水泥礦山“長溜槽技術改造工程”的成功實踐

郝汝鋌，周文林，董瑞豐，張立杰

（1.天津礦山工程有限公司，天津 301900；2.天津藍馬工業工程技術有限公司，天津 300061）（3.冀東水泥鳳翔有限責任公司，陜西 721400）

項目進行了充分論述。從使用單位對長溜槽技術改造的效果總結可以看出：“青海民和礦山長溜槽”技術改造項目是成功的。

以下，本文擬對水泥礦山采用長溜槽有關情況、長溜槽技術改造的方向、也對民和礦山工程設計與施工一并做一介紹，以期對類似礦山能有所借鑒。

1 采用長溜槽的水泥礦山

1.1 水泥礦山長、短溜槽的界定

水泥原料礦山工程設計規范（G B 50598－2010）6.3.3規定：“采用溜槽—— 溜井的運輸形式時，應采用短溜槽、長溜井方案。”

由于溜槽開拓存在種種弊病，山坡露天礦山采用“短溜槽、長溜井”的開拓方式是學術界的共識。但是，短溜槽與長溜槽如何界定，并沒有一個準確數據。在此，筆者提出以下參數，供參考與商榷見表1。

表1 水泥礦山長、短溜槽界定（參考）

1.2 采用“長溜槽方案”也是一種不得已的選擇，在使用“長溜槽”時，安全問題應引起充分注意

由于礦山地形起伏變化大、礦體賦存條件復雜或工程地質問題嚴重，有的水泥礦山難以采用“短溜槽、長溜井方案”時，采用“長溜槽方案”也是一種不得已的選擇。但由此引起的安全問題，在使用“長溜槽”時，應引起充分注意。

例1 四川某礦，由于工程地質問題嚴重，不適合開鑿溜井，選擇了“長溜槽、礦倉（短溜井）方案”。

1970年代投產后，由于溜槽的工程地質條件很差，礦山溜槽很快被刷寬。當地雨量豐沛，雨水集中，在溜槽曾經形成小的“泥石流”，造成平硐內的破碎硐室被埋，形成人身安全事故。

例2 西南某礦，由于礦山比高大，采用長溜槽溜礦，裝載機裝礦倒運至山中部破碎機，破碎后的礦石再由經溜井到礦山下部，由皮帶輸送入廠。

石粉在溜槽底部黏結，在處理溜槽底部黏結土時，造成人身事故。

1.3 陜西東山石灰石礦“I期工程”的“長溜槽方案”

東山礦“I期工程”采用“溜槽-擋墻-破碎-膠帶輸送”方案，至今已生產約6年。該礦“I期工程”由天津藍馬工業工程技術有限公司設計，西安礦山工程有限公司施工。

（1）礦山開采將分為I期及I I期工程。

東山石灰石礦的第四系黃土廣泛分布于臺塬區和山頂，最深108 m，平均57.3 m，基本上平緩的覆蓋在山頂。如集中剝離第四系黃土，需要很大的投入及較長的時間；集中剝離第四系黃土，也會使成千上萬噸的剝離物無處堆放。

為了降低基建投資，為爭取時間進行覆蓋黃土層的剝離，礦山開采將分為I期及I I期工程。在I期工程期間，將以30萬m3/a的用量將黃土作為水泥熟料的粘土質原料。對剝離的覆蓋黃土層進行綜合利用。

I期工程在4～6線之間，山體較低，覆蓋層較薄，相對便于開采。I期工程的展開，可以給I I期工程爭取到～9年的覆蓋黃土層的剝離時間。I I期工程在6-8線之間，為主體礦山。

（2）“I期工程”采用“溜槽-擋墻-破碎-膠帶輸送”開拓運輸方案。

I期工程在4-6線之間，最高點海拔約1030 m，比高為190 m。在I期工程可在約9年左右時間內，保證對廠區4500 t/d熟料生產線供應礦石，在此期間，可進行I I期工程的黃土剝離與開拓系統的準備。

經多次方案比較、決定采用“溜槽-擋墻-破碎-膠帶輸送”開拓運輸方案。溜槽—擋墻開拓方案（溜槽位置）比較見表2。

表2 溜槽—擋墻開拓方案（溜槽位置）比較

表3 “溜槽-擋墻”主要設計參數

（3）“溜槽-擋墻-破碎-膠帶輸送”開拓運輸系統主要設計參數。

“溜槽-擋墻”主要設計參數見表3。

（4）“長溜槽方案”工藝流程。

“溜槽-擋墻-破碎-膠帶輸送”工藝流程：

穿孔爆破→挖掘機采掘裝車→運礦卡車運輸礦石至溜槽口→溜槽溜礦→裝載機裝礦（擋墻留有裝載機通道）→運輸礦石至破碎機卸料口→破碎機破碎礦石→膠帶機輸送礦石到廠區預均化庫。

若溜槽溜礦后裝載機裝礦點距離破碎機卸料口距離較長（超過50 m），則裝載機可裝運礦卡車倒運礦石。

“溜槽-擋墻-破碎-膠帶輸送”流程見圖1。

圖1 “溜槽-擋墻-破碎-膠帶輸送”工藝流程示意圖

（5）“長溜槽方案”設計的注意點。

如果礦山采用“長溜槽方案”，“長溜槽”溜礦方向要對向其它山體，擋墻設置必須與“長溜槽”溜礦方向錯開。“長溜槽”溜礦的沖擊力巨大，再厚再高的鋼筋混凝土的擋墻也經不起溜礦的巨大沖擊力，擋墻很快就會被砸壞。有的礦山，由此廢棄了“長溜槽方案”。

若“長溜槽”溜礦方向自然存在“其它山體”，可以以“其它山體”代替擋墻。

1.4 采用長溜槽開拓方案礦山的其它實例與安全措施

（1）采用長溜槽開拓方案礦山的其它實例。

有的水泥礦山，未經正規設計。這些礦山利用天然塹溝，將礦石溜放至山腳下再裝車運輸，是實際上采用了長溜槽開拓方案。由此，帶來本文開始敘述的若干問題，對長溜槽進行技術改造是類似礦山的應有之議。

以下是筆者考察過的幾個采用長溜槽開拓方案礦山的實例：

①甘肅某礦，采用長溜槽溜放的礦石。若溜放礦石時，有人員與設備在長溜槽下方，則十分危險見圖2。

②新疆南疆某礦 利用天然塹溝形成的長溜槽見圖3。

③新疆巴州某礦的長溜槽見圖4～圖6，其中：

a.新疆巴州某礦挖掘機在長溜槽上口倒運礦石見圖4。

b.新疆巴州某礦在長溜槽溜放礦石，礦石飛濺、粉塵彌漫見圖5。

c.新疆巴州某礦在長溜槽下口2次裝車，倒運礦石。該礦由液壓挖掘機裝車，挖掘機移動不夠靈活，安全性能差見圖6。

建議：采用輪式裝載機裝車，移動快速，安全性能較好。有條件時，進行長溜槽技術改造。

④青海民和北山礦的長溜槽（已做技術改造）見圖7。

圖2 甘肅某礦長溜槽溜放礦石

圖3 新疆南疆某礦利用天然塹溝形成的長溜槽

（2）采用長溜槽開拓的安全措施。

使用溜槽系統要采取安全措施，建議如下：

圖4 新疆巴州某礦挖掘機在長溜槽上倒運礦石

圖5 新疆巴州某礦在長溜槽溜放礦石

圖6 新疆巴州某礦在長溜槽下口挖掘機2次裝車倒運礦石

圖7 青海民和北山礦的長溜槽【已技術改造，圖中鋪有苫布處為開鑿礦倉（短溜井）位置】

①上部溜槽口卸車時嚴禁溜槽底部裝車，人員與設備必須遠離至安全距離（200 m）外，溜槽口下部200 m外設置安全警戒線并派專門人員值守，防止人員和設備誤入卸礦區。

②用輪式裝載機垂直溜槽方向進行二次裝車，以利于規避溜槽物料崩塌的風險。

③裝載機司機要及時觀察溜槽中物料動向，確保作業的安全。

④裝載機裝車時需退后，裝載機保持與溜槽下口30～50 m距離。

⑤溜槽底部設安全人員值班，觀察溜槽物料動向，指揮裝車作業，保證安全。

⑥上部溜槽口要有符合要求的車檔，卸車時需設專門的安全人員盯守值班，指揮卸車作業。注意觀察溜槽口的加固點及周邊巖石的被砸損壞情況，及時采取必要的安全措施。

圖8 “民和礦山長溜槽”技術改造工程總平面圖

⑦礦山應制定有關工種（包括溜槽卸礦及溜槽口下部裝車）的安全規程與操作規程，并付諸實施。部與礦倉（短溜井）短的交接位置，交接位置向溜槽底內移25 m。②需對“短礦倉、振動放礦機裝車硐室及汽車平硐”進行工程地質評價。

2 青海民和北山礦“長溜槽技術改造工程”設計與施工

2.1 工程設計

（1）礦山概況。

礦區位于青海省民和縣北山的蘆子溝～大溝一帶，北東與甘肅省相鄰。地理坐標：東經102°48′38″～102°49′10″；北緯36°22′08″～36°22′49″。工作區南距蘭青鐵路及甘青公路（國道109線）約4 km，距海石灣～窯街鐵路支線約1.5 km。兩側均有簡易道路相通，交通方便。

水泥用大理巖礦層賦存于下元古界湟源群東岔溝組下亞組大理巖層中。

礦山規模：120萬t/a。

礦山生產制度：年工作300天，每天2班，每班8 h。

（2）“溜槽-短礦倉”開拓運輸方案。

“溜槽-短礦倉”工藝流程：運礦卡車運輸礦石溜槽上口卸料平臺→溜槽→礦倉（短溜井）→振動放礦機硐室→環形平硐環形車場→運礦公路→廠區破碎車間卸料口。

民和礦山“長溜槽技術改造工程”總平面圖見圖8，礦倉（短溜井）振動放礦示意圖見圖9。

注意點：①溜槽角度要47°或以上，必須保障溜礦。如果不符合要求，需對溜槽進行處理。正確確定溜槽底

圖9 礦倉（短溜井）振動放礦示意圖

（3）礦倉（短溜井）。

礦倉中心點標高：上口：▲2057 m，底板：▲2036 m。礦倉喇叭口與溜槽順接幫坡角50°，深度5 m；外側幫坡角45°，深度4 m。礦倉下段直徑5 m，深度8.5 m。礦倉（短溜井）剖面見圖10與圖11。

（4）通風斜井。

起點坐標（x=4026314.44，y=34572801.354）進口標高2055 m，出口標高：2039.8 m；支護段長度10 m開挖斷面4.95 m2；不支護段79 m，開挖斷面3.57 m2；總長度89 m。通風斜井剖面見圖12。

（5）控制硐室。

開挖斷面10.06 m2，長度3 m。控制硐室剖面見圖13。

（6）通風機硐室。

通風機硐室開挖斷面16.28 m2，長7 m。

圖10 礦倉（短溜井）開挖剖面圖之一（mm）

圖11 礦倉（短溜井）開挖剖面圖之二（mm）

圖12 通風斜井剖面圖（mm）

圖13 控制硐室剖面圖（mm）

通風機硐室剖面見圖14。

2.2 工程施工

（1）施工及資源配置計劃。

圖14 通風機硐室剖面圖（mm）

①工程總體布局。本井巷工程項目內容齊全，施工點集中，在相對的工期內完成的工程量較大。我們經過實地考察，認為制約本工程工期的關鍵線路和施工難點是以振動放礦機峒室為中心的溜井平硐貫通及后續的冬季鋼筋混凝土支護工程，且該工程施工部位無地質報告，只能在開挖的過程中憑經驗判斷石質特性來預防可能面臨的溶洞、塌方、裂隙節理發育等情況，這將對暗挖施工和整個項目工期造成很大壓力；所以技術人員和地質人員要隨時掌握工作面掘進的石質變化情況，給一線工人提前安全技術交底。礦倉（短溜井）施工首先采用小斷面開挖施工方法，做到礦倉（短溜井）與硐室及早貫通，為硐室施工創造回風條件，以便保證整項工程順利如期完成。為此，在施工準備階段，一方面進行人員、設備、機具的調遣，另一方面做好施工測量控制點的復核和測量控制網的布設工作，同時在此階段還要做好火工材料使用的相關手續，一旦具備條件，首先進行施工場地的平整作業，創造好平峒、礦倉（短溜井）的施工作業面。盡早實現U型平峒、溜井三個作業面在破碎峒室內匯合。

②施工安排。結合同類工程施工經驗，在充分論證并確定技術方案的基礎上，利用各種相關工程控制原理進行系統優化，各項工程施工安排如下：

a.平硐。

平硐調整后長度為247 m，U型平硐可兩邊同時掘進，根據天津公司施工同類工程的經驗，采用裝載機直接端運至平硐口外側的出渣方式。為此計劃配備1臺Z L-50 c裝載機交替出渣。開挖設備采用1臺20 m3/min電動空壓機，8部Y T-28手風鉆穿孔。

b.礦倉（短溜井）。

為盡早實現礦倉（短溜井）與硐室貫通，改善峒內通風質量，因此，開工伊始即安排豎井的施工組織，礦倉（短溜井）計劃配備1臺12 m3/min電動空壓機供氣。

具備施工條件后，立即進行礦倉（短溜井）口場地平整作業，為保證施工安全，計劃在礦倉（短溜井）靠近斜溜槽一側砌筑長度10 m、高度5 m的擋墻；礦倉（短溜井）前5 m采用挖掘機出渣，其余采用自制簡易井架配合吊罐出渣，為保障施工進度，礦倉（短溜井）采取小斷面掘進，貫通后再反向擴刷的施工工序，擴刷過程中的矸石可通過平硐出渣。

c.振動放礦機硐室。

平硐直接掘進到振動放礦機硐室底部，然后沿硐室頂部以溜井中心線為中心拉1條1.5×1.8 m、45度傾角的措施斜巷，與小斷面溜井在斜地板位置處貫通后再擴刷至設計位置，爆碴由鏟車從底部排出。

d.硐內襯砌及安裝。

混凝土澆筑采用組合鋼模板做模，砼輸送泵入模的方式進行。配備HBT50A砼輸送泵1臺，PLD800型砼配料機1臺，強制式JS500型砼攪拌機2臺，ZL-50裝載機兩臺，平硐、硐室、礦倉依次澆筑完成。

平硐襯砌嚴格按施工圖施工，硐口段及硐里穩定性差的地段采用C30鋼筋砼襯砌，其余為噴射厚砼，不穩固段采用錨桿加固。噴射砼采用2臺HBG-5砼噴射機同時施工。放礦機硐室和礦倉襯砌采用鋼筋混凝土支護，支護形式和厚度依設計圖紙。

（2）民和“長溜槽技術改造工程”工程量。

民和“長溜槽技術改造工程”工程量見表4。

（3）施工安全。

除采取常規的安全措施外，根據現場實際情況，還采取以下措施：①施工期溜槽安全防護：溜槽礦渣清理，約20000 m3；設3道布魯克網進行安全防護，面積約720 m2。②清理U型平硐進出口上方碎石，增加明硐長度，（分別為26 m與15 m），在坡底砌筑擋墻。

表4 民和“長溜槽技術改造工程”工程量清單

（4）技改成果。

項目于2014年10月開工，2015年3月28日竣工，生產運行至今。溜槽溜下的礦石由礦倉振動放礦機直接裝入車內，系統運行正常。降低了生產成本，提高了生產效率，增加了安全系數。

項目投資652萬元。技改前挖掘機裝車成本1.758元/t，技改后振動放礦機裝車成本0.315元/t；降低成本1.443元/t。年直接費用降低144.3萬元，經濟效益良好。

3 長溜槽開拓的幾種模式

3.1 新疆巴州某礦的“長溜槽模式”

工藝流程：挖掘機在長溜槽上口倒運礦石→溜槽溜放礦石→在長溜槽下口2次裝車→礦石運至廠區。詳見本文1.4.1（圖4～圖6）。

評價：此種模式，長溜槽溜礦時礦石飛濺、粉塵彌漫；山上、山下配備2套設備，工作效率低；由液壓挖掘機裝車，挖掘機移動不夠靈活，安全性能差。

建議：（1）溜槽下口采用輪式裝載機裝車，移動快速，安全性能較好。（2）有條件時，進行長溜槽技術改造，采取“民和模式”，提高效率，降低成本，實現安全作業。

3.2 陜西東山石灰石礦“I期工程”的“長溜槽模式”

工藝流程：運礦卡車運輸礦石至溜槽口→溜槽溜礦→裝載機裝礦（擋墻留有裝載機通道）→運輸礦石至破碎機卸料口→破碎機破碎礦石→膠帶機輸送礦石到廠區預均化庫。詳見本文1.3。

評價：此種模式，只是在特殊情況下采取的不得已的開拓方式。具備新疆巴州某礦的“長溜槽模式”的缺點。溜槽下口采用“輪式裝載機”裝車，移動快速，安全性能較“液壓挖掘機”好。

3.3 青海民和北山礦“長溜槽技術改造”后“長溜槽模式”

工藝流程：運礦卡車運輸礦石溜槽上口卸料平臺→溜槽→礦倉（短溜井）→振動放礦機硐室→環形平硐環形車場→運礦公路→廠區破碎車間卸料口。詳見本文2。

評價：此種模式，對3.1/3.2模式進行技術改造。生產成本降低，生產效率提高，增加了安全性。但是，平硐內仍要運礦卡車倒運礦石至廠區。

3.4 推薦“碎石溜槽-礦倉（短溜井）-振動放礦機-膠帶輸送機-工廠預均化庫”的“長溜槽模式”

工藝流程：穿孔爆破→液壓挖掘機采掘→移動破碎機進行粗碎（粒度0～300 mm）→長溜槽→礦倉（短溜井）→振動放礦機→膠帶輸送機（膠帶機平硐）→板式給料機→2次破碎機（粒度0～75 mm）→膠帶輸送機→工廠預均化庫。

如果使用單段移動破碎機進行破碎，破碎粒度一次達到0～75 mm，破碎后的礦石，可以由振動放礦機經膠帶機平硐的膠帶輸送機直接入工廠預均化庫。此種“長溜槽模式”見圖15。

圖15 “碎石溜槽-礦倉（短溜井）-振動放礦機-膠帶輸送機”工藝流程圖

此種模式，實現了礦山連續化生產工藝。所增加的設備投資，可以從降低的礦山經營費用中很快回收。

以青海民和北山礦為例：該礦原礦石（塊石）成本20.2元/t，而國內其它采用平硐膠帶輸送機直接入廠礦山的礦石成本一般為10元/t左右。如果采用“碎石溜槽-礦倉（短溜井）-振動放礦機-膠帶輸送機”工藝流程，以每噸礦石的成本降低10元計，每年經營費用可節約上千萬元，設備投資可在2年內收回。當然采用平硐膠帶輸送機直接入廠的條件是，礦石要破碎到0～300 mm，這就要依靠移動破碎機了。“冀東裝備”國產化的移動破碎機技術的突破，為實現礦山連續化生產工藝創造了條件。

4 結語與建議

4.1 采用了“長溜槽方案”的礦山，宜進行“長溜槽技術改造”

由于溜槽開拓存在種種弊病，水泥原料礦山工程設計規范規定：“采用溜槽——溜井的運輸形式時，應采用短溜槽、長溜井方案。”

但由于礦山的具體條件限制，有的水泥礦山難以采用“短溜槽、長溜井方案”時，采用了“長溜槽方案”。采用了“長溜槽方案”的礦山如果存在溜槽下口2次裝車倒運的情況，可以依據礦山條件，采取青海民和北山礦“長溜槽技術改造”的模式。降低生產成本，提高生產效率，并增加生產安全性。此種模式，平硐內仍要運礦卡車倒運礦石至廠區。所以，推薦“碎石溜槽-礦倉（短溜井）-振動放礦機-膠帶輸送機-工廠預均化庫”的“長溜槽模式”；實現礦山連續化生產工藝。

4.2 采用“溜槽（井）開拓，自重運輸”的礦山，應實現“短溜槽、長溜井方案”

一個礦山，有天然塹溝。人們自然而然就會想到：利用天然塹溝作為溜槽，把礦石溜下來不是很好嘛！于是紛紛表示要利用“自然地形”，采取“長溜槽溜礦”方案。

然而確定礦山的開拓方案，要看礦山的全局。人們在現場看到的，僅是礦山的一部分。露天礦山要采用“自上而下，水平分層”開采法。從山頂的采準工作面，到天然塹溝的溜槽，要修“運礦道路”。在地形陡峭的礦山修筑“運礦道路”的投入不菲，甚至投資很大。生產中，礦石運到“天然塹溝的溜槽”又是不小的費用；山下2次倒運，即危險，又花錢。

利用天然塹溝作為溜槽的方案不是一個好方案。采用“溜槽（井）開拓，自重運輸”的礦山，應實現“短溜槽、長溜井方案”。確定溜井位置時要慎重比較，一般溜井選擇在礦體中心，可以縮小礦石運輸距離，從而降低經營費用。使用移動破碎機，實現礦山連續化生產，是水泥礦山技術的創新與突破見圖16。

圖16 “移動破碎機-碎石溜井-振動放礦機-膠帶輸送機”工藝流程圖

對此建議，筆者有工程實例與數據支持，如果要展開論述，則需要另一篇文章了。

參考文獻：

[1]溜槽短溜井系統在露天礦的應用——《2017-07期中國水泥》劉開祿等.

[2]振動放礦機在水泥礦山的成功運用與探討——《2016-07期中國水泥》郝汝鋌等.