主溜井內壁磨損及井內礦巖運動規律研究

張成珍 孫建國

(巴彥淖爾西部銅業有限有限公司)

主溜井內壁磨損及井內礦巖運動規律研究

張成珍 孫建國

(巴彥淖爾西部銅業有限有限公司)

放礦過程中，礦石會對主溜井井筒內壁造成損壞，通過錳鋼板的損壞情況研究井筒內放礦規律，根據單孔放礦理論對礦巖在井筒內的運動方式進行建模，并對現階段主溜井的結構形式進行優化，以達到主溜井系統運行最佳效果，對礦山安全生產具有指導意義。

主溜井 單孔放礦理論 凈直徑

主溜井是礦山提升運輸的關鍵設施，一般采取直通分枝支護溜礦井的形式。圍巖破碎的情況下，主溜井多采用內襯錳鋼板整體混凝土支護，生產過程中，主溜井一直處于摩擦狀態與沖擊狀態，磨損內襯錳鋼板，在維護檢修過程中，根據錳鋼板的磨損程度，對主溜井內礦石的運動情況以及放礦規律進行研究，能夠確定主溜井磨損較為嚴重的位置，并對相應位置進行加固，同時在日常管理中，根據分析結果控制礦石的貯存情況，能夠有效延長主溜井的使用壽命。對于新建主溜井，做出相應的設計改進，能夠從根本上解決主溜井內壁磨損嚴重的問題。

獲各琦銅礦深部主溜井全高480 m，其中上部貯礦段為30 m，下部貯礦段為30 m，屬于直通分枝支護溜井，井筒直徑為4 m，采用內襯錳鋼板整體混凝土支護，錳鋼板整體厚50 mm。主溜井運行長達3 a，累計出礦約140萬t，期間多次發生堵塞現象，并進行了相應的處理，對主溜井內壁產生了一定的破壞。在主溜井維護檢修過程中，對井筒內壁的錳鋼板損壞及磨損情況進行統計，并總結規律，從而指導溜井安全穩定生產運營。

1 主溜井內壁錳鋼板磨損情況及分析

在井筒維護過程中，利用測厚工具，從主溜井井口每5 m對井筒內壁錳鋼板厚度進行測量，每組4個數據(東南西北4個方向的錳鋼板厚度)。由于實際使用過程中，井筒內壁所受到的沖擊力量不均勻，造成井筒內壁磨損過大，不能反映出實際變化規律。數據處理過程中，排除類似情況產生的特殊數值。經過數據整理，錳鋼板磨損情況如表1所示。

表1 錳鋼板磨損情況統計

由表1可知：

(1)1 450～1 380 m區段為井筒內未貯礦段，磨損較輕，平均磨損厚度為1.19 mm，主要原因為貯礦水平以上礦石沖擊摩擦較少。

(2)1 380～1 283 m區段為貯礦水平以下的松動礦巖，有一定程度磨損，平均磨損厚度為6.14 mm，松散礦巖開始對井壁產生沖擊。

(3)1 283～1 078 m區段處于貯礦區段中部，磨損嚴重，平均磨損厚度達9.31 mm，松散礦巖運動加劇。

(4)1 078～980 m區段為貯礦段下部，其中包含主溜井上部礦倉，有一定程度磨損，平均磨損厚度為6.13 mm，該區段長度與1 380～1 283 m段長度基本一致。

(5)1 303～1 209 m區段磨損厚度高達22 mm，占整體錳鋼板厚度約50%，而該區段處于主溜井貯存礦石的中間段。

通過以上數據分析發現，井筒內部磨損情況為先逐漸增加后逐漸減少，從中間段往上下兩部分逐步減輕。

2 橢球體單孔放礦理論分析

根據數據分析，整體磨損狀況可視為橢球形，所以推斷放礦過程可視為橢球體單孔放礦，主溜井井筒內部礦石運動情況應符合橢球體單孔放礦理論。

根據橢球體單孔放礦理論建模，模擬主溜井內松散體的運動形式(圖1)，可以看出：

(1)松動區為全斷面勻速緩慢下向運動，越靠近放礦橢球體速度變化越復雜，松散礦巖對井筒內壁摩擦較小且比較均勻。

(2)蠕動區為全斷面變速下向運動，此區段內，松散礦巖的運動速度不斷增加，在松動體短軸時，速度達到最大，同時，礦巖對井筒內壁磨損也最為嚴重。

(3)放出區為變斷面變速下向運動，此區段由于出現主溜井底角處的礦石堆積區，斷面不斷縮小，并且由于放礦口振動放礦機的控制，速度逐步減緩，礦巖對主溜井內壁的摩擦也逐步減小。

圖1 松散礦巖運動示意

根據橢球體單孔放礦模型及井筒內各區段的變化情況分析得出：井筒內貯礦高度越大,井壁磨損區段越大;隨著開采深度下移，貯礦高度變小，同時磨損區段也將下移，磨損區段也會變短;主溜井內松散礦巖對井筒內壁磨損最嚴重區段一般處于松動體的短軸位置，即蠕動區和放出區的交界處，兩側摩擦逐步減小，呈橢球形受力。受力磨損較大位置為貯礦段中部，并占全貯礦段30%。

3 主溜井設計優化

為保證主溜井安全高效運行，減少磨損，優化井筒形式，見圖2。

圖2 主溜井設計優化示意

將磨損受力較為嚴重的區段擴刷，增大井筒凈直徑，為松散礦巖運動沖擊留出緩沖空間，降低松散礦巖流動過程中對井筒內壁的摩擦力。同時，增大受力加強段井筒內壁支護強度，采用加厚內襯錳鋼板和增加支護厚度的方式強化，在摩擦受力過程中，即使對支護層有所破壞，也不會導致井筒塌方。

4 結 語

井筒內壁磨損是各大礦山主溜井使用過程中不可規避的問題，通過對松散礦巖運動建模分析，找出主溜井因松散礦巖摩擦所出現的問題，從而提出井筒優化設計方案，增加主要受力區段支護強度，很好地解決了主溜井局部磨損嚴重的問題，同時延長了主溜井使用壽命，減少了日常維檢費用，以達到安全生產及降本增效的目的。

2016-09-29)

張成珍(1968—)，男，高級工程師，015000 內蒙古巴彥淖爾市臨河區解放街2號。