溜井中矿石移动的研究(八之一).pdf

溜 井 中矿 石 移 动 的研 究 八 之 一 外国文献介绍及有关 问题 研究 之 - - - 日本 水泥株式会社资 源事业部镝 木宽 1引 言 日本 溜井委员会 为提 高利 用溜 井进行质 量管理 的技术 ， 目前正 在 为溜 井系统所固有 的矿石混 合特性 的定 量化 ，在 现场 积极地进 行 测试 ，预计明年年初将 发表 实地 测试所获 得的一些 见识 。 本报 告将摘译 D ．F ．汉布莱 H a mb l e y “ 地 下矿 溜井系统 的设计 ”／ C I M B u l l e t i n ， Vo 1 ． 8 0 ，N - 8 9 7 ，2 5 ～3 0 一文的部分 内容 ， 该文虽属基础 研究范 畴 ，但 它是一 篇我们感 兴趣 的外 国文献 。此外 ，还将介绍 一些研讨 事项 以及 溜井底部压力漳计 算方法 。 2 “ 地下矿溜 井系统 的设计” 2 ． 1 提 要 在设计地下矿溜井时 ，其前提条件是破 碎后 的矿岩能从溜 井 中稳定地 流出 。 因此 ， 对 分支 、弯 曲、转 向和投矿 口等关键 部位 需要 特殊加 以考虑 ，以使溜井 系统在运 转时 不发 生故障 。 该 论文介绍 设计溜井 、溜 口、给矿 机和 支 护 系统的技术资 料及 各种标 准 2 ， 2 择 译 引 言 3 0 溜 井 主要 是 以 垂 直 方 向输 送 采 下 的 矿 石 。矿 石通过溜 井溜到矿仓 和溜 口之后 ，再 从 此处 运往地表 图 1 。 图 1 溜 井 系统 示意 图 本文介 绍关 于矿 石和 溜井的情 况 ，该 输 送系统可适 用于 各种 破碎 矿岩 特 大型溜井 系统在采用崩落 采矿法和 分段采矿法 的矿 山 可见到 ，在 急倾 斜矿体 的多层状矿床 的矿 山 也可见到 。 在缓倾斜矿 体情 况下 ，还有 的矿 山与输 送 机系统并用 。 1 9 9 0年第 8期 维普资讯 在 过 去 的 2 0年 期 间 ，詹 尼克 J e n i k e ， 1 9 6 1 ，1 9 6 4 、约翰逊和 科莱 恩 J o h a n s o n＆ C o l i j n，1 9 6 4 和克瓦皮 尔 Kv a p [ 1 ，1 9 6 5 等 人 曾研究过太体积 固体的流动原理 ，但几 乎 没有 涉及 到具体 的溜 井系统 的设计 标准 。本 论文 的 目的是提 供有 助于设计更理 想的溜井 的技术 资料 。 1 矿岩在 溜井 系统中的流动 所谓 溜井系统 充分发挥功能 的状 态 ，即 是可按秩序正常输送矿石而且溜井全断面均 被利 用的状态 。 关 于溜 口处漳难 以控制 的流 动问题 ，将 在 以后加以介绍 。一般来说 ，妨 碍矿 石在溜 井 中正常流动的 主要 原因有 以下两 点 1 咬 合拱 我国称之为大块平衡 拱一 译者 注形成 粒 状体相互 咬合 而产生的拱 作 用 } 2 牯性拱 我国称之为 粉矿 平衡 拱 译者 注形成造成 的堵塞 即 由细粒 物料 因 牯性 形成拱 所造成 的堵塞 。 预 防拱形成 问题 将在下 面叙 述 。第三个 问题 是管路作 用 ，这种作 用与溜 I 1 直 径同溜 井直径之 比值 有关 ，这1个 问题 将在溜 I 1 设 计 一 节进行叙 述 。 5 基本上不产生 ．流动状志良好 5 D ／ d 3 颗 絮产生，流动状态不稳定 D ／ d 2 u ／ V 1 l ／ r 1 s i n 1 式中 D 溜 井直径 在长方形溜 井时为短 边 { 细粒 物料 的粘 着力 k g ／ c m } Y 细粒 物料的 密度 k g ／ c m l f 开 口部 位 的边 长之 比 长 边／ 短 边 } 一 细 粒物料 的内摩 擦角 。 。 如在咬合拱一节所述，矩形溜井的直径 32 D为小的一边的长度 。 内摩擦 角 通常 为 2 0 。 ～ 55 。 。 q 溜 口的 设 计 溜 口的设计 ，是 左右 矿石输送 系统顺 利 运转的重要 项 目。这 是因为在排矿 口处 ，矿 石要从 溜井转到其它 的矿石输送 系统 。 因此 ， 为 了充分发 挥溜井 的功能 ，必须使溜 井的贮 矿量与 排矿 量保持平 衡 。为此 ，在 设计溜 口 时 ，必须将 堵塞和管路 作用控制到最 低限度 关 于将 堵塞控 制到 最低 限度 问题 ，如前 所 述 。防止 因咬台拱 引起堵塞 的条件如下 Do≥ 3 d 2 式 中 D0 溜 口的宽度 m l d 最 大岩 块 的最大直径 m 。 溜 口处漳 因咬合拱 引起的堵塞可 以简便 地消除 ， 所 以允许 降低 d的系数 。同样 ， 溜 口 处漳粘性拱 可用流水将其 破坏 。许多矿 山都 是 Do 一 0 ． 9 ～ 2 ． 5 m，d一 0 ． 3 ～ 0 ． 8 m。 管路 所谓管路 ，系指在溜 井 内堆积 的矿石 中 产生小 的空 洞 ，矿石通过 这一小嗣流 失的现 象 。在 产生 管路 时 ，贮矿 槽的 容量变 得非常 小 。防 止形成 管路的 条件是 D M／ R c k 3 式 中 C o 细粒物料 的抗 压强度 k g ／ c m l Y 细粒物料 的密度 k g ／ c m。 I k 细粒 物 料 与溜 井壁 面之 间 的 附 着力 k g ／ c m } 细粒 物 料 与溜 井壁 面 之 间的摩 擦角 。 { D溜 井直径 c m ； M l f 1 2 t a n l R 管路直径 与溜井直径 之 比 D o t D 的 系 数 。 与圆形 、正方形和 矩形 溜井相对应 的 R 值 如表 2所 示 。 1 9 9 0 年 第 8期 维普资讯 值 表 2 回 赭井 I 1 4 f I 一 Do ／ D } 正方形蔼J F 1 ／ | { l 一 ／ | D ／ D } 矩形滴井 { l ／ 2 H- l ／ r { l 一 ／ 4 r [ Do ／ D 。 D 滴井 直径 ，正 方彤 的边 长 ，矩 形的 最 小边 I 乏 L 矩形 的最太 边 长 Du 管 路 直径 r ～Ln 假设管路与溜 E l 的宽度 D 相同，在 D o I o值 小时 ，完全不动 的矿石 的厚 度增大 。 这种 情况下 ，起决 定作用 的不 是矿石与壁面 问的摩 擦状态 ，而是矿 石本身 的性 质 ，所以 将 ， k k { C D 1 --rd n q t 2 c ∞ } 代入 式 3 可得 下式 D MC 0 t a n q ／ 2 R 1 c s c 在 2 5 。 ～ 5 0 。 时 Mt a n q 0 ． 3 4 。 将 Mt a n q 0 ． 3 4代入式 4 ，得下式 D 0 、1 7 Co ／ Y I 1 c s e 5 如 果 排 矿 槽 和 给 矿 机 的宽 度 为 0 ． 9 ～ 2 ． 5 m，则 Do ／ D之 比值 ，只在 溜 井直 径小于 4 m时才超过 0 ． 6 。在这样 小的溜井 中，似 乎 不可能会产 生管 路 。实际 上 ，管路往往是在 太直径 的贮矿仓 产生 。 直 径太 于 4 m 的溜井 ， 太 体 上来 说都 是 圆形 或 正方 形 的 ，将 R 一 0 ． 1 6 与 D ／ D0 ． 6的圆形溜 井对 应 漳值 代入式 5 ，可得 出下式 D 1 ．0 6 C0 ／ V 1 c s c q ’ 6 随着 Do I D 比值接近 于 0 ，与 圆形 、正方 形 溜井对 应漳 R 值 逐渐接近 于最大值 0 ． 2 5 。 因此 ，根据 式 6 取值是安 全的 ，所以可将 其作为防止形成管路的标准值。 6 排 矿槽 美 于排矿槽 ，需要 以矿石流 动为前提来 考虑实际的传输机理。可以使用排矿槽或给 原 文 公式 为 D≥ 1 ． o 6 co ／ -d 1 ， 中 为 多余， 疑有误， 散略击． 译者注 国外 金 属矿 山 矿机 地 下矿 一般都 用排矿槽 。 排矿 槽一般 都安装在壁面 上 ，与巷道 成直角 。但有时也 平行于巷遭 ， 而 且在正 中间 。 无 论哪 种情 况 ， 排矿槽宽度 都必须 同运 矿的汽车及矿 车相 匹 配。如 前所述 ， 排 矿槽宽度 必须是最 大矿 块 直径 d的 3倍 以上 。溜井额墙 处排矿槽 的 垂直高度 的经 验值 ， 可从 以前 的文 献 中查到 但按 蒂尔森 T fl l s o n，I 9 3 8年 提 出的值 ，排 矿 槽高度 H按 下式 取值是切 实可行的 H 0 ． 8 DD 式 中 H 排矿槽高度 m I D o 排矿 槽宽度 m 。 另外 ， 排矿 槽的角度一般都 是 3 0 。 ～ 5 但大 多数排矿槽都 是手动式 的，所以角度多 为更 缓一点 。 但最近的排矿槽 机械式 的 一 般都是 加 ～4 5 ，或者是比这更大的角度。 排 矿槽设计 的关 键是闸 门的型式 目前 ． 有以下多种型式 的闸门 ， 1 链式控制 的扇形 闸门 I 2 下 向闸刀式 闸门 } 3 指状 闸门 } 横棒和链式闸门。 这些闸门均由汽缸控制开闭，也适用于 太尺 寸排矿槽 各种 闸门 具有下述优缺点 ． 1 扇 形 闸 门 适用于细粒物料，块状物料也可 ，但如 果～不注意停 止供给 压缩空气 ， 闸 门就 会开 放而使矿 石流 出。 2 下 向 闸 刀 式 闸 门 适用 于细粒物料 ，但 如果物料 中含有块 状物料 ，则关 闭非常 困难 ，若停 止供给压缩 空气 ，也会使矿 石流 出。 3 指 状 闸 门 适用于块状物料， 但不能保留细粒物料， 压 缩空气漏气时 也不受影响 。 3 3 - 维普资讯 4 横 棒 和 链 式 闸 门 适用于块 状物料 ， 不适 用于 细粒物料 ， 并 非那种一旦停 止供给 压缩 空气便 能阻 止矿石 流出的重 闸门 。 最理想 的型式是 指状闸 门与扇形 闸门 的 组合 ，但价 格很高 。在大多情况 下 ，选择哪 种型式 的闸 门， 要取决于矿 石的粒度分布 ， 特 别是其 中细粒矿石 的含量 。需要根据 上述各 种 闸门的优 缺点来选 择 ，选择时 ，最 重要 的 是要 了解 矿石 的粒度 分布 。 9 O 锸秆 良好 定罔 度 安 g O ≥ R Q D 设锚杆 ． 以太 局部的 不需要 网j l 再 安发 昔题 定 罔 度 安 1 0 e m 根据 7 5 ≥ R QD 设锗轩 ， 中等 需要 ． 可以越 不需要 5 0 问硒安 设 过 l O 啪 不好 定 阿 瘦安 1 5 m 拙据 太部分 5 0≥ R Q D 设铺丰 F ， 小 需 要 可 越 过 2 5 问隔安设 1 5 c r n 不需要 带 锕 丝 网 1 5 a n 根批 非常整 的 窟 网 度 安 需 要 可 超过 ROD ≤ 2 S 设 ， 以很 小 的 I 5 m ，在 理 需要 场 F II 混 凝 土 问隔安设 衬瑚 锚 杆 长 度 ，用 下 式 求 得[ 亚 历 山 太 Al e x a n d e r 和霍斯 金 H o s k t n g ，1 9 7 1 ] 国外金属矿山 L≥ l 8 2 ． 8 8 O ． 00 4 W 式 中 L 锚杆长度 c m - w 节理 闻距 e ra 。 锚杆间隔 ，可根 据下 述经验值求 得 极好岩 层 ；局部安设 良好岩层 1 ／ 2 ～ 3 ／ 4 L 普通岩层 3 ／ 8 l ／ 2 L 不好岩层 t 1 ／ d ～3 ／ 8 L 非常差 的岩层 t≤ ] ／ 4 L [ L为 锚杆长 度 c m ] 节理 明显 时 ，为了 防止锚 杆之 间的岩体 剥落 ，铺 上金属 网。在水平层状岩 层 中的 潞 井和天 井的 情况 下 ，太多是 以下 向约 d 5 。 的 角度定同度安设锚杆。这主要是为了穿过堆 积 面进行加固 。所 选定 的锚 杆安设 网度 ，必 须是能够 防止 沿节理 滑 动的。 对于非常差 R Q D≤2 5 的岩屡 ， 溜井要 用混凝土衬砌 。为 防止壁 面摩 损 ，有 的衬 以 钢 板 。在这种岩屡 中 ，为 了将应力控制到最 低限度 ，溜井 的断 面最好是 圆形 的 。如果岩 层 条件不是特别 差 ，在直径 为 4 ． 5 m 的溜井 的情况下 t衬砌厚 度为 3 0 e ra也许是 适当的 。 对 于更太直径 的榴 井 ，需要进行 更严格 的计 算 ，但这个 问题 已超 出本论 文的论述范 围。 口 作业上 的问 题 ① 堵塞 的处 理 溜井设计得再好，也可能发生堵塞。在 溜 口处发生堵塞时 ，无论是因岩块的咬合造 成 的 ，还是因 细粒 物料 的牯性 而造成 的 ，处 理都比较容易。离溜 口较远处发生堵塞时是 难 办 韵 。 首先， 要将氯气球从溜 口处放入溜井， 以 探 测堵塞的位置 。然后 ，需 要判别堵塞是 由 咬台拱造成的还是由粘性拱造成的．如果是 咬台拱造成的，爆破是有效的。如果是牯性 拱造成 的 ，要是爆 破得不适 当 ，有时反倒 将 拱 压实。处理牯性拱 的最 可靠的方法是 用高 压空气或高压水冲刷。 下转第 l 8页 3 5 维普资讯 的体质更适于 在高 山条件 下工 作 倒如 ，上 面 提 到 的高 达 6 0 0 0 m 的奥 坎 基 尔查 天 然硫 露天 矿 ， 采矿工作 队全体 成员都是 印第 安人 他 们是 附近村子 里的居 民 ，那材 庄就座 落在 4 5 0 0 m 高处 医学诊察证 明 ， 这 些人 的特 点是 肺活量大 ，心脏功能强 ，血 液里 的血 红素含 量高 因此 ，他们无需携带 氧气装置 就能在 露天矿工作 ] 。 生 产组 织的各种问题 中 ，引人注意 的是 周密安排维 修工 作 。 由于供应基 地相 隔甚远 ， 高山露天矿储存 的采场设 备备件 就 比平原露 天矿的要多 达 固定基金 的 l 0 。备件的 补 充 目录 、数量和进度表 ，都用 电子计算 机计 算 为此 ，设 备的所有生 产数 据 零件 和部 件 的使 用寿命 ，更 换和 维修 期及 磨损 指标 等 ，都得输入 电脑 。美 国的西 弗吉尼亚 州特 拉 普列东 、阿 姆赫尔斯特露天煤 矿采用 的维 修 系统 ．可作 为获得高效益 的范倒 ] 。 在某些 企业 ，例 如菲律 宾的马 尔科 帕露 天铜矿 ，为提高生 产可 靠性 ，规定每 班都有 由～台 电铲 装载机 和 一两台 自卸 汽车组 成的 备用配套 设备 。 遇见恶 劣天 气 ，和高 山露天矿 的运输联 系经常 中断 因此 ，工业 场地上总是设有贮 存矿石 的缓 冲堆 场 ，其容 量等 于露天矿一个 月的产量 如莱 岑一 拉一 特 雷金 刚石露 天矿 建矿初期 ， 还 广泛使 用直升飞机 ， 运 送职工 、 设 备和材料 如奥克一 台基露 天铜矿 ， 新 喀里 多尼亚的几座 露天 镍矿等 谈到管理 ，在 高 山条件 下必须使用双 向 无线 电通讯 。在 某些情 况下 ，区段的矿 山监 督机构使 用直 升飞机 上述趋势并未 包括高 山矿 床露天开采改 进方 向的全 部。 这一 领域中的问题是 复杂的 ， 研究的还很不够 ， 不 少问题 有待进一 步研 究 ， 有待 进一步总结 经验 。 参 考 文 献略 译 自苏 联 [ p [ i u 1 3 y p I 】 a J I ， 1 9 90， N9-2， 58 60 房俭 生 译 辛立 中校 上接 第 3 5页 距溜 口较近处 的咬合拱 的 处理方法 是 将 用 2 ． 5 c m5 。 0 c m 的厚 板 制作 的 、装有炸药 的爆破棒通 过溜井插到堵 塞 的位置 ，通过 电力 起爆 将拱 消除。在堵塞 位置距 溜 口更远 时 ，也可 以打 一深 孔到堵塞 的位置 ，孔 中装上炸 药进行爆破 。 为了对这种堵塞 进行 爆破 处理 ，美国矿 山局 目前 正在建立 “ 悬料 清除模型 ” Ha n g U p C l e a r a nc e Mo d e 1 。 ② 磨 损 溜 井壁面的磨 损特性 ， 依现场 不同而异 ， 它 受破 碎后岩石 的物理特性 、特 别是 其磨损 性及 壁面坚固性 的影响 。有人 认为 ，加大贮 1 8 矿高度可减少磨 损 ，也有人 认为情况 正 与此 相反 。在矿石 带有 粘性 时 ，如果在溜井 内堆 置数小 时以上 ， 恐怕 就会发生 堵塞 因此 ， 最 好将牯性 矿石的贮矿 高度降低 ，使堵 塞发 生 在溜 口附近 。但 为了保护溜 口和额 部 ，贮矿 高度 要有一个最低 限度 ， 即不得低于下述值 H l ／ 2 D D0 t a n d 5 q ／ 2 1 2 式 中 H 溜 井 内矿石 最小高度 m 。 f 待续 译 自 日本 石 灰石 ． 1 98 9． N 924 2， 26 ～ 36 孟 庆 仁译 王博 如校 1 9 9 0 年 第 8期 维普资讯