矿山溜井的设计现状与发展趋势

付宗智

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019）

1 矿山溜井设计现状

溜井是矿山的咽喉工程，矿山溜井设计的成败决定整个矿山达产、运营的成败。矿山溜井的设计包括溜井位置的选择、溜井数量及断面的确定、溜井的结构形式、装卸矿硐室及矿仓的设计、溜井抗磨损的设计。目前矿山溜井的设计主要依据相关的规程规范和类比已经建成的矿山，确定相应的技术参数[1]。

1.1 溜井位置的选择

溜井的位置必须避开节理裂隙发育地带、褶皱、溶洞、断层和破碎地带；当岩石普氏坚固性系数f≥6时，溜井可不支护。

1.2 溜井数量及断面的确定

溜井数量一般根据溜井的生产能力、溜井系统生产期间的经济合理性及溜井堵塞事故对生产的影响程度来确定。从检修方便，不影响生产出发，溜井的数量一般为两个。

溜井的断面尺寸主要取决于所溜放矿石的最大块度，矿石的性质，粉矿的含量等因素。合理确定溜井断面尺寸是保证溜井正常生产的关键。溜井断面一般设计成圆形，也可设计成方形或三心拱断面。圆形断面受力好，施工方便。在断面相同的情况下，直溜井一般设计成圆形断面，斜溜井设计成矩形或三心拱断面。溜井直径或最小边长的确定公式：

D≥Kδmax

D—溜井直径或最小边长，m。

K—溜井不同断面的矿废石通过系数，k=4-8。

δmax—矿废石最大块度尺寸，m。

溜井的直径或最小边长可参考表1。

表1 溜井直径或最小边长参考表

1.3 溜井的结构形式

溜井的结构形式应根据矿山地形条件、开拓运输方式、装卸矿方式、运输设备和溜井的服务年限等因素综合考虑。目前国内矿山采用的溜井形式，按其外形特征及转运设备可分为溜槽溜井、单段直溜井、斜溜井、阶梯式溜井、分段式溜井。

（1）溜槽溜井的特点是可以充分利用山坡地形条件，适用于地形坡度为45°～55°的山坡。溜槽一般采用倒梯形断面，施工及生产管理方便，维护费用低，还可以减少运输平硐长度。但溜槽对地表坡度要求高，植被破坏厉害。某锂辉石矿，坡面倾角42°，废石从3500m溜到3425m废石场，设计根据地形条件，采用倒梯形断面，溜槽底板坡度47°，建成后废石溜放顺利。

（2）单段直溜井构造简单、管理方便。并可在溜井底部设置矿仓，储存矿石，调节运输的不平衡，保证矿山连续生产。某钼矿的采区集中溜井，要求溜井通过能力4000t/天，溜矿高度30m。设计采用两条并列的直溜井，中心落矿卸矿，溜井底部设置12m高矿仓，即解决了矿石溜放问题，也能存储1200t矿石，确保了电机车的连续运输[2]。

（3）斜溜井溜矿段的倾角应大于矿石的自然安息角，储矿段倾角应大于矿石的粉矿堆积角。对于粘结性矿石，不宜采用斜溜井。

（4）在缓倾斜岩层中，可设置阶梯式溜井，将溜井分成若干段，各段之间通过平巷连接。可以通过调节连接巷的长度使某段溜井避开围岩破碎带。对于溜矿高度较大的溜井，为了防止溜井堵塞处理困难，可每隔一个或两个中段设置一个卸矿转载硐室，在卸矿转载硐室上方设置矿仓，通过放矿机将矿仓内矿石转载到下部溜井，同时可在矿仓另一侧实现本中段卸矿。这种溜井的布置形式工程量大，生产管理较复杂。某5000t/天镍矿的溜破系统，最高卸矿中段标高1220m，皮带装矿中段标高790m，卸矿高度达到430m。设计考虑采用两条溜井溜矿，每120m设置一个卸矿转载硐室，在820m标高破碎后进入790m皮带上部矿仓。项目建成10年来，虽然发生多次溜井堵塞，但因有一条备用溜井，同时可以通过卸矿转载中段进行堵矿处理，对生产没有造成任何影响。

（5）分段式溜井可以降低矿石在溜井中的落差，减轻矿石对溜井井壁的磨损。同时也可以实现多中段卸矿。

1.4 装卸矿硐室及矿仓的设计

（1）装矿硐室按放矿设备不同分为放矿闸门硐室、板式给矿机和振动放矿机硐室。放矿闸门装矿即在装矿硐室上部矿仓卸矿口安装一个卸矿闸门，通过闸门的启闭控制放矿量，放矿闸门构造简单，安装方便，但因容易造成溜矿口堵塞，在实际工程中已经很少采用。板式给矿机装矿是在装矿硐室上部矿仓卸矿口安装一个板式给矿机，板式给矿机不容易造成放矿口堵塞，特别对于粘性矿石能够持续放矿，放矿平稳。振动放矿机硐室是在装矿硐室上部矿仓卸矿口安装一个振动放矿矿机，因靠放矿机振动放矿，不容易造成放矿口结拱和堵塞。由于振动波的作用，使溜井中振动区的矿石处于受振状态，不易截流泥水，可以减少跑、堵矿事故的发生。但因矿石存在初速度，对下部矿仓冲击力较大。为了便于跑矿时的人员逃生，操作硐室应有供逃生的安全通道。

（2）卸矿硐室根据卸矿方式的不同分为翻笼卸矿硐室、曲轨卸矿硐室和底卸式矿车卸矿硐室。为防止超过规定块度的矿石进入溜井造成堵塞，应在卸矿口设置隔筛，在卸矿坑周边应有不小于1m宽的平台，确保人员通行和大块矿石处理。为了确保矿石对卸矿口和矿仓壁的冲击和磨损，应尽量采用中心落矿，必要时应对矿流冲击部位进行耐磨损加固。

1.5 溜井抗磨损的设计

溜井磨损速度的大小与溜井结构类型，卸矿高度，矿废石的硬度、块度有关；也与穿过岩层的岩石硬度、溜井的断面尺寸、溜井的卸矿方式和储矿条件有关。要尽量做到溜井结构类型和断面设计合理，多采用单阶段卸矿和中心落矿。溜井井筒中，尽量减少变坡点和转折点。在溜井易磨损部位应进行合理加固。目前，对于溜井井壁的加固，主要有井壁内衬高锰钢板、井壁内衬钢轨和井壁内衬耐磨钢板三种方式。

2 溜井设计的发展趋势

2.1 三维设计软件进行溜矿模拟和设计出图

现在溜井的设计主要依据相关规程规范和设计经验的积累。但在溜井的设计过程中，若能采用三维软件进行建模，根据矿石的性质和装卸矿情况进行模拟，能够更准确的确定溜井和矿仓的断面尺寸、需要加固的部位和加固方式。能够节省基建投资，减少使用过程中的维护和保养。利用三维软件出图能够提高设计效率，方便设计优化。

2.2 新材料的运用

目前溜井的加固主要采用钢筋混凝土支护，但钢筋混凝土抗耐磨和耐冲击性差，一般需要内衬钢轨或者钢板提高井壁的抗耐磨和冲击性能。但这些措施存在耗费的钢材量大、维修困难、施工困难等缺点。研究新的抗耐磨方法和新的耐磨材料，是今后溜井设计的重要课题。

2.3 新的施工技术及设备的引进

目前溜井施工主要使用钻爆法，对于溜井-平硐开拓的矿山，溜井一般采用反井钻机施工。钻爆法施工火工品和人力消耗大，进度慢，安全风险高；反井钻机施工火工品和人力都消耗少，施工进度快，但是受地形和岩石条件限制，不能普遍推广。因此，对于溜井的施工，能够发现新的凿岩方法和掘进设备，可以大大提高矿山的建设进度，确保施工安全[3-5]。

2.4 生产溜井运行情况的数据统计与共享

工程类比是溜井设计中即直观又有效的方法。将各生产溜井的运行情况进行统计，包括溜井形式、卸矿高度、矿石性质、支护方式、抗磨损材料的消耗情况等参数进行列表统计，并在行业内共享，将对溜井的设计工作起到极大的推进作用。