紫金山金銅礦深部主溜井控制放礦技術及應用

江鵬 李斌

摘要：礦山主溜井使用過程中出現的井壁垮落和料位過高或過低問題，經常導致井筒大塊堵塞、分支溜井無法卸礦、溜井放空等現象，嚴重影響主溜井放礦效率。針對紫金山金銅礦深部主溜井放礦存在的問題，采用溜井可視化探測與建圖技術掌握溜井垮落現狀，并得到溜井料位與溜井存礦量關系，結合各分支溜井卸礦量和主溜井放礦量，確定溜井料位低位值和高位值;采用微波窄束測距技術實時監測溜井料位;并提出了基于料位控制和分支溜井卸礦控制的溜井放礦管理制度，解決了溜井大塊堵塞、分支溜井經常無法卸礦、溜井經常放空等問題，大幅提升了溜井放礦效率。

關鍵詞：深部開采;溜井;探測建模;微波窄束測距;料位控制;卸礦控制;放礦管理

中圖分類號：TD853.34????????? 文章編號：1001-1277（2022）06-0045-03

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20220610

引 言

紫金礦業集團股份有限公司紫金山金銅礦（下稱“紫金山金銅礦”）開采0勘探線—13勘探線100～-100 m標高的礦體，開采深度達800 m，主要采用分礦房礦柱兩步驟回采的大直徑深孔階段空場充填采礦法開采，階段高度50 m，設計生產能力為5 000 t/d。開拓運輸系統采用“膠帶斜坡道+盲副井”聯合開拓[1-2]。-100 m中段以上礦石采用汽車運輸方式卸載至各中段1#和2#分支溜井，經1#和2#主溜井放礦至-150 m水平，經粗碎后由膠帶斜坡道運至地表選礦廠。

溜井放礦需要根據溜井存礦量、各中段出礦計劃和溜井放礦計劃進行調度放礦，定期測量溜井料位，校正溜井存礦量[3]。在實際調度過程中，溜井存礦量根據各中段汽車卸礦量和-150 m中段振動放礦機放礦量估算，卸礦量由卸載汽車數量×汽車理論裝礦質量進行計算，放礦量采用皮帶秤進行稱量，受汽車理論裝礦質量和汽車實際裝礦質量誤差影響，溜井存礦量估算結果誤差較大。同時，溜井料位和存礦量函數依據溜井設計斷面獲取，校正后的溜井存礦量理論值與實際值同樣差別較大，溜井料位經常出現過高或過低的現象。溜井料位過高，影響下部中段卸礦口卸礦;溜井料位過低，空井高度較大，礦石在重力的作用下，易沖擊溜井井壁，導致溜井井壁垮落形成大塊，引起大塊堵塞，而且對溜井內礦石進行沖擊夯實、二次細碎和塊度分級，容易形成穩定的粘結平衡拱[4]。更為嚴重的是，一旦礦石放空，容易砸壞溜井內壁襯板和放礦機，影響正常生產運營，造成經濟損失。因此，溜井放礦和卸礦過程中，需實時準確掌握溜井存礦量和料位值，科學調度各中段出礦和溜井放礦，達到溜井料位合理、溜井堵塞減少、分支溜井順利卸礦的目的。

1 溜井料位與存礦量關系

紫金山金銅礦1#和2#主溜井深度約為200 m，針對傳統的測量方法和普通三維激光掃描儀測量存在的難度大、數據采集效率低、精度差的問題，提出基于實時定位與建圖（Simultaneous localization and mapping，SLAM）技術的礦山溜井形變安全監測方法。采用基于SLAM技術的Hovermap激光掃描系統對紫金山金銅礦深部1#和2#主溜井進行現場掃描，獲取溜井內部數據，并對數據進行預處理，得到完整的點云數據;然后利用Surpac軟件構建溜井實體模型（見圖1），提取指定位置斷面信息（見圖2），最終準確分析內部變形情況。由溜井實體模型和斷面信息可知：2#主溜井較1#主溜井垮落變形更為嚴重，其中，1#主溜井-90 m料位以下破壞嚴重，實測最大斷面與設計斷面相比增加5.2倍;2#主溜井-80 m料位以下變形嚴重，實測最大斷面與設計斷面相比增加10.4倍。

采用Surpac軟件體積報告功能，得到不同料位至最低料位體積數據，根據不同料位體積×礦石密度/松散系數得到不同料位溜井存礦量，由此得到溜井料位與存礦量關系（見圖3）。

2 溜井料位值確定及料位監測

2.1 溜井料位值確定

溜井料位過高與過低均影響溜井正常運行，溜井低位值和高位值確定需考慮以下因素：

1）溜井礦石移動規律。溜井料位低位值需高于變速變向局部斷面移動區，高位值低于間隔垂直全斷面移動區，由此確定1#主溜井低位值高于-120 m，高位值低于0 m;2#主溜井低位值高于-110 m，高位值低于0 m。

2）溜井井壁垮落形態。溜井料位低位值需高于井壁垮落嚴重區域。根據溜井模型，1#主溜井井壁垮落破壞較小，低位值不受該因素影響;2#主溜井-80 m料位以下垮落嚴重，因此2#主溜井低位值高于-80 m。

3）各中段出礦量。根據溜井調度放礦，保證各中段出礦不受影響即可。綜上所述，1#主溜井低位值不低于-120 m，高位值不高于0 m;2#主溜井低位值不低于-80 m，高位值不高于0 m。

2.2 溜井料位監測

高深溜井料位實時監測受高濃度粉塵、空間狹窄、高濕度等條件限制，一直是采礦行業一大難題。紫金山金銅礦采用CRD-R系列裝置（見圖4）搭載微波窄束測距技術，利用電磁波對目標物體發送窄束無線信號的方式進行定位和測距，測量發送信號與返回信號的時間差，進而確定目標物體到探頭的直線距離。其能滿足在粉塵多、濕度大、高濃度水霧等惡劣環境下的可靠測距。同時，由于測距波波長相對較短，波束設計為定向脈沖波束，因而在接收回波時可產生角度反饋，通過計算機軟件分析、處理、去偽、濾噪等手段，準確測量監測點與被測物體之間的距離，進而達到對料位高精度測距的目的，實現高深溜井實時準確監測[5]。

溜井料位實時監測過程，采用測繩定期進行人工復尺，復尺結果顯示，CRD-R系列裝置在189 m測深范圍內監測數據與人工復尺數據誤差在1 m之內（見表1），能夠滿足溜井料位監測要求。

3 溜井控制放礦管理

紫金山金銅礦目前的出礦中段為-100 m中段、-50 m中段、0 m中段和50 m中段，出礦中段一般集中在2～3個中段，總出礦量5 000 t/d。根據確定的溜井料位低位值和高位值，1#主溜井可出礦中段為-100 m中段、-50 m中段、0 m中段和50 m中段，2#主溜井可出礦中段為-50 m中段、0 m中段和50 m中段。

溜井控制放礦采用基于料位控制和分支溜井卸礦控制的方法，采取以下措施進行放礦管理：

1）-100 m中段出礦溜井為1#主溜井，1#主溜井低位值在不低于-120 m的前提下，保證低位值料位和-100 m中段分支溜井可卸載礦石料位之間的存礦量等于-100 m中段計劃出礦量。

2）-50 m中段出礦溜井為2#主溜井，2#主溜井低位值為-80 m。

3）0 m中段出礦溜井根據-100 m中段是否出

礦確定。-100 m中段出礦，0 m中段出礦溜井為2#主溜井，2#主溜井低位值為-80 m;-100 m中段未出礦，0 m中段出礦溜井為1#主溜井，1#主溜井低位值提升至-80 m。

4）50 m中段出礦溜井根據-100 m中段是否出礦確定。-100 m中段出礦，50 m中段出礦溜井為2#主溜井，2#主溜井低位值為-80 m;-100 m中段未出礦，50 m中段出礦溜井為1#主溜井，1#主溜井低位值提升至-80 m。

4 結 語

基于溜井料位和分支溜井卸礦控制放礦的前提是掌握溜井井壁垮落狀態，獲取溜井料位與存礦量曲線，實時準確監測溜井料位。紫金山金銅礦采用基于實時定位與建圖技術的溜井探測方法和微波窄束測距技術解決了困擾行業多年的難題，可為同類礦山提供技術與經驗借鑒。

[參 考 文 獻]

[1] 唐紹輝，王培武，郭曉強，等.深部采場鑿巖硐室和出礦進路支護優化[J].礦業研究與開發，2020，40（10）：36-40.

[2] 孔祥欽.紫金山深部銅礦創新采礦技術研究與實踐[J].福建冶金，2020，49（6）：9-11.

[3] 劉鐵軍，陳昌云.金屬礦山溜井放礦常見問題解析及優化設計探討[J].黃金，2015，36（7）：36-39.

[4] 唐學義，曲志生，楊學剛，等.地下礦山高深溜井防堵塞技術研究及實踐[J].黃金，2020，41（5）：31-35，39.

[5] 施躍新，羅春.礦山井下溜井料位自動檢測系統[J].采礦技術，2019，19（1）：98-100.

Study on controlled ore drawing technology

of main ore pass deep in Zijinshan Gold? Copper Mine and its application

Jiang Peng，Li Bin

（Zijinshan Gold Copper Mine of Zijin Mining

Group Co.，Ltd.）

Abstract：The problems of shaft wall collapse and material level being too high or too low in the use of the main ore pass often lead to the phenomenon of bulk blockage of the shaft，inability of branch ore pass to be unloaded and ore pass to be caved，seriously affecting the efficiency of ore drawing in the main ore pass.In this paper，in order to deal with the problems of ore drawing in main ore pass deep in Zijinshan Gold Copper Mine，visual probing and mapping techniques for ore pass are used to master the current situation of ore pass collapse and obtain the relationship between the material level and ore deposit in the ore pass，and based on the ore unloading amount of branch ore pass and ore drawing amount of main ore pass，the low and high values of material level in the ore pass are determined;real-time measurement of the material level of the ore pass was conducted by microwave narrow beam ranging technique;Based on these results，a management system for ore drawing in ore pass is proposed based on material level control and branch ore pass unloading control，solving the problems of bulk blockage of ore pass，frequent failure to unload in branch ore pass，and frequent caving of ore pass，thus greatly improving the efficiency of ore drawing in ore pass.

Keywords：deep mining;ore pass;probing and modeling;microwave narrow beam ranging;material level control;unloading control;ore drawing control

收稿日期：2021-12-09; 修回日期：2022-03-25

作者簡介：江 鵬（1988—），男，福建連城人，工程師，從事金屬礦山采礦工程技術研究工作;福建省龍巖市上杭縣紫金山，紫金礦業集團股份有限公司紫金山金銅礦，364200;E-mail：285833862@qq.com