盧學專

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司, 甘肅蘭州市 730000)

某銅礦下料溜井的設計

盧學專

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司, 甘肅蘭州市 730000)

根據(jù)某銅礦工程建設情況,為降低生產(chǎn)時期斜坡道運輸壓力、改善井下通風質(zhì)量和加快基建進度,設計考慮建1條下料溜井輸送井下支護用的砂子。對下料溜井的設計、施工和運行管理及其必要性進行了闡述。

下料溜井;運輸壓力;通風質(zhì)量;基建進度

1 概 述

某銅礦設計生產(chǎn)規(guī)模250萬t/a,服務年限36 a。礦山采用主副豎井和輔助斜坡道聯(lián)合開拓,采礦方法為下向水平分層膠結(jié)充填采礦法,無軌鏟運機出礦。該礦區(qū)內(nèi)斷層縱橫交錯,巖漿活動頻繁,致使巖體破碎,工程地質(zhì)條件極為復雜,開采范圍內(nèi)的不良巖層(即穩(wěn)定性很差的巖層)約占25%～30%,不良巖層段的巷道極容易變形,對井巷開挖和采礦工程的設計與施工影響較大。根據(jù)工程地質(zhì)條件和相鄰礦區(qū)的生產(chǎn)經(jīng)驗,所有井巷工程均需兩次支護,新施工的巷道斷面還需留有允許圍巖變形的余量(一般要留150～300 mm),建成后的巷道一般在使用2 a后都要進行巷道返修,從而導致井巷掘進量、支護量較同類礦山大很多。

2 建設下料溜井的必要性

由于地質(zhì)條件比較特殊、礦山的生產(chǎn)規(guī)模較大,在轉(zhuǎn)入生產(chǎn)期后,每天需要通過斜坡道運送到井下的材料有水泥128.39 t,鋼材14.94 t,錨桿7.2 t,油品10.8 t,空心磚58.2 t,石子192.4 t。另外,每天還要經(jīng)過斜坡道運送爆破器材、人員以及大型采礦設備。斜坡道按單車道加錯車場設計,長度4.15 km,坡度10%～15%,考慮到汽車的爬坡能力,運送材料的車輛均選用5 t的自卸式汽車。根據(jù)年運輸量、車輛的額定載重、汽車載重利用系數(shù)、時間利用系數(shù)以及運輸不均衡系數(shù)計算斜坡道單向行車密度為6.5輛/h。每天用于新掘巷道支護、舊巷道返修支護、采場支護的砂子約為379.2 t,經(jīng)計算運送砂子的單向行車密度約為5.1輛/h。如果通過斜坡道運送砂子,斜坡道單向行車密度將達到11.6輛/h,行車密度偏大;同時井下運輸車輛的增加,相應的會加重井下空氣的污染。

從投資和運營成本上分析,建設下料溜井需增加投資1562.75萬元,如果通過斜坡道運送砂子,按380 t/d(330 d/a)、井下運距3.8 km、運費0.8元/t·km來計算,每年運輸成本為38.12萬元,36 a運輸成本共計1372.32萬元。再加上增加的運輸車輛、車輛維護、駕駛?cè)藛T的工資以及通風成本,36 a的運營成本遠超過建設下料溜井的投資,建設下料溜井在經(jīng)濟上是合理的。

下料溜井的任務是負擔生產(chǎn)期下放支護材料,在施工順序上可以等到基建后期再施工,但本項目基建工程量為37542 m/618410 m3,為了加快基建進度提前投產(chǎn),基建期安排下料溜井和其它4條豎井共同作為廢石提升井用于基建開拓,基建期5 a。下料溜井建成后將承擔1350 m中段工程、1350～1450 m輔助斜坡道、1350～1250 m部分輔助斜坡道等施工任務,工程量為7342.02 m/115861.58 m3。

因此,建設下料溜井對本項目來講尤為重要。

3 下料溜井設計簡述

3.1 下放材料的選取

綜合考慮井下所用材料的種類、特性以及每天的用量,只有砂子和石子可以借助重力下放,而且用量較大,但如果兩種材料通過1條下料溜井下放,管理比較困難,通過建2條下料溜井來下放材料投資又過高。然而不管是通過下料溜井下放任何一種材料,都能有效緩解斜坡道的運輸壓力和改善井下通風質(zhì)量,最終設計將井下用量最大的砂子通過下料溜井輸送。

3.2 下料溜井設計

采用下料溜井下放支護材料,要求確保物料借助自重進行輸送,減少井壁磨損,防止堵井,出料要順暢,下料溜井結(jié)構(gòu)設計是否合理是本項目的重點。根據(jù)下放材料的特性、通過能力和上述要求,下料溜井工藝和結(jié)構(gòu)設計參數(shù)如下。

(1)斷面形式及尺寸的確定。礦體埋藏較深,距地表約270 m,采用豎井下放砂子運輸距離短,也便于施工。圓形斷面通過率大、受力好、砂子對井壁的磨損較為均勻、好施工,所以下料溜井采用圓形斷面。按放礦原理,斷面尺寸一般采用大于3倍物料粒徑,本項目因輸送的是砂子,其粒度小,但含泥量大,如果斷面過小易造成下料溜井堵塞。為確保連續(xù)輸送物料、防止堵井,確定下料溜井凈直徑為Φ4 m。

(2)豎井井位的選擇。結(jié)合礦山地表公路、井下斜坡道的布置以及斷層所在的位置,下料溜井布置在礦體下盤地表移動區(qū)外,建在采礦工業(yè)場地的西北側(cè),井口距地表公路約35 m,距采礦工業(yè)場地約180 m;井底距1350 m分段斜坡道約32 m。井口工業(yè)場地標高1724 m。

(3)溜井井深的確定。礦山開拓中段為1350, 1250,1150 m和1050 m 4個中段,礦體在深部還沒有封閉,基建中段為1350 m和1250 m 2個中段。2個基建中段保有礦量5109.62萬t,可為礦山服務20 a。結(jié)合礦山選用的采礦方法、首采中段及首采中段服務年限,設計確定溜井井底標高1350 m,井深374 m。雖然1350 m水平以上礦體回采及巷道返修用料時存在返向運輸,但1350 m水平以下生產(chǎn)用料時運距較短。

(4)豎井井口及井底設計。為使砂子在井筒中心下落,降低砂子對井壁的磨損,設計在井口安裝一個鋼漏斗,鋼漏斗上口尺寸3.0 m×2.4 m,下口尺寸1.0 m×1.0 m,漏斗高度1.5 m。為確保鋼漏斗安裝牢固,在鋼漏斗上口、下口各用2根槽鋼固定。為避免單一斷面對砂子約束并造成堵井,溜井下部設有砂倉,砂倉凈直徑Φ4.5 m,長10 m,砂倉底部安裝1臺振動放礦機,可將砂子直接裝入汽車。裝料車場長度20 m,在車場的最前端設有調(diào)車硐室,末端設一聯(lián)絡道與分段斜坡道相連。溜井通過能力取決于井口卸料能力、井底設備出料能力和運輸巷道通過能力。井口和井底距主要運輸巷道都比較近,運輸通過能力不存在問題;地表公路路面寬、坡度小,可采用大噸位車輛運砂,井口卸料不存在問題;井底振動放礦機選用FZC-3.8/1.4型振動放礦機,電機功率7.5 k W,通過能力為1160～1400 t/h,出料也不存在問題。因此,下料溜井的通過能力可以滿足礦山規(guī)模擴大時增加的用砂量。

(5)下料溜井支護參數(shù)的確定。考慮到下料溜井使用年限長、礦山地壓大、巷道易變形,為減少井筒返修、降低井壁磨損,溜井正常段采用C35單層鋼筋混凝土(350 mm厚)支護,并內(nèi)襯20 mm厚普通鋼板,砂倉采用C35雙層鋼筋混凝土(500 mm厚)支護,并內(nèi)襯30 mm厚錳鋼板。井筒及砂倉雖然采用整體鋼筋砼支護,但支護時模版之間的接茬還是存在的,接茬的存在又會加重砂子對井壁的磨損,施工時應盡量減少井壁接茬。而減少井壁接茬的辦法就是減少混凝土澆筑的次數(shù),也就是待井筒一次掘進10 m甚至更深時再進行混凝土澆筑。為確保施工安全,并結(jié)合相鄰礦區(qū)施工經(jīng)驗,確定增加C25錨網(wǎng)噴射砼(100 mm厚)作為臨時支護。施工時每一個掘進循環(huán)過后都進行一次臨時支護,待掘進深度達到15 m甚至更深時再進行整體混凝土加襯板支護。截至目前,下料溜井已經(jīng)施工4個多月,平均掘進速度70 m/月,達到了預期的施工要求。

4 運行管理及安全措施

(1)在井口工業(yè)場地設鋼柵欄,并安排值班人員值守,防止非工作人員及車輛進入場地;場地周圍做好護坡、砌好水溝,防止雨季洪水進入井下;井口卸料處設置永久車擋,車擋高度不小于0.5 m,長度應超出最大車輛寬度2 m以上。

(2)井底裝料處設操作硐室,硐室地面高出巷道地面1.2 m。硐室設兩個安全出口,一個出口與裝料車場相通,并安裝可以開啟的密閉門窗,另一個出口通過安全通道與分段斜坡道相通。

(3)下料溜井在使用過程中禁止放空,應留不小于20 m厚的砂子作為緩沖墊層。

5 結(jié)束語

該礦資源儲量大、生產(chǎn)規(guī)模大、服務年限長,但礦山地質(zhì)條件復雜、地壓大、巷道易變形,給礦山生產(chǎn)帶來了很大難度。特別是支護量很大,支護材料的輸送給斜坡道運輸、井下通風帶來了一定的壓力,而下料溜井的實施有效緩解了上述壓力,也加快了基建進度。另外,下料溜井也為井下提供了接近4000 m3的調(diào)節(jié)砂倉,運輸管理也很簡單,為礦山的持續(xù)生產(chǎn)提供了保障。

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2012-04-10)

盧學專(1977-),男,河南新野人,工程師,主要從事礦山采礦設計工作,Email:lxzck971@139.com。