金属矿床地下开采专业名词科普系列——溜井

      溜    井

 1、简介

       溜井，指利用自重从上往下溜放矿石的巷道，作为地下金属矿山辅助开拓巷道之一，被普遍运用在地下金属矿山放矿工作上。

      溜井的应用范围和溜井系统大致可分为两种：

     （1）平硐溜井出矿系统。（2）竖井箕斗提升的集中出矿系统。

   1.1 溜井位置的选择

       在设计开拓运输系统时，如需采用溜井放矿，应确定溜井的位置，应注意以下基本原则：

    （1）根据矿体赋存条件使上下阶段运输距离最短，开拓工程量小，施工方便，安全可靠，避免矿石反向运输；

    （2）溜井应布置在岩层坚硬稳固、整体性好、岩层节理不发育的地带，尽量避开断层、破碎带、流砂层、岩溶及涌水较大和构造发育的地带；

    （3）溜井一般布置在矿体下盘围岩中，以免溜保安矿柱和影响生产。当围岩破碎而矿体稳固时，则可布置在矿体中，有时可利用采区天井放矿；

    （4）溜井装卸口的位置应尽量避免放在主要运输巷道内，以减少对运输干扰和矿尘对空气的污染。

2、溜井放矿能力

       溜井放矿能力的波动范围很大。它主要取决于卸矿能力、放矿口的装矿能力及巷道的运输能力。为了使溜井能持续出矿，保证矿山正常生产，溜井中必须贮存一定数量的矿石。此外，应使卸矿口能力大于出矿口的放矿能力。放矿口的装矿能力主要取决于下部巷道的运输能力；卸矿口的卸矿能力主要取决于上部水平的运输能力和采场出矿能力。

       溜井放矿生产能力，可按下式估算：

W=3600 λFαγυη/K

  式中  W——溜井放矿生产能力，t/h;

       λ——闸门完善程度系数，一般为0.7~0.8；

       F——放矿口的断面积，m2

       α——矿流收缩系数，一般为0.5~0.7；

       γ——矿石实体重，t/m；

       υ——矿流速度，通常取0.2~0.4m/s；

       η——考虑到堵塞停歇时间等因素的放矿效率，通常取0.75~0.8；

       K——矿石松散系数，一般为1.4~1.6。

       国内矿山生产实践证明，当溜井中贮备一定数量的矿石，各运输水平的运输能力能满足放矿口及卸矿口的能力时，则溜井的生产能力时很大的。正常情况下，每条溜井每天可放矿3000~5000t。

3、溜井的形式

       国内金属矿山的主溜井，按外形特征与转运设施，有以下几种主要形式：

         （1）垂直式  从上至下呈垂直的溜井，如图3.1所示。各阶段的矿石由分支斜溜道放入溜井。这种溜井具有结构简单，不易堵塞，使用方便，开掘比较容易等优点，故国内金属矿山应用比较广泛。它的缺点是贮矿高度受限制，放矿冲击大，岩石容易粉碎，对井壁冲击磨损较大。因此，使用这种溜井时要求岩石坚硬。稳固、整体性好，矿石不易粉碎；同时溜井内应保留一定数量的矿石作为缓冲层。

        （2）倾斜式  从上到下呈倾斜的溜井，如图3.2所示。这种溜井长度较大，可缓和矿石滚动速度，减小对溜井底部的冲击力。只要矿石坚硬不结块，也不易发生堵塞皆可使用。溜井一般沿岩层倾斜布置可缩短运输巷道长度，减小巷道掘进工程量。但倾斜式溜井中的矿石对溜井底板、两帮和溜井贮矿段顶板、两帮冲击磨损较严重。因此，其位置应选择在坚硬、稳固、整体性好的岩层或矿体内。为了有利于放矿，溜井倾角应大于60°。

        （3）分段垂直式  当矿山多阶段同时生产，且溜井穿过的围岩不够稳固，为了降低矿石在溜井中的落差，减轻矿石对井壁的冲击磨损与夯实溜井中的矿石，而将各阶段的溜井的上下口错开一定的距离。其布置形式又分为瀑布式溜井和接力式溜井两种，分别见图3.3及图3.4示意图。瀑布式溜井的特点是上阶段溜井与下阶段溜井用斜溜道相连，从上阶段溜井溜下的矿石经其下部斜溜道转放到下阶段溜井，矿石如此逐段转放下落，形若瀑布。接力式溜井的特点是上阶段溜井中的矿石经溜口闸门转放到下阶段溜井，用闸门控制各阶段矿石的溜放。因此当某一阶段溜井发生事故时不致影响其他阶段的生产；但每段溜井下部均要设溜口闸门，因此生产管理，维护检修较复杂。

        （4）阶梯垂直式  这种溜井的特点是上段溜井与下段溜井相互距离较大，故中间需要转运，如图3.5。这种溜井仅用于岩层条件较复杂的矿山。例如为避开不稳固岩层而将溜井开成阶梯式，或在缓倾斜矿体条件下，为缩短矿块底部出矿至溜井的运输距离时采用。

4、溜井的结构参数

       为了保证溜井持续、可靠、安全地溜放矿石，需正确的选择溜井的结构参数。图3.1是溜井的结构系统示意图，它包括卸矿硐室、卸矿口、溜井井筒、贮矿仓、溜口（装放矿闸门）、中间阶段硐室和斜溜道、检查天井和检查平巷。

       垂直式溜井的断面形状有圆形、方形及矩形等。由于圆形断面利用率高，稳固性和受力状况较好，矿石对溜井磨损程度小且均匀，故生产中使用较多。

       倾斜式溜井的断面形状有拱形、梯形、矩形、方形、圆形等。因拱形、矩形断面施工方便，稳固性较好，故使用较多。

       溜井的断面尺寸主要取决于溜放矿石的最大块度，并考虑矿石的黏结性、湿度及含粉矿量等因素。溜井的断面直径（或最小边长）D=通过系数n*最大块度d。通过系数一般取5~8为宜。

       垂直溜井中，矿石对溜井冲击磨损均匀，在贮矿的情况下，具有比斜溜井堵塞的可能性小、稳固性好等优点，故主溜井多采用垂直式溜井，采用倾斜式溜井的较少。为了保证矿石在溜井中顺利流动，不致堵塞，倾斜式溜井的溜矿段倾角应大于矿石自然安息角，一般应大于55°；贮矿段应等于或大于所溜放矿石粉矿堆积角，通常不小于65°~75°。溜井的分支斜溜道不作贮矿用，而且长度不大，溜道底板倾角可以采用大于矿石的自然安息角，可在45°~55°之间。

       在溜井最上一个卸矿口，一般是矿石从矿车中直接卸入溜井。为防止超过允许块度的大块矿石进入井筒造成堵塞，在卸矿口装设格筛，格筛的网格大小按允许落入溜井的最大块度而定。

重要说明

       全文转载自王青、任凤玉等．采矿学．北京：冶金工业出版社，2011年4月第二版：P180—P183

       文中插图均由东北大学深采重点实验室20级硕士李章超、张豪同学提供。