礦山溜井的設計現狀與發展趨勢

付宗智

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

1 礦山溜井設計現狀

溜井是礦山的咽喉工程，礦山溜井設計的成敗決定整個礦山達產、運營的成敗。礦山溜井的設計包括溜井位置的選擇、溜井數量及斷面的確定、溜井的結構形式、裝卸礦硐室及礦倉的設計、溜井抗磨損的設計。目前礦山溜井的設計主要依據相關的規程規范和類比已經建成的礦山，確定相應的技術參數[1]。

1.1 溜井位置的選擇

溜井的位置必須避開節理裂隙發育地帶、褶皺、溶洞、斷層和破碎地帶；當巖石普氏堅固性系數f≥6時，溜井可不支護。

1.2 溜井數量及斷面的確定

溜井數量一般根據溜井的生產能力、溜井系統生產期間的經濟合理性及溜井堵塞事故對生產的影響程度來確定。從檢修方便，不影響生產出發，溜井的數量一般為兩個。

溜井的斷面尺寸主要取決于所溜放礦石的最大塊度，礦石的性質，粉礦的含量等因素。合理確定溜井斷面尺寸是保證溜井正常生產的關鍵。溜井斷面一般設計成圓形，也可設計成方形或三心拱斷面。圓形斷面受力好，施工方便。在斷面相同的情況下，直溜井一般設計成圓形斷面，斜溜井設計成矩形或三心拱斷面。溜井直徑或最小邊長的確定公式：

D≥Kδmax

D—溜井直徑或最小邊長，m。

K—溜井不同斷面的礦廢石通過系數，k=4-8。

δmax—礦廢石最大塊度尺寸，m。

溜井的直徑或最小邊長可參考表1。

表1 溜井直徑或最小邊長參考表

1.3 溜井的結構形式

溜井的結構形式應根據礦山地形條件、開拓運輸方式、裝卸礦方式、運輸設備和溜井的服務年限等因素綜合考慮。目前國內礦山采用的溜井形式，按其外形特征及轉運設備可分為溜槽溜井、單段直溜井、斜溜井、階梯式溜井、分段式溜井。

（1）溜槽溜井的特點是可以充分利用山坡地形條件，適用于地形坡度為45°～55°的山坡。溜槽一般采用倒梯形斷面，施工及生產管理方便，維護費用低，還可以減少運輸平硐長度。但溜槽對地表坡度要求高，植被破壞厲害。某鋰輝石礦，坡面傾角42°，廢石從3500m溜到3425m廢石場，設計根據地形條件，采用倒梯形斷面，溜槽底板坡度47°，建成后廢石溜放順利。

（2）單段直溜井構造簡單、管理方便。并可在溜井底部設置礦倉，儲存礦石，調節運輸的不平衡，保證礦山連續生產。某鉬礦的采區集中溜井，要求溜井通過能力4000t/天，溜礦高度30m。設計采用兩條并列的直溜井，中心落礦卸礦，溜井底部設置12m高礦倉，即解決了礦石溜放問題，也能存儲1200t礦石，確保了電機車的連續運輸[2]。

（3）斜溜井溜礦段的傾角應大于礦石的自然安息角，儲礦段傾角應大于礦石的粉礦堆積角。對于粘結性礦石，不宜采用斜溜井。

（4）在緩傾斜巖層中，可設置階梯式溜井，將溜井分成若干段，各段之間通過平巷連接。可以通過調節連接巷的長度使某段溜井避開圍巖破碎帶。對于溜礦高度較大的溜井，為了防止溜井堵塞處理困難，可每隔一個或兩個中段設置一個卸礦轉載硐室，在卸礦轉載硐室上方設置礦倉，通過放礦機將礦倉內礦石轉載到下部溜井，同時可在礦倉另一側實現本中段卸礦。這種溜井的布置形式工程量大，生產管理較復雜。某5000t/天鎳礦的溜破系統，最高卸礦中段標高1220m，皮帶裝礦中段標高790m，卸礦高度達到430m。設計考慮采用兩條溜井溜礦，每120m設置一個卸礦轉載硐室，在820m標高破碎后進入790m皮帶上部礦倉。項目建成10年來，雖然發生多次溜井堵塞，但因有一條備用溜井，同時可以通過卸礦轉載中段進行堵礦處理，對生產沒有造成任何影響。

（5）分段式溜井可以降低礦石在溜井中的落差，減輕礦石對溜井井壁的磨損。同時也可以實現多中段卸礦。

1.4 裝卸礦硐室及礦倉的設計

（1）裝礦硐室按放礦設備不同分為放礦閘門硐室、板式給礦機和振動放礦機硐室。放礦閘門裝礦即在裝礦硐室上部礦倉卸礦口安裝一個卸礦閘門，通過閘門的啟閉控制放礦量，放礦閘門構造簡單，安裝方便，但因容易造成溜礦口堵塞，在實際工程中已經很少采用。板式給礦機裝礦是在裝礦硐室上部礦倉卸礦口安裝一個板式給礦機，板式給礦機不容易造成放礦口堵塞，特別對于粘性礦石能夠持續放礦，放礦平穩。振動放礦機硐室是在裝礦硐室上部礦倉卸礦口安裝一個振動放礦礦機，因靠放礦機振動放礦，不容易造成放礦口結拱和堵塞。由于振動波的作用，使溜井中振動區的礦石處于受振狀態，不易截流泥水，可以減少跑、堵礦事故的發生。但因礦石存在初速度，對下部礦倉沖擊力較大。為了便于跑礦時的人員逃生，操作硐室應有供逃生的安全通道。

（2）卸礦硐室根據卸礦方式的不同分為翻籠卸礦硐室、曲軌卸礦硐室和底卸式礦車卸礦硐室。為防止超過規定塊度的礦石進入溜井造成堵塞，應在卸礦口設置隔篩，在卸礦坑周邊應有不小于1m寬的平臺，確保人員通行和大塊礦石處理。為了確保礦石對卸礦口和礦倉壁的沖擊和磨損，應盡量采用中心落礦，必要時應對礦流沖擊部位進行耐磨損加固。

1.5 溜井抗磨損的設計

溜井磨損速度的大小與溜井結構類型，卸礦高度，礦廢石的硬度、塊度有關；也與穿過巖層的巖石硬度、溜井的斷面尺寸、溜井的卸礦方式和儲礦條件有關。要盡量做到溜井結構類型和斷面設計合理，多采用單階段卸礦和中心落礦。溜井井筒中，盡量減少變坡點和轉折點。在溜井易磨損部位應進行合理加固。目前，對于溜井井壁的加固，主要有井壁內襯高錳鋼板、井壁內襯鋼軌和井壁內襯耐磨鋼板三種方式。

2 溜井設計的發展趨勢

2.1 三維設計軟件進行溜礦模擬和設計出圖

現在溜井的設計主要依據相關規程規范和設計經驗的積累。但在溜井的設計過程中，若能采用三維軟件進行建模，根據礦石的性質和裝卸礦情況進行模擬，能夠更準確的確定溜井和礦倉的斷面尺寸、需要加固的部位和加固方式。能夠節省基建投資，減少使用過程中的維護和保養。利用三維軟件出圖能夠提高設計效率，方便設計優化。

2.2 新材料的運用

目前溜井的加固主要采用鋼筋混凝土支護，但鋼筋混凝土抗耐磨和耐沖擊性差，一般需要內襯鋼軌或者鋼板提高井壁的抗耐磨和沖擊性能。但這些措施存在耗費的鋼材量大、維修困難、施工困難等缺點。研究新的抗耐磨方法和新的耐磨材料，是今后溜井設計的重要課題。

2.3 新的施工技術及設備的引進

目前溜井施工主要使用鉆爆法，對于溜井-平硐開拓的礦山，溜井一般采用反井鉆機施工。鉆爆法施工火工品和人力消耗大，進度慢，安全風險高；反井鉆機施工火工品和人力都消耗少，施工進度快，但是受地形和巖石條件限制，不能普遍推廣。因此，對于溜井的施工，能夠發現新的鑿巖方法和掘進設備，可以大大提高礦山的建設進度，確保施工安全[3-5]。

2.4 生產溜井運行情況的數據統計與共享

工程類比是溜井設計中即直觀又有效的方法。將各生產溜井的運行情況進行統計，包括溜井形式、卸礦高度、礦石性質、支護方式、抗磨損材料的消耗情況等參數進行列表統計，并在行業內共享，將對溜井的設計工作起到極大的推進作用。