點進行分析，為研究溜井內礦石的運移特征提供了一種有效的方法。采用中心落礦漏斗的新型卸礦結構，可有效匯聚卸礦礦流，減小礦石對上部溜井的沖擊破壞。

參考文獻

[1]張丙濤，劉艷章，張群，等．溜井溜放礦相似試驗平臺的研制與應用[J]．礦業研究與開發，2016，36(2):86-91．

[2] 宋衛東，王洪永，王欣，等．采區溜井卸礦沖擊載荷作用的理論分析與驗證[J]．巖土力學，2011，32(2)：326-332．

[3]ITASCAConsultingGroup，Inc..PFC3Dtheoryandbackground[M].Minnesota：ItascaConsultingGroup，Inc.，2008.

[4]吳順川，周喻，高斌．卸荷巖爆試驗及PFC3D數值模擬研究[J]．巖石力學與工程學報，2010(9)：4082-4088．

[5]朱煥春．PFC及其在礦山崩落開采研究中的應用[J]．巖石力學與工程學報，2006(9):1927-1931．

(收稿日期2016-04-29)

Optimization of Ore Dispatching Structure of Mine Chute

Wang Xiaodong

(Changsha Engineering and Research Institute Ltd.of Nonferrous Metallurgy)

AbstractIn view of the insufficient of the classical ore dispatching structure of mine chute,the ore dispatching structure parameters are optimized by analyzing the ore humping regularity based on PFC3Dsoftware,the results show that upper chute can be protected effectively by the optimized ore dispatching structure,besides that,the length serve of chute is extended.

KeywordsPFC3D,Ore dispatching structure of chute,Ore humping regularity

汪小東(1982—)，男，高級工程師，碩士，410001 湖南省長沙市雨花區木蓮東路299號。