主溜井磨损成因分析.doc

主溜井磨损成因分析、预防与处理
彭小刚
武山铜矿副总工程师、采矿高级工程师
【摘要】：主溜井放矿是许多地下矿山主要运输系统，放矿过程中矿石的冲击、挤压和摩擦对井壁的磨损破坏成因因地质构造不同而不同，预防和减少破坏程度是设计单位和使用单位要考虑的问题，对已经产生磨损破坏的溜井怎样治理也是一个大的问题，本文主要对主溜井磨损成因、预防及磨损后的处理阐述自己的观点。
【关键词】：溜井、散体、卸矿、冲击磨损、椭球体、贮矿段
引言
主溜井放矿是许多地下矿山主要运输系统，矿石在井筒中运动是以一种散体形式在自重作用向下流动，按放矿理论在满井筒矿体流动是椭球体运动（如图1），空井状态下是无规则的自由落体近似椭球体运动，矿石是介于固体和液体间的一种散体状态，不论卸放矿何种方式对井壁都会产生一个水平力，当这个力超过井壁构成的介质强度时就对井壁产生破坏。由于各矿山工程地质条件和井壁介质不同产生的破坏程度也不同，对矿山的安全生产产生很大的影响。
矿石下落过程中对井壁作用的受力分析
2.1垂直落矿下矿石对井壁的受力情况
静止状态下，散体力学性质介于固体和液体之间，如散体在容器中和液体一样，有向容器四周施加水平压力的性质，但水平压力的大小又和液体不同，不是等于同高的垂直压力，而是要乘上一个小于1的侧压系数Kc，即：Ps＝KcPz
式中Ps-----散体水平压力
Pz-----垂直压力
Kc-----侧压系数（0－1之间）
如果是在卸矿状态下，矿石近似自由落体运动，向下的压力要比自重大的多，Pz≈1/2MV2式中M----岩体质量，V----下落点速度，但由于这个冲击力主要是向下的，对直接受冲击的对向影响较大，由于是散体，各个体之间大小质量不同，下落也是近似椭球体运动，相互间有作用力和反作用力，内部受力是个平衡拱状（如图2），拱承受载荷传给拱脚力F,这个力分解成垂直分力N和水平分力P，P就是井壁所受的直接冲击力，如果超过井壁介质的抗压抗剪强度就产生破坏，拱脚力F随着井筒的直径增大而减少最后趋于一个稳定值。但垂直落矿时矿石对井壁的力是Ps与P的线性迭加。对井壁介质产生挤压和剪切作用。
2.2分支溜井落矿受力情况
分支溜井卸矿从立体上看与主溜井有一定的夹角，矿石的分支斜槽运动，由于重力作用有一个向前的冲击力，对分支溜井卸口对面的井筒会直接冲击然后按垂直自溜成椭球下落，井壁受力情况是在卸矿斜槽对立的井壁受到冲击力更大，再往下受力情况和垂直落矿相似。
2.3贮矿段放矿情况下井壁受力分析
正常生产情况下，在主溜井下部要有一定的存矿高度，这段存矿的溜井叫贮矿段，在放矿时候，矿石按比较标准的椭球体运动，矿石对井壁的水平压力就等于Ps，但由于矿石和井壁接触紧密，散体是非光滑体，矿石在下落过程中也会对井壁还会产生磨损。
井壁介质磨损原因分析
通常情况下，井壁受到外力作用时产生塑性变形，当其屈服强度小于外部载荷时就产生破坏，这与井壁介质（岩石本身或衬砌层）性质（岩体的强度、稳定性、构造、节理发育情况及衬砌层的材质强度、厚度）、井径大小、溜井结构有较大关系。
3.1工程岩体条件与磨损关系
矿岩的软弱面及断层破碎带节理等结构面的影响是溜井破坏的主要原因之一，井巷工程中主溜井属于开拓工程，要求设计在开采范围之外的稳固的围岩中，但由于各矿山工程地质条件不同，地质构造和节理发育等原因，在放矿过程中井壁介质在受到矿岩冲击情况下，所承受的载荷超过其屈服强度就产生破坏，特别是一些节理发育和有构造面的井壁，（如：新城金矿矿石溜井垮冒，节理发育且有一条较大的断层破碎带斜截溜井）；井壁破坏主要沿其结构面成滑落体坍塌（如图3）。
3.2围岩岩性对溜井稳定性的影响
对围岩成块状坚固密实（如原生的火沉岩）时在矿石冲击下，井壁只产生少许磨损不致破坏，但对于一些节理裂隙发育，在其软弱结构面内不均匀夹杂着蚀变岩石时，这些结构面也会把坚固的岩石分割的支离破碎，当有冲击载荷时，易由局部塌落发展成大规模塌方，造成“多米诺骨牌”式连锁反应。井筒围岩的夹层表现出可塑、膨胀和流变等软岩的变形特征，对溜井的稳定性产生不得影响；但对不很稳固的岩体或中的溜井都会采取加固措施，即对井壁增加高于岩体强度的衬砌层，一般情况下都采用砼浇注，矿仓部分衬砌耐磨钢板，按安全生产的要求，在主溜井下部设贮矿段，防冲击压力对矿仓产生破坏。因此，矿石下落冲击对贮矿段以上井壁破坏严重，先磨损作为衬砌层的砼或冲击破坏一些弱结构面这与衬砌层的强度和厚度也有关系。
3.3主溜井结构和卸矿方式的影响
根据受力情况，垂直落矿的溜井与落矿高度有关，落差大的溜井井壁受冲击力大易发生破坏；分支溜井落矿，由于与主溜井斜交落矿，从相交点到下部10至15米内井壁受冲击力最大；井径大小也对井筒磨损产生影响，井径偏小的溜井除了易发生堵塞外也特别易发生磨损破坏，一般主溜井直径3－