溜井中矿石移动的研究(五之二).pdf

x 00 x 噙 日 本 溜 并 娶 显 会 研究报告之五 i x x 溜井中矿石移动的研 究 五之二 一 投入溜井 矿石粒度分布 的测定及其 有关 问题 的研究⋯～ n本水 泥株式会社 资源事 业部矿 业课钠 术宽 6 ． 溜井 容量 的推 测 1为 了解 矿石在 溜井 中移动特 性 而 进 行的涂色 块石试验 ，为整 个研究 提供 了堆 重登的基础数据。试验结果表明，这种试验 方法 实际上 是 间接测 定 当时溜井 的容量 。 2理 论 研 究 如果溜 井断面 内任意位 置 的下 降速度 向 量与 溜井的 轴 向相 同，在 已投 入A种 矿石 的 溜井 巾，从 某一时刻 开始连 续投入 质量不 同 的B种矿 石叫 ，在 溜井 q t ， 石A和B之间形 成边 界面 。我 们称这 种边界面 为界面 。在 法 色矿石 瑶 的厚度可 忽略不 计时 ，在 将其 上部 的矿石 看 作是B，下部矿 石为A的情 况下 ， 将 涂色矿 石层视 为一种 界面 。如 果 溜井 断面 内的下降速 度均 等 ，删 界面 形 状不 变 ， 言而 喻，到 界面到 达 船井 下部为 l 』 时的累 计 排矿 量肯定 与滴 井容 量相 等 。当 溜井 在其断 面 内具有某 一下 降速度 分布时 ，界面 的形状 随着 下降而 变化 。在 涂 色矿石 出现特 性 试验 时，将 这种界 面 的最 下端 通过 榴 井下部 确 切地说是 测点 的时 刻为 O ， 可求 得 以后 的排 矿量 ， 以及通 过榴 井下部 的 界面 垂 直于溜井 轴的断面 垂直 断面 与投影面积 的漓 井 断 面 的比率关 系 。在 溜井的直 径为R， 长 度为L ■外垒一矿I I l 时，可将 溜井容 量定义 为与直 径 为R，高 度 为L 的 圆柱 的休积相 等 。于是 ，溜 井容 量就 等于从界 面在溜 井最上部 的某一 时刻 起，到 溜 井下 部 的垂直 断面 与通 过溜井下 部的 界面 面所 围成 的体积 Va ，同漓 井下部 的 垂 直 断 面 、滞 井壁 及投 通 过的 界面 面所 围成的体积 Vb 相 等时为 止的累 计排矿量 相等 。反 言之 ， 欲 想知道 从试验 开始列 涂色矿 石的 出现特性 曲线 的百 分 之多少为 j ． 1 l ,j 的累计排矿 量与 溜 并容量斗 钉等 需要求 出体积 Va 与Vb 相 等 时 通 过 溜井下部 的界面 的垂直 断面 与投 影面积 的溜井断面 的 比率 圈 8 3 1 维普资讯 ① 一元 一次下 降速度 分布 时 一般 指斜 溜井 时 矿石 的下 降速度分布 ，如 图 8所 示，在 溜 井 内的直 交 断面 内的直 角坐 标系 [ 】 ’沿着 一 个坐标 轴下 降速度 为一 定 ，而只有 沿着另 一 坐标轴 时下 降速度 才发 生一 元一次 变化 的 情 况下，漓 井容量 与从试验 开始到 涂色块 石 出现 5 O 时 的累计排 矿量相 等。 ②轴对称下降速度分布时 一般指垂直 溜井 时 下面 考 察具有f r ba r 这 种 轴对 称 下降速度分布的长度为L 、直 径 为R 的漓井 容 量推 测方法 。 假设a 0 ，b a R／ 2 ，即 漓 井 中心 部分 的下降 速度 最快 ，如 图 4所示 ，界面 的 中心部分到 达溜井 下端 的时刻为t0 。 另 外， 设 界面 的最慢 部分的位 置为z0 ，界面 切于 溜 井下端 的 断面 的位 置为zz ， ， 界面 最快部 分 的位 置为zz z 时 ， 考 察下 向的座 标 轴Z 。 ‘l j 一， 0 嘲 窝 图 4 t 秒 后的z 1 和z 2 为{ z 卜 、 a 里 R ． { t 吾 l t a 鲁 t 另外 ，t 秒 后的 r z 为 3 2 z - a r I t 告 - b a 号 y { t 告 r z ／ R i 两 图 4中的Va 和Vb 分别 为。 Va 州 a z 一 南 z 一 竺 ， 1 V z 一 』 ㈣ a z 4 f L _ t { a 詈 “ ． t 】 南 z 4 f L - L{ a 告 ‘ ． t } 】 h ％ t - 2 ．[ ， L a L b t L J 一 鲁 】 维普资讯 因此 ，当使 VaVb 成 立的t 为 t 嘣 R L [ ⋯ a 鲁 ] L b 涂色 矿石最 初几 块 出现 的t 秒 后 全 部 出 现 f b0t 、2 熏 L． 1 0 0 R ⋯ ⋯ 4 所 以，将 t ； 代入上 式 t 并 整 理 ，t 秒后 涂 色矿石 的累计 出现率Q 为； Q 卜南 ． 1 0 0 也就是 说 ，在 这种 情况下 ，可将从 试验 开始到 涂色矿 石Q 出现为 止时 的累计 排矿 量看作是 溜井容 量 。 从 上述可知 ，在 垂直溜 井 情况下 ，可给 定溜井 容量 的累计 排矿 比率 ，是 只 取决于速 度分布 式 中的n的函数 ，当n1 ～ 4 时 ，Q 4 4 ． 4 ～5 7 ． 7 上述理 论是 与东京大学 工学 部 共 同研 究提 出的 。 3对 现 场试验结 果 的分析 研 究 在斜 溜井 情 况下 ，可 比较容 易推测 出 现 分布 的累计 出现 率为5 0 时 的累 计 排 矿 量 ⋯⋯ 与速度分 布 函数的 常数 无关 ，所 以 现 在考察 垂直溜井 的情 况 。 在根 据块 石试验结 果 求溜井 容 量时 ，唯 一 必需 的参数是 轴对称 下 降速 度分 布 式f r ba r 中的n，即分 布式是 几 次函数 。 关于 计算这个 问题 的详细特 别 报告 ， 以 后将 另外 以关于 了解 特性 试验的分 析为题 进 行介 绍，本 文将该 部分略 去。但通 过数值 分 析 参照 图 5 ，在田海矿 溜井 深4 6 5 m 的情 况下 ，n 3 。 顺 便 说一下 ，该矿 的块石试验 结果 与 国外盒■矿 山 假 设 的轴对 称下 降速度分 布 式的模型 非常吻 合 。 根据 n 8，求得 前述的 Q为 5 4 ． 3 。 研究 报告之 二 已指 出，根据 以前两次块 石试验 结 果 参 照 石 灰 石 N _c 1 2 3 2 j 9 8 8 ⑧，P1 4 ， 图 8和图 9可推测 出 田海 矿 权 现溜井 现在 的容 量为 3 5 8 0 0 t 。 讣 辅 川 州 逃 噬 仆 摊 。 ／ 一 一 ． ＼ ● ．．．． ．． r ● ‘ ● _ t 图 5． 田 海矿 块 石试 验 结 果分 析 例 7 ． 溜 井 堵 塞 ] 概论 就大型 溜井 而言 ，在 其使用 上最成 问题 的是 ，在 充满矿 石的溜井 内部发 生的堵 塞现 象， 及矿 石随 着排矿在 溜井 中下降时 的混 合特性 。 下面 就 前者的 理论 背最 及实 例 加 介 绍 。 漓井堵 塞 的原 因大体 上来说 是 由两 种拱 引起，一是 因大 块相 互咬台 引起 的咬台 拱 ， 3 3 维普资讯 维普资讯 认为是 由于移动拱因其连续崩坏而在溜井中 上升 时 ，移 动拱下 面 的 、表现 密度变 小的 限 定区域 移 动区 ，象 图 8所 示那样 ，与 移 动拱 同时在溜井 中不断 上升而 引起的 。 另外 ，伴 随矿 石下 降移动而 发生的 这种 周期性气压变化，越到溜井下部，其变化幅 度 越小 ，周期 变短 ，在溜 井 下部 的溜 IZ l 处 ， 大体上是变成连续的 这些情 况可 以通 过考 虑 以下 因素来加 以 说 明 ，即 ， 由于伴随 矿石下 降的 2次 动作 以 及 存在移 动拱的 自立 时间长 的区域 等 引起 的 下 降移动 前后的 部分 体积 比重的 变 化。 现将溜 井下部溜 IZ l 内的现象的周 期 用 ∞ 表示，将 因 1次现象而流动的矿石量换算成 溜井的 长度用L’表 示，某一时麦 的 空 间的高 度 为L，形 成空 间天棚的不 稳 定拱 的 自立时 间为S， 由于S 取决 于构成其不 稳 定 拱的矿 石 包 括所 含的 粘 土的 物理性质及 状态 ， 即使是在 同一溜 井 ，也 因部 位和 时间的不 同 而 异 。 所谓溜井 堵塞 ，可 定义 如 下 此S 形 成某 一 时瓤 空 间天棚 的不稳 定 拱 的 自 立 时 间 在 溜井 内任意 的位 置为无 限大 ，或 比通 常值 明显增大的状态 。 这样 ，溜 井上部 现象 的周 期与 溜井 下部 现象周期的差，就成为了解溜井 内拱的崩坏 传递 状态的 线索 。当该差值 超过 某一一定值 时 ，就可视 为溜井堵 塞的 前兆 。通 过 监测 在 溜井 内 同水平的 移 动次 数和气压 变 化程 度 以及周 期 ，就有可 能预测溜 井是否会堵 塞 。 5 防 止稳定拱 的形成 溜 井堵 塞 的原 囡是 由于 微小粒 子l 牯 着 力 及块 石的相 互咬 台而形成 稳定拱 ，前者 l { 粘 性拱 ，后 者川 咬合 拱。 牯 性拱的 稳定条 件是拱的 自立 和壁面摩 擦力 与 拱的 自重之 问的 平衡 。通 常 ，溜 井魁 芷满 足根据某 一假 设修 J 这 一平 衡关系 式的 量外盘疆矿 山 下式 的情 况下 进 行设计 D 1s J n 4 k ／ Y 式 中；D 溜井 直 径j 拱形成 物的 内摩擦力 ， k 拱形成物的粘着力j 拱形成物的比重。 另外，在俸业 时，通过改变投入矿石与 粘 土量的 混舍 比来 控制投 入摺 井 物料的 和 k 。再有 就是 在 妊理堵塞 作业 时常常 注 水 ， 这 可 以理解 为无 限减 小k 值 ，使 其接近 于0 。 另一 方面 ，咬台 拱的形 成是 取决于块 石 相刺 于溜井 直径的 大小及 其形状 等的概率 现 象。一般来 说 ， 难于将 块石 的形状定 量 化， 所 ，投 入溜井的 矿 石专 门用下 式进 行控制 d D／5 式中 ，d 为投 入溜井 物料的 最大粒度 。囤9 为 咬 合拱 的示 意 图。 盥 9 咬台 批 示 意 图 在路 径减小 部分 ，在 其 上部形成 如周1 0 所 示的那 种管状死 区 。将 其 称为管状 现象 ， 在 产 生管 状现象 区段 ，有 效路 径减小 ， f 起 堵 塞 的危险性增大 。类 似的现 象，在 从溜井 下部到溜 口、矿石流动方 向变化部分的下流 侧 也可见到 。 另外 ，柱井壁 附着粘 土的 “ 喘 气现象” p I其 内部的应力状态与管状现象 叫 大致相 同 求得 该矿石管 的理论 高度 。 溜井底部 溜 H部 分的定 期清扫 用 压缩 空 L 等 也 j 防牯性 拱和管状现 象的 作 用 3 5 维普资讯 图1 O管 状现 象 示 意 图 4 溜 井堵塞 的实例 溜井堵塞 的实 例很多 ，而 这里所要介 绍 的实侧，其堵塞幸好发生在具有检查巷道的 溜井 ，而且 还是在 紧靠检 查巷道 正上方 附近 处 发生 的 。 溜 井的设 计直 径 为 5 m、长度 是 4 6 5 m， 开 采 以来 己输 送矿 石约4 O 0 万 t ，现 在仍 以年 平均1 8 0 万t 的输送量在继续运行。 在该溜井的情况下，由于滑井与工作面 的对 应位 鼍的关系 ，卸矿点只 能设 在 一处 拱，越 往 拱 的 上 l l 堵塞位置关系闺 3 6 部 ，块石 的 比例越大 。另 外 ，还确认 了拱 脚 部分 的溜井 壁面是 非 常光 滑的 。 在这种 情 况下 ，就投 入的矿石 总 体 来 说，尽管粘土混入率较低，而且投入的块石 最大直 径从设 计的溜井 直径来 看也 是 适 宜 的 ，还 是发生 了堵塞 。就其原 因来说 ，估计 可能是由于在粘土量多的卸矿点侧形成了粘 性拱 ，并 以此为 管脚 ，矿 石管 大 喘气现 象 逐渐 发展 ，使溜井 的有效 断面 明显变 窄，从 而多少有些大块块石在此形成了咬合拱。 这可以认为是表 明了一般的溜井堵塞的 状况 。 堵 塞 处理 是 用两 个气 球，将 总 量 为2 ． 7 k g 的埃列马特炸药贴靠在拱顶上部的块石部 分 ，通过爆 破和 振动 ，堵 塞立 即就 消除 了。 溜井堵 塞的 处理方 法 很多，若根 据包 括 理 论 背景 在 内的 一 些情 况加 以判 断，对堵 塞 部分 施加振 动 以及 改变拱脚 部分 的牯着性 物 料 的强度特 性， 则是有效 的 。当然，这必 须 在解 决安 全及作 业 上的 种种问题 的前提 下才 能实 现 。 8 ． 结 束 语 本报告 介绍 了 “ 溜井 中矿石 移 动 的 研 究” 这一研 究课题 的辅助课 题， 以及 从正在 进行 的有关 闭题研究 中抽 出的实践 性课题 的 部分研究情况。 为 了使 这一宏 伟 的工程 学研究 取 得 成 果 ，今后我们打算竭尽全力进行调查研究， 同时 ，充分 考 虑研究 目的 ，将 研究结 果 向国 内外 广泛发表 ，接受 批评和 建议 ，以使研 究 顺 利开展 。 续完 译 自 日本 石 灰石 ， 1 9 8 8， № 23 6 ， 1 6～ 2 9 盂庆 仁译 王德 如校 1 8 S 年簟 8期 维普资讯