溜井系统矿仓加固形式的探讨.pdf

2 0 0 2年 2月 第 3 1 卷第 1 期 有色 矿 山 No nf e r r ou s M i n e s Fe b． ， 20 0 2 Vo1 ． 31 NO． 1 溜井系统矿仓加 固形式 的探讨 安建 英． 张增 贵 北京 有色 冶金设计研 究总 院， 北京 1 0 0 0 3 8 [ 关键 词 】矿仓加 固 ； 耐 磨衬板 ；稀土 耐磨钢 [ 摘要】 简要评述了国内金属矿山矿仓加固的几种形式， 介绍并分析了赞比亚铜矿山的加固方法和一种新型 加 固材料 稀土耐磨钢 ， 对 不同 加固材料的 使用条件提 出了看 法。 [ 中图分类号 】T D3 5 2 [ 文献标识码 】 A [ 文 章编号 】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 2 0 1 0 0 1 3 0 4 Di s c u s s i o n o n l i ni n g f o r m s of s t o r a g e p o c ke t s of p a s s s y s t e m AN J i a n y i n g，Z HANG Z e n g g u i B e O i n g C e n t r a l En g i n e e r i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e f o r No n f e r r o u s Me t a l l u r g i c a l I n du s t r i e s ， Be Oi n g 1 0 0 0 3 8 ，C h i n a Ke y wo r ds l i ni ng f o r s t o r a g e p o c k e t s；we a r i n g p l a t e；r a r e e a r t h we a r - r e s i s t i n g s t e e l s Abs t r a c t S e v e r a l l i n i n g f o r ms of s t o r a ge p o c k e t s i n d o me s t i c me t a l m i ne s a r e r e vi e we d b r i e f l y，t h e l i n i n g f or m s i n c o p p e r m i n e s o f Za mbi a a n d a ne w ki nd o f l i n i n g ma t e r i a l r a r e e a r c h we a r r e s i s t i n g s t e e l a r e i n t r o d u c e d a nd a n a l ys e d．I n t h i s pa p e r ，s ome r e m a r ks a b o ut t h e u s e c o nd i t i o ns o f d i f f e r e nt l i ni n g ma t e r i a l s a r e p ut f o r wa r d a l s o． 1 引言 主溜 井是矿山生产系统的重要组成部分之一。 一 般来讲， 主溜井 系统 包括装载站 、 溜井、 矿仓和底 部给料机硐室等几部分 ， 对于大 中型矿 山还包括破 碎站等。确定合理的溜井结构 形式、 选择 可靠的加 固方案， 对诞长溜井的使用寿命、 保证矿 山的正常生 产意 义 重 大 。 矿仓作为溜井的一部分， 是溜井的储矿段， 同时 也为下落矿石提供缓冲， 使落下的物料 不直接砸到 底部的给料设备上 。矿仓也是 溜井系统 中冲击 、 磨 损的重点部位， 对于直矿仓而言， 其损坏原因主要是 磨损 ； 对于斜矿仓， 不仅要承受矿 废 石的磨损， 还 要承受下落矿石 的冲击损坏。因此， 矿 山主矿仓往 往都要加固， 合理选择和确定抗磨损加固方案， 是保 证溜井正常生产的关键。 [ 收稿 日期 】 2 0 0 1 1 0 2 1 【 作者简介 】安 建英 1 9 6 3一 ， 男， 陕 西 省永 寿 人 ， 高 级 工 程师， 从 事矿 山井 巷工程设计 工作 。 2 金属 矿 山矿 仓常用 加 固形式 加固的 目的是增加岩壁 或支护壁 防御矿 废 石流冲击和磨损的能力。确定加 固方 案， 必 须首先 掌握矿仓所在围岩的工程地质和水文地 质资料， 特 别是岩层的构造 断层、 破碎带 、 节理裂隙情况及围 岩 的物理力学性 质 岩石硬度、 裂隙率及岩石的磨损 指标等 ； 其次， 要 了解 溜放 物料的块度 、 硬度、 粘性 等指标， 以及在物料溜放过 程中作用于支护壁 的静 压力、 冲击力和在进行堵 塞处理 时爆破对支护 或额 墙的影响程度 ； 还 要掌握加 固材 料的物理力学性 能 及其磨损指标等。 根据 加固所用材料不同， 矿仓加 固分 为混凝土 加 固、 钢筋混凝土加固、 钢轨加固、 普通钢板 或锰钢 板 加固 、 高锰钢板加固等几种不同形式。国内金属 矿 山常用的加固形式主要有钢轨加 固、 普通钢板 或 锰钢板 加固、 高锰钢板 Mn l 3 加固等 。 2 ． 1 钢轨加固 钢轨加固一般 与混凝土、 钢筋混凝土及锚杆联 合使用， 即通过连接 件或 固定件将钢 轨固定在岩壁 维普资讯 1 4 有 色 矿 山 2 0 0 2年 第 3 1卷 上， 再通过锚杆与混凝土 或钢筋混凝土 固结为统一 整体 。钢轨加 固的连接 形 式和 固定方 法如 图 1所 示 。可采用 固定好钢轨后再浇 筑混凝土， 把钢轨与 混凝土浇筑在一起 ； 也可以采用先浇混凝土 ， 在浇混 凝土时埋好预埋件， 再把钢轨焊接在 预埋 构件上 的 施工 顺 序 。 a 钢轨 加固方式 之一 b 钢轨 加 固方式 之 l I 图 1 钢轨 加固方法示意 图 l 一钢 轨 ； 2 一槽钢 ； 3 一 锚爪 ； 4 一混 凝土 ； 5 --锚杆 钢轨 加固的优点是可以利用矿山的废 旧钢轨， 成本 比较低廉 。缺 点是 把钢轨焊接 在预埋件上， 现 场施焊工作量大 ， 施工质量难 以得到保证 ； 如果施工 质量得不到保证 ， 有可能发生脱轨现象 ， 修复工作困 难 ； 导致溜井堵塞， 影响正常生产。对于生产规模不 大的矿 山． 采用此种加 固方法 在经济上是 比较 合适 的。 2 ． 2 普通钢板 或锰钢板 加固 普通 钢板与混凝土或钢筋混凝土共 同使用， 其 耐磨性能较钢轨差 。普通钢板材料来源广， 价格低， 加工简单 ， 施工方便 ； 加 固钢板也 同时是模板， 节省 了浇筑混凝土的支模材料， 工程造价低 ； 加 固可靠 ， 损坏后的修复工作 比较 容易。钢板 的可焊性能好 ， 可把锚爪直接焊接 在钢板上锚 固钢 板 ； 也可 在钢 板 上先钻锚杆孔， 并镗 出套 头扳手孔以便沉头 紧固锚 杆锚 固。钢板锚固的连接形式见图 2 。对于矿石硬 度较小、 服务时间不 长的小型矿山宜优先考虑 此种 加 固方 式 。 锰钢板加 固的 固定方法与普通钢板相 同， 其耐 磨性能和抗 冲击性能 比普通钢板高出许多。 2 ． 3 高锰钢板 Mn l 3 加固 高锰钢抗冲击 、 抗磨损性能 良好 ； 加固可靠 ， 服 务时间长。因其可焊性 、 再加工性能差， 衬板通常采 用铸造板 。固定方法大致 可分为锚杆锚 固和挂钩固 定两种形式 ， 锚杆锚固的连接形式与图 2所示相同， 衬板上的孔在铸造过程中预留。衬板挂钩固定方法 如图 3所示 ， 按设计要求在衬板上铸造 出钩子， 安装 施工时再将衬板直接挂在预先 固定好的型钢 上 ； 可 以挂好衬板后浇筑混凝土， 也可先浇混 凝土后挂衬 板 。 图 2 钢板加 固方法示 意图 l 一 混凝土 ； 2 一钢 筋 ； 3 一钢 板 ； 4 一 锚爪 ； 5 一 沉头螺 栓 图 3 高锰钢板 加固方 法示意图 l 一锚爪 ； 2 一 工字钢 ； 3 一锰 钢板 ； 4 一混 凝土 ； 5 --钢 筋 一 般 常采 用先挂 衬板后浇混凝土的施工方法 ， 这样既可以衬板 当模板 节省工序和材 料， 又可使衬 板和混凝土浇筑在一起， 锚 固可靠 ； 缺点是 出现衬板 损坏现象后不易修复。若先浇筑混 凝土后挂衬板 ， 则多一道支模工序， 衬板不与混凝 土固结 在一起 出 现损坏后容易修复。 对于大 、 中型矿 山通过矿量大 的矿仓 宜优先考 虑 此 种 加 固方 式 。 2 ． 4 其它加固形式 除上述 加固形式外， 还有钢纤维 喷射 混凝土加 固、 树脂混凝土锰钢板加固等形式， 近年还 出现 了采 用橡胶衬板进行矿仓加固的形式。钢纤维 喷射混凝 土多用于修复加固， 其施工工艺简单， 影响生产时间 短。树脂混凝土锰钢板加固是采用高强度树脂混凝 土作为粘结剂粘结锰钢板进行加固， 因其成本较高， 亦多用于工程修复。 橡胶 衬板 加 固是 近年 出现 的一种新 型 加固形 式。它采用一定长度 、 宽度和厚度 的单块橡胶 板组 合而成为整体耐磨衬 里， 以预埋螺 栓或锚 杆固定在 混凝土壁上， 从而达到 加固 目的。根据工作条 件不 同， 分为抗 冲击型、 抗磨损型和综合型。此种加固的 特点是 ； 抗冲击 、 耐腐蚀 、 耐磨损， 使用寿命长 、 重 量 维普资讯 第 1期 安建英等溜井系统矿仓加固形式的探讨 1 5 轻、 安装更换方便 、 劳动强度低 、 可 降低工作环境 的 噪音 。 3 赞 比亚铜 矿 山加 固技术 简介 赞 比亚是世界 著名 的产铜 大国， 其采矿技 术处 于世界领先水平 。因工作关系笔者对该 国几个矿山 进行 了考察。 在此对矿 山的加 固技术作一简介 。 赞比亚矿山的矿仓 、 溜槽均采用高锰钢板 加固， 部分箕斗给料的计容仓 也是用高锰钢板 围成， 衬板 的固定方式为可拆卸式 。即先以混凝土抹平岩石壁 面， 在平整的混凝土 面用锚 杆锚 固竖 向 H 型钢 ， 在 H型钢上再用螺栓固定横 向 H型钢梁， 然后把衬板 挂在横 向钢梁上， 具体结构如图 4 a 所示。这种 加 固形式具有以下特点 ①结构合理， 施工简单。仅需 以较薄的混凝土找平 不平 整的爆 破岩面， 对 围岩 的 支护不是依靠浇筑的混凝土， 而是利 用锚杆 ； 锚杆的 作用既为了 固定纵 向 H 型钢， 又加 固了围岩， 使其 性能得到 了充分发挥和利用。②安装简便 。纵横梁 之间、 纵梁 与锚杆 之间均 以螺栓 紧 固， 无需现 场焊 接， 避免焊缝连接抗冲击 振动性 能差的不足 ； 当横梁 固定好后， 仅需挂上衬板即可， 施工甚为方便。③节 省工 程材料。开挖厚度与以混凝土进行岩壁支护差 不多。 而浇筑混凝土的 目的不是为了进行岩壁支护， 仅是为了找平， 所以混凝土 消耗 量少。④衬板可拆 卸， 维护也很方 便。⑤尽管在 使用初期衬板背后空 隙大， 但随着通过 矿量的加大， 粉矿量也增 多， 粉矿 就会通过两块板之 间的缝 隙充满衬板壁后， 使衬板 厚度在磨损减薄后不至于因冲击而出现断裂。 _● ●。 差 一。 ／／ ／ 。。 a 加固方法之一 1 加固方法之二 图 4 赞比亚铜矿山加固方法示意图 1 一H型钢 横 ； 2 -- 锰钢 衬 板 ； 3 一 锚杆 ； 4 --混 凝 土 ； 5 一 H型 钢 纵 由北京有色冶金设计研究总院承担的赞比亚谦 比西铜矿恢复生产设计 ， 在进行主溜井系统设计时， 结合该矿山以前的加 固特 点， 对矿仓 加固结构 作 了 一 些改进。即参照图 4 a 所示加 固方 式取 消了纵 向 H型钢 ， 直接把 吊挂衬板的横梁以锚杆锚 固在混 凝土壁上， 具体如 图 4 b 所示 。这 种改进 既节省 了 工程材料， 又减少了开挖工程量， 使施工也更简单。 4 加 固材料 4 ． 1 几种常用材料的磨损性能比较 目前， 矿 山常用的加固材 料有 钢轨、 锰钢板 或 普通钢板 、 高锰钢板等。根据对实际工程生产使用 的不完全调查统计， 不同材料的磨损寿命平均 值见 表 1 。该表可为加 固设 计 中确 定加固类 型、 选择 材 料种类及衬板厚度等提供参考。 表 1 各种加固材料在不同条件下的磨损寿命 4 ． 2 新型加固材料 稀土耐磨钢 传统的高锰钢 Z GMn 1 3 经水韧处理后可获得 单一的奥 氏体组织， 在强冲击或接触应力条件下， 表 面层的硬度可得到提高， 中心部仍保持 良好韧性 ； 但 在低冲击或无冲击的条件下表面硬 度低 ， 其 耐磨性 能也得不到 充分发挥， 因此适合在冲击条件下使用。 在 Z GMn l 3的使用过程 中。 发现其耐磨性和使用寿 命不够理想， 不能完全适应生产的需要。 稀土耐磨钢是在原有钢 的基础上合理 加入 C r 、 Mo 、 V、 Re 促进碳化物形成的合金 ， 再通过热处理调 质及弥散硬化处理 ， 使奥 氏体 晶粒 内存在大量 弥散 的碳化 物颗粒。稀土 耐 磨钢在 保证 冲击韧性 性 能 下， 使其抗磨的碳化物颗粒均匀分布在整个基体上， 无论是否在冲击条件下， 其硬度不仅是表面硬度， 而 是从表面到中心部硬度一致， 磨粒磨损一致。 因而 稀土耐磨钢具有 比 Mn l 3更高的抗冲击韧性和耐磨 维普资讯 1 6 有 色 矿 山 2 0 0 2年 第 3 1 卷 性 能 。 稀土耐磨钢 采用中碳多元合金体系， 确保 了材 料的综合性能指标 ； 金相 组织为板条马 氏体 贝氏 体 。其具有 良好的焊接性能， 可与其它任何钢对焊， 随意切割、 加工， 给安装使用带来极大便利 。稀土耐 磨钢 已广泛应用于 电力、 冶金、 矿山、 洗煤、 建材等行 业 。实际使用证 明， 在相 同条件下耐 磨寿命是碳钢 的 6倍， 锰钢的 2倍。 在价格 上， 稀土耐磨钢 比高锰钢稍贵些 ， 但其 良 好的耐磨性 能使衬板厚度在相 同放矿量的条件下 可 以比高锰钢减 少 1 ／ 4～1 ／ 3 ， 单 件重 量减 轻， 劳动强 度减轻， 工程的综 合造价要 比高锰钢 低。因而对 于 矿山工程的抗磨损加 固， 稀土耐磨钢也是 一种较为 理想的材料 。 5 结语 矿仓 加固材料、 加固方法多种 多样， 在具体工程 设计中应结合实际情 况因地制宜 ， 根据不 同的工程 条件 ， 选择施工简单、 工期短、 经 济合理的加 固方 案 和材料， 进行综合 比较 ， 尽量做到一次性加固。 钢 轨加 固在 国内矿 山工 程加 固 中应 用较为普 遍。钢轨加固施工复杂、 施焊工作量大、 施工质量要 求高 ； 井下作业 环境 条件 差， 施工 质量难 以得 到保 障。对于以抗冲击破坏为主的部位不宜采用此种加 固方 式 。 采用高强耐磨衬板加固时， 若围岩整体性好， 节 理裂隙不发育， 不需用混凝土 或钢 筋混凝土 来维 护 围岩的稳定时， 可采用 图 4所示 以锚 杆锚 固钢梁 的方法进行加固 ； 当围岩整体稳定性不好、 须采用钢 筋混凝土进行岩壁支护时， 建议采用 图 3所示 的以 锚爪锚固钢梁悬挂衬板的加固方式。 对于加 固衬板材料类型， 应根据具体的工作条 件合理选择。对 于以抗冲击为 主的环境， 可优先考 虑采用高锰钢衬板 或稀土耐磨钢 ； 对于低 冲击 以磨 损为主的矿仓， 宜选用稀土耐磨钢、 锰 钢板或钢轨 进 行 加 固 。 [ 参考文献] ● ’ [ 1 ] 采矿设计 手册编 委会 ． 采矿设计 手册 3 [ M] ． 北京 中 国建筑 工业 出版社， 1 9 8 9 ． 尹格庄金矿 2 0 0 0 t ／ d采选扩建工程 已试车投产， 比计划提前一年。 该矿是“ 七五” 期间国家重 点投资兴建的十大黄金矿山之一。1 9 9 8年经国家经贸委批准立项， 开始实施 2 0 0 0 t ／ d扩建工程。项 目设计总投资 2 ． 5 3亿元， 井巷工程量 1 5万 m。 ， 基建期 4 ． 5年。 该项 目由北京有色冶金设计研究总院 E NF I 设计完成 。于 2 0 0 1年 1 1月 2 0日顺利试车投产。 本设计具有 以下特点 1 碎矿、 磨矿实行露天配置 ； 中细碎采用了 N o r d b e r g先进 的 HP 3 0 0型圆锥破 碎机， 整个碎矿系统只有 两条皮带 ； 2 磨矿采用一台 似 ． 0 m6 ． 0 m 球磨机与旋流器构成闭路 磨矿， 该磨机是 目前国 内黄金企业最大 的球 磨机 ； 3 该选矿厂在国内首次引进采用 了尼尔森选矿机 回收单体金 ； 4 碎磨工艺过程采用 自动化控制。 达产后， 该 矿将成为年 产黄金 6 7 2 0 0两 2 ． 1 t ， 产值 1 ． 5亿元， 年创利税 2 6 8 0万元 的国内现代化大型黄 金矿 山企 业 。 王 少 青 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