（矿业工程专业论文）用沙坝矿高大副井改主溜井的研究.pdf

中南太学硕士学位论文 摘要 甭沙臻矿高大吾井改主溜并漪研究内容主要分为三个部分：藩并放矿痰律研究与振魂 出矿及相关技术的应用研究；原井筒设施的按期安全拆除的工艺技术的研究与实施：并筒 设施拆除后，按设计要求进行扩大帮加固及底部结构的设计与施工。研究内容按时按计划 宠或，墩褥的主疆技术成果菇： ( 1 ) 深入鲍研究分撰了溜势披矿、特别是主淫共敷矿瓣缎律及振动出矿披本参数黪应 稍条件，为本次溶并敬造工稷的安施提供了臻论依据。 ( 2 ) 首次研究采用变矩后退式方案拆除原并筒内的设施，有效解决了高大并筒设施拆 除作业不安全，作业环境差等难题，其方案工艺简单，安全可靠。 ( 3 ) 采用先进的振动出矿与相应辕助工艺技术措施，解决了长期困扰溜井放时跑冒或 堵塞蠢影醺生产熬阉题。如潞井艨部结搀设诗采用越疆联接及三角陡坡等菠型结穆形式， 有效扩大7 派动波静传递范溺：如在采焉两台振动出矿辊并联出矿静阳辩，辅髓以高压箴 炮破堵等有效技术手段等。为大产量的主溜并顺利放矿探索了新的技术途径。 ( 4 ) 生产自力大，能耗省，作业安全，缀济效益和社会效益都十分显著。本项目研究 成累为我国矿山阉类工程的技术改造和主溜共放矿开创了条新的技术途径，烽极大地推 凌我国主淫井放矿技术款进步。 关健词：化学矿山溜井振动出矿技术拆除 主堕查兰堡主堂垡垒壅堂! 竺竺羔 a b s t r a c t n 他c o n t e n to ft 1 1 er e s e 盯c ho nc h a n g i n gm e h i g hs h a f ti n t oam a i no r c - p a s si n y b n g - s h a - b a m i n eh a st h r e ep a r t s t h ef i r s t ，t h er e s e a r c ho nn l l e so fo r e - d r a 岍n gi n o r e 霍a s s a t l d t h e 印p l i c a t i o nr e s e a r c h o fv i b r a t 血go r e 。d r a w i n ga n di t sc o r r e l a t e d t e c h n o l o gy ，t l l es e c o n d ，血er e s e a r c ha n di m p l e m e n to f t h ec r a r w o r kt e c h n o l o g yo n t h es a f cb a c k o u to f t h e o r i g i n a ls h a f te s t a b l i s m e n to nt i m e ，a tl a s t ，i tn e e d t or e i n f o r c e o f e n l a r g e ds i d e sf o l l o 、v i n gt h ed e s i g n sr e q u e s ta 舶rt h ee s t a b l i s h m e n to 九h es h a ri s b a c k o u t e d t h ec o m e n to f 也er e s e a r c hh a sc o m p l e t e da sm ep l a l li nt i m e na c h i e v e s t h ef o l l o w i r 培p f o d u c t i o n ： 1 t h e l e s i sh a sd e 印l y 髓a l y z e d 1 er u l eo f o r e d r a w i n gi no r e _ p a s s ，e s p e c i a l l yt h e m l e si nm a i n o r e - p a s s ，a i l dt 1 1 e 印p l i c a t i o nc o n d i t i o n o f t h e t e c l l l l 0 1 0 9 yp a r a m e t e r s a b o u tv i b r a t i n go r e d r a w i n g t h e s er e s e a r c h e sh a v eo a 色r e dt h et h e o r yf o u n d a t i o n f o r t h e m l p l e m e mo f t h ec h a n g i n ge n g i n e e r i n go f o r e p a s s 2 i th a sf l r s t i y a d o p t e dt h ew a yo ft h ee s t a b l i s h m e n t i n o r i g i n a l s h a nw i 山t h e m e t l l o do fb a c k i n ga n dc h a n g i n gt h es q u a r e t 1 1 e ni th a se 仃爸c t i v e l ys o l v e dt h e i n s e c 嘶t ya i l db a dc o n d i t i o nmb a c k o u t i n go fe s t a b l i s h m e 小i nh i g hs h a r t h i si s v e r ys a f ea i l dr e l i a b l e 3 i th a ss o l v e dt h ep r o b l e m so ft i l em n n i n ga n db l o c ko fo r ei no r e p a s s ，w h i c hh a s e v e ri n n u e n c e dt 1 1 e p r o d u c t i o n ， w i t lt h ea d v a j l c e d v i b r a t i n go r e - d r a w i n g t e c h i l o l o g ya n di t sa s s i s t a n tt e c h n o l o g y f o re x a r n p l e ，“h a sa d o p t e dt h eb e n d e d j o i na n dt l l en e w s 仃u c 臼_ eo f t r i a n g l es t e e ps l o p ei nt h ed e s i g no f t h eb o t t o mo f o r e p a s s ，w h i c hh a se 士l l a r g e dp r e v a l e n c es c o p eo ft h ev i b r a t i n gw a v e w h e n “ a d o p t e d t ou s et w o p a n l l e l f 色e d e r st o出a w o r e s ， t h e t e c h n o l o g y o f b l o c k _ b r e a k i n g 、v i t l ll l i 曲- p r e s s u r ew i n dc a 衄o n i sa d o p t e d t h e s eh a v ee x p l o r e d t 1 1 en e w t e c h n o l o g yo n m e o r e d r a w i n gi nm a i l ll a r g ep r o d l l c t i o no r e - p a s s 4 n e p r o d u c t i o ni sv e r yl a 唱ea 1 1 dt l ee n e r g yi sc o s tl i t t i e ，t h ew o r k i ss a f e ；a n dt h e b e n e mo fe c o n o m ya f l ds o c i e t yi sv e r yr e m a r k a b l e n l i sr e s e a r c hh a sc r e a t e da n e w t e c h n o l o g yw a yf o rt h es 锄ee n g i n e e r sc h a n g i n ga n dt h eo r e d r a w i n gi n m a i no r e - p a s si no u ro mm i n e s i t 、v i l li m p r o v et h eo r e - 出a 州n gt e c h n o i o g yi n t 1 1 em a i l lo r e p a s so f o u rc o u i l 略 k e y w o r d s ：c h e m i s 廿ym i n e ，o r e - p a s s ，v i b r a t i n go r e d r a w i n gt e c h n o l o g 弘b a c k o u t l i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或 其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作 的贡献均已在在论文中作了明确的说明。 作者签名：日期：丛年月盟日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文，允许学位论文被查阅和借阅：学校可以公布学位论文的全部或部 分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或 湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：l 坠导师签名日期：丛年堡月型日作者签名：赵导师签名日期：鲨! 年堡月型日 ! 塑态堂堡主堂熊堡塞 ，燕= 里! i ! l 第一章绪论 1 1 弓l 言 羯沙瑷矿主竖并一直是掰于重力下藏矿石，蘩并提舞人员、材攀季、设备，并篱长 3 5 0 m 。为解决原有采矿工艺中存在的贫损大、安全麓、生产能力低等问题，决定采用 锚秆护顶分段空场法采矿，有轨运输改为无轨运输，将副井敬为主溜井。 淫著在矿出生产孛占蠢重要地位。因为它与其他动力运竣( 提秀藏下放) 相比较， 有吞吐量大，生产均撕、耗电少、生产经营赞小等许多优点，所以在矿山垂崴运输系统 中被广泛采鬻。它 睾为密矿遮藏系绞中懿一个繇节，对矿由产鲞和矿床开采戆技术经济 指标起着直接影响。 溜并放矿在露天矿和造下矿均被大量采用，溜并的结构形式种类较多，生产熊力 大小霄异。缀据溜井服务范嬲的大小，可分为采场溜井、阶段溜并、主溜井三类。 溜井放逛的物料有矿石、废石和充填料等。放运的物料性质也各有不阿，有粘接 牲兹竣 糖较蛙瓣，有块获瓣竣耱状瓣。 国内外矿山的溜井，长期柬沿用重力放矿工艺，虽然使用广泛，并进行过许多研 究工作，僵燕生产中仍存在骜严重瓣瓣题，主要是矿石堵塞和篷矿，致使一黧矿山的出 矿运输系统光法正常生产。堵塞是跑矿豹起嘲，跑矿是堵塞搿放的后果，一般是先堵后 跑，因此防止堵是首位的。随着振动放矿的技术的不断发展，是我国已经生产满足各 静矿由需要熬振魂放矿扭：二是潼并振动放矿技术已逐步发震窝完善，并褥劐广泛运燧， 特别是采场溜井振动出矿阶段溜井振动出矿已不存在技术问题，被普遍采用，但是在主 滔劳审特翻怒大运量豹主溶并中，掇葫密矿还未善逾獾广。 主溜井熄矿山的咽喉，巍接影响矿山产量和矿床开采技术经济指标。由于其出矿 量大，服务时闻长，采用振动出矿时，设备和工艺需黉更加完善、成熟。实践表明，采 用主溜共出矿主要是臻解决疯都结槐闼嚣，酆采瑗较大豹会理黝底郝缡稳穰采取鑫静防 止堵黧的措施来保证溜井中矿石不结拱堵塞。 糟涉瑗矿高大戮筹改造为主濯鬟：，蓄先跫高3 5 0 m 熬势篱设夔霈要安全拆除，箕 中南大学硕士学位论文 第一章耋 ；论 拆除工缓和安全蜡施国内外矿山没有先例可锤：其次是将2 5 0 m 的井筒改为溜井如俺防 止压实髂拱造成堵塞，保证矿山连续生产和生产能力的需求还有许多需疆解决的技术问 题。 通过研究分析矿石流动规律，采用先进拆除工艺。采用多种综合技术优化设计， 确绦了 掰沙袈矿离大戮并改造为主藩并菠改工稳达到了预期舀的和效巢，经济效益和社 会效益十分显著。 1 2 搬动出矿技术发展现状 振动出矿技术是借助强力掇动机械对矿岩散体的有效作用，以实现强化出矿过程， 究善采矿方法秘诞进工麓系统变革懿采矿紊i 技术唆它楚上令整纪五十年代后麓随着大 缀崩矿采矿法广泛应用厝，为解决落矿高效率与萱力放矿低效率这一矛鹰而产生的。国 内外几十年的实践表嚼，振动出矿技术麓一项安全、高效、经济的采矿新技术。国外对 振动出矿技术研究成就比较大的是前苏联的一些因家，他们在五十年代寒期就蛰手磅究 振动出矿技术，于1 9 5 7 年研制成功第一台振动出矿机，工业试验获得髅著效果后开始 褒潼共摹羹器秘采矿方法孛大力捺广。蓦瓣己进入爨连续、振动出矿流承传盐工艺豹应嗣 研究阶段23 4 1 9 2 2 1 。 七十年代嵇期，中南工监大学在国内开创掇动出矿技术研究，伯7 4 年设计的我国 第一台k z j 型颠振型振动出矿枫，在湖_ e 省长石矿研制成功，为我国振动出矿技术的 发展揭开了新的篇章。二十多年来，振动出矿技术经过在理论上的不断完善和在生产实 践中憨逐步发震，已经被广泛撵，。应强予畜垂、涤金、建枣孝、纯_ i 鞠涉及鼗鞲楚璎夔多 个工业部门。据不完全统计，到目前为止，振动出矿技术已在全圈5 0 0 多家单位得到 趣爱，霞褥豹振动出矿橇这8 0 0 0 多台，年剑经济效益在3 5 0 0 万元以上。 随着振动出矿技术的推广，搬动出矿设备也在实践中得到了快速发展。在矿山生产 成用中，针对各种溜并、采场、矿仓的出矿条件和块矿、粉矿、粘性矿及冻结矿婷不同 矿焉的性履，蟊藏已硬券4 露簸振戮、波振繁和平掇愁妁单溪缚趣共援载镄技振动逡矿凝， 并逐步形成标准化、系列化产品。另有一定数量的双轴激振器振动出矿机和近共振型振 动舞矿橇在复杂矿石条镄秘有特殊工艺要求於场合使掰。当然，蔽动密矿梳要达秘受荮 的技术经济效果t 不但结构设计要合理，动力参数和安设参数也疑选用得当。表 一1 列 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 出的是我国矿山生产中振动出矿机的几个参数假选取情况f l l 。 表1 1我国矿山生产中的振动出矿机参数 参数名称 单位数值 振螟 m m1 5 动力参数振频次，m n9 0 0 1 5 0 0 工终状态系数k 垃，2 3 。s 眉线高度m m 7 0 0 1 s 0 0 藤线角接 3 8 4 0 安设参数 埋设深度m m4 0 0 1 2 0 0 安装角度 0 2 2 扳动出矿技术在我霆应用二卡多年来，获褥了显落豹技术经滂效果，兖分显示了传 统重力放矿无法比拟鲍优越牲。 1 ) 如矿能力大蝠度提麓。采用尊机传业溜并扳动出矿的韪力般可达到4 0 0 8 0 0 廿台班，比风动闸门放矿能力可提麓2 3 倍，如采用双台戚振动出矿机机作业，出 矿能力又能进一步大幅度提高，可达到5 0 0 1 4 0 0 “台班。 ( 2 ) 出矿劳动强度大大减轻，改善了工人作业环境。放矿是井下竣繁夔的作业之一， 过去采用重力放矿时，存在严重堵塞现象，出矿工劳动强度大、工伤事故攀高、工效低。 采用振动出矿后，堵塞现象大大减少，再加上实现了远距离电控操作，工人作业环境大 大改善，工效提高2 3 倍。 ( 3 ) 傈证了矿山溜并系统的畅通。主溜并和阶段溜并是矿山口阿喉，采用振动出矿作 、监盾，堵塞和跑矿攀故大大减少，特别是对于矿石中含有较高粉矿泥矿以及透水性蒺的 矿由，采用掇动岛矿作垃后，放矿效巢得到了本质改善。 ( 霹) 改迸了凝矿仓帮粉矿仓静给矿工艺。一，仓霹堵魏事故基本消除，傈证了后续 设备静蕞常露盈，提高了系统的处理畿力，给矿或装车效率提高1 3 倍；二，长期无 法解决豹仓肉耪矿结拱鞠结管静| 蠢遂得至l 了簿决，矿仓容穰利用系数营遮握高3 0 4 0 ；三，多功憨懿振动绘矿簿浚设备弱磷裁成功，麓化了生产滚程，改善了后续设墨 的传业条髂，提裹了毒熙组分豹题蚊。 f 5 ) 促进了采矿方法豹完善和发展。振动出矿技术兹发展膏力地雄动了采矿技术的 完善和发展。，与振动出矿机佟业条l 牛相适应的务弛采矿方法底部结构耀继比现，大 大简化了底部结构形式，减少了粟切工作量，提高了采切工作的机槭化水平，使大慧落 矿采矿法真正成为了高效率的采矿法；二，采场出矿允许块度从3 5 0 5 0 0 m m 提府到 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 8 0 0 1 1 0 0 m m ，这样，出矿效率大幅度提高，采矿成零可降低2 0 3 0 ；三，振动出 矿为覆靛岩下敞矿提供了均匀、等量放矿的可控条件，有利于降低矿石贫化损失；四， 键进了v e r 法秘高蹬段振动连续塞矿技术懿完善秘发震，为实现添部矿由强傀野果努 下了坚实的基础。 1 3 溜并振动出矿技术与闸门放矿比较 在矿床的地下开采中，崩矿和放矿是两个主要的生产环节。自5 0 年代以来，深孔 技术发展较快，次趟落成予上万吨的矿石已楚常事。在这种愦况下，溜著爨矿裁成为 了矿山出矿系统中重要的一环。如湖南桃林铅锌矿在倾斜矿体底盘沿走向布置电耙道， 为了满懋年产量 0 0 万t 瓣生产霪要，生搽、袋准、善采和毫矿懿矿琰共有2 8 个，焉 放矿溜井竟达1 1 9 个之多。由此可见，溜井放矿在采矿生产中占有十分重要的地位。 溜并放矿待瘸楚一个矿山的主漕并，萁放矿是番顺畅关系翻全矿的生产。但完全靠重力 囱溜放矿的溜矿井，存在以下难以解决的问题： ( 1 ) 溜矿井的磨损问题，主要是溜矿井设计不合理造成： ( 2 ) 潼矿井敖矿时戆结拱、卡堵秘戆矿耀题，影蛹正誊生产，甚至造成羹大安全 事故。为此，采矿界进行了大量的分析研究尚未解决问题。自从振动出矿技术在溜井放 矿中应蠲螽，_ 方校本解决蒋嚣。 在7 0 年代末以前，漓井放矿主要采用重力放矿工艺，一般使用风动扇形闸门和擐 状气动闸门。根糖1 9 8 1 年武钢众山店铁矿提供的资料，溜并中使用风动扇形闸门与指 状羼f 1 黪技术性黢表熟袭2 魇示哆 表1 2 扇形闸门与指状闸门技术慨能表 项目风动璃形闸门 指状气动i 丽。1 羧矿臼尺寸瓣蝰 8 0 0 5 8 0 l 辱疆8 1 1 8 疆满一矿车 ( g ，7 m ) i 1 2 砸( 翻0 2 8 删n 鹾淆系数 0 ，6 5 1a 7 0s 撵业人员蔽f 大) 4 碡 堵塞陪况经常堵塞，靠压风姨 缀常堵塞，靠压风吹 设备重震( k g ) 1 5 0 01 0 0 d 0 进入8 0 年代以后，溜矿井中的风动扇形闸门和指状闸门逐渐被振动机所戢代。仍 4 ! 查杰堂堡主鲎焦笙壅一童j 生丝 以湖南桃林锚锌矿掇供的资料为例 1 l 如表1 3 所示。 袭 一3 攘动放矿岛重力教矿 b 较 重力放矿 序号 项目振动机放矿 风阕漏斗混凝潺斗末漏斗 悬拱，卡斗情况很少较多多 多 2 放矿劳动强度很底 较高高高 3 、 作韭安全犍攫好较好较羞差 4放矿工人数( 人)122 32 3 5矿车装满系数o 8 一o 90 7 0 807 * 0 80 7 - o 8 s 技术生产裁力 3 4 0 - 4 0 02 5 秘3 5 08 0 2 08 。- 2 g 7 钢材消耗量( k g ) 1 5 0 31 3 5 94 7 47 2 8木材消耗量( t )0 4 8 。o 4 8 o 4 8 +1 7 + g 求淀瀵耗蘩( t ) 2 52 52 5 混凝工程及设备安装工 1 06 86 65 11 3 班数( 工班) 塞接费惩( 元)3 3 8 9 弱2 4 8 9 8 08 s o + 0 72 2 7 1 8 7 其中设备赞 2 4 6 8 1 01 7 0 3 1 0 安装费 1 6 9 0 01 6 4 4 01 2 9 8 11 1 7 s 葵毯7 7 2 ，8 08 2 2 ，3 05 2 0 2 82 5 霉2 住 使用次数“四次以上仅一次仅一次仅一次 注：徽混凝背扳用，可重复缆用。“有一台攮动机先藤在二个溜井中使娜。 由表1 3 可以番出，采用溜并振动出矿麟，很少出现堵塞现象，不但减少了安全事 数跨患，逐傻数矿生产麓力援裹了2 4 嫠。 溜井振动出矿技术的应用，实现了远距离操纵，消除了繁重而危随的人工放斗作业， 使劳动条件褥到了校本改善，显减少了揉作人员，使敬矿工a 劳动生产率提离了5 倍阻 上。 振动放矿机向矿车装矿时，启停准确、可靠，不洒矿，不但使矿车装满系数得到大 幅度戆提高，胡应地提毫了劳下运竣效率，逶大大谶少了瀵遒工 乍爨。 振动出矿机以电为动力，在没有压风的情况下仍能保持系统的正常工作，有利于实 现分送供飘。 虽然采用振动出矿的采场溜井初期投资慰得比其它漏斗的要稍大，但出矿机可以随 时移渤、重复使用，菠服务期限是重力放矿漏斗的几倍。况鼠，振动出矿还可以提商劳 动生产率，改善劳动条 孛。绣融，其经济效藏和社会效蕴是卡分显羲豹。 据报导，粟木锡矿有3 静气动闸门放矿，日产羹为1 0 0 0 1 2 0 0t ，三班作业。为 了绘气动窝门供气，雳了一螽凌辜为3 0 k w 嚣2 0 m ? 阳；n 鲍空气压缩聿尼，饺气番放矿 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 一项的电耗就为1 9 5 2 3 4 度，t 。武钢灵乡铁矿由气动扇形闸门改用振动放矿，每年 节约用电2 0 0 0 0 度。铜录山铜矿使用7 台振动机取代了气动闸门，每月节约电1 0 0 0 0 度。另据在金山店铁矿进行的实测，振动放矿的耗电量仅为0 0 1 度，f ，大约相当于气动 设备耗电量0 0 4 8 度，t 的2 0 。 综合资料显示，仅放矿作业一项，振动机放矿与重力放矿相比就可以节约成本7 5 左右。因此，目前我国溜井放矿均采用的是振动放矿。 1 4 主溜井放矿技术的发展 我国的振动出矿技术研究是从溜井起步的，现在采场集矿溜井和阶段溜井已广泛 应用，在放矿条件比较简单的主溜井及矿仓中也已得到普遍推广，而在大产量主溜井和 具有粘性粉矿及冻结矿较多的矿山主溜井和矿仓中，由于各方面的原因，矿山对采用振 动出矿过去一段时间一直持慎重态度，而宁可采用传统的重型风动闸门或重型板式给 矿机。但随着振动出矿设备性能和采矿工艺的逐步完善与发展以及矿山生产的迫切要 求，在主溜井和矿仓中推广应用振动出矿技术已成为必然趋势。近年来越来越多的矿山 已加入或准备加入把振动出矿应用于主溜井和矿仓放矿的行列中。表1 4 列出的是目前 些矿山在主溜井和矿仓中应用振动出矿技术放矿的情况。从中可以看出，主溜井和矿 仓振动出矿虽然在实践中还有局部环节需要完善，但已丝毫不能成为阻碍其大范围推广 应用的理由。 当然，主溜井和矿仓振动出矿虽然在理论上和实践上都趋于成熟，但在某些方面 还是有进一步改进的必要，如在优化振动出矿机埋设参数的同时，怎样改进溜井底部结 构还需要研究。另外，为了使近几年在矿仓振动给矿方面所取得的成果大面积推广，当 务之急是对几种比较成熟的机型尽快标准化、系列化。 宝壹盔鲎堡杰兰堡笙塞一一萋二妻盟 表1 4 我国一些矿山主溜井和矿奄中振动出矿应用情况 黪 矿i l 瞎称 应燎 砬用条件藏用效果及改懿方向 号地点 凝生矿大决含遥 群诀r 程去i 翻丰磁矿卡斗、茹拱艟澈矿、 蒿，鬣纯矿占羽诧 怒驴喜敬凝蘩翁闻题，出矿量占商期垒帮 l良山铁矿生；蛰亭 捌犬，矿菱含混含 錾按出旷量的8 1 1 2 。 、 水量较高 迸一步碱少静面磨损。避免电机因连续运 转而发热烧嫦的现象 矿岩遘永翥较纯，出矿能力由鞭来豹瑟g 涧攥高到6 f 南解 2舞# g 钢矿生漤井水暴麟泥囊易乎缝决了堵塞蹿矿事赦。 炔尽可能瓣4 大块避姆瞒井肉 舍牺土重5 1 0 解决了长期敝矿难的问题设备运行可靠， 3 黄石石灰答矿主漤牲 经；齐觳蕊好重橇解、奂振渤电辘税藩闭糖 矿石中套瞧瓣矿积采用双凳扳振动燃矿撬，生产女力逸至l 泥土，遇水有旗性1 4 0 0 讹。窿低了堵塞频率提高了放出块 4 丰国铺矿圭 i l 箨 度需激一劳提辩台扳刚废和焊接质量。 最好安设l 莉1 控制既矿事敝 矿若中耪矿台蹩故矿效鬃良好，生产1 力霹逸弱5 8 9 绒 5 金山虐铜矿主澄持焉，乎均愈泥震选进一步改变撼动如矿执埋设多数，嬲虽念 2 2 6 且具有粘板自勺组台强度 矿者垡磋痨藩矿2 d 0 多米深的主溜并每年潞敝矿石百万吨 拣大块含羹高敞矿能力提蔫 s 倍，潺轻7 工人劳动强 6 寿王坟铜矿主溜并 度，箦节约了女2 漩。 加l 曼振动出矿机维护筠检修工作 矿者墼硬，商藩矿基奉解诀了懿拱、卡块堵塞现象， 诫少了 西夫块含爨高，耪榜三i 兰产生量。装满系数由簇采静g 7 柚掰! 辇 7 寿王坟铜矿矿仓 矿含璧嘉薹劐0 9 一i8 加强振动出矿机维护妫检修工作。 矿石禽泥羹大卡斗、鲔拱现象基本满除，总投登坟为扳 式绘矿橇豹l ，l0 。维掺工襻量小舔胃靛 8 栗术镊矿矿仓 嶷掇动出矿挺括港姥，以獭少安装、弱斌 工作量。 矿石为土杭氧f t 矿，放矿能力提高扣5 倍，振动放矿机芾霄破 鞍曩、浚庭及鳆铰耢撰絮胃誊接虢按，太太诫步了绍撰堵塞瑗 9云锚老厂锡矿矿仓 矿占4 2 ，舍泥象，造捡蛙， 吏默声撰。矿仓终拇瓣避一 嚣这3 53 ，湿度在步改进，增大振动出矿机舒面颛角。 矿石商一煮的粘性基率消除堵寒和跑矿嚣故建产情况良好 1 d凡妇辏锌矿矿仓 翔精鼙譬羹加强振动出矿杌梳座强度。 7 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 5 研究内容 用沙坝矿高大副井改造为主溜井，首先是高3 5 0 m 的井筒设施需要安全拆除，其拆 除工艺和安全措施国内外矿山没有先例可循：其次是将2 5 0 m 的井筒改为溜井如何防止 压实结拱造成堵塞，保证矿山连续生产和生产能力的需求还有许多需要解决的技术问 题。所以本文主要从以下三个方面进行研究和探讨：溜井放矿规律研究与振动出矿及相 关技术的应用研究：原井简设施的按期安全拆除的工艺技术的研究与实施；井简设施拆 除后，按设计要求进行扩大帮加固及底部结构的设计与施工。 中南大学颈士掌谴论文 棼二= 章桧敬矿萌在灌舞串躲移砖耀捧秘究 第二章松散矿石在溜并中的移动规律研究 2 。1 松散矿磊在灌井中的移动规律硪究 2 1 1 魏井的重力场放矿 试验证明f 3 l ，溜井放矿口的大小是影响流动状态的关键参数。放矿口尺寸大的流 动状态就好，其标志是溜井全断面运动更加均匀，趋近子整体流。这也是一种理想的流 动形式，如魈2 1 彤示。 扶熬2 4 霹轾，教矿蜀足寸很大对，其敖矿速凄狠难控捌。棂攥矿出实验条件，其 考虑原辩一般是尽可能选择簸大的尺寸。藏矿西的密口赫积稽同，丽出瞄的几何形状不 问。其试验结果是，放矿速度是出口最小直径的函数。现以最小直径为横坐标，放矿速 度为纵坐标。放矿速度随出口的最小直径增大而增大，如图2 2 所示。 救矿口的形状对流动性也有影响。设溜井放矿因位于井筒底郝，如图2 3 艇示。 月图2 3 ( d ) 的结均进行试验，其矿石漉出所嚣对潮减少到图2 3 ( 鑫) 豹8 0 。翅躅图2 3 g ) 避幸亍试验，其敖毫辩润减少到露2 3 a ) 豹3 0 。值得注意静是，只将翳2 ，3 ( e ) 静缔丰每 稍带点圈角，剐流动往大为浚善，丽放矿速度也会得到稻应的改善，其原因楚溜并中的 松散矿焉的运动不受平底的干扰。如溜并放矿目的翼面倾角。大于松散矿石的自然安 息角时，其放矿速度将增大。试验证明，溜井中的松散矿石的放矿速度隧出龃尺寸和粒 度直径比例增大丽增大，但在松散矿石自然安息角较大的情况下，其差异就不太显著了。 放矿速度豹特征参数，般瘸下式表示。 o = 露，d ( 2 ，) 式中：d 一比值参数； 曾一放矿口怠径( m ) ： d 一松散矿石的平均直径( m ) 。 教矿速度随比键d 的域大聪增大，其热线形状接返抛甥线。松数矿夏形状不嫂则 对，抛物线| l 孽角增熬率裁减少。耀外接法我捌蘸线静蘸点，郎移= 3 。这说璃在理论上 哥敬谈为，当放矿日直径为松散矿石平均块的3 倍时，麓保诞溜并放矿顺畅流动。该结 主堕查兰堡主鲎焦造兰 墨三童丝墼! 至垄塑苎! 堕整垫塑堡! ! ! l 论一直是设计放矿口尺寸的理论依据。 溜并直径( c m ) 困2 1 溜井的不【；l 放矿口宽度的流动模式 3 6 0 0 3 4 0 0 3 2 0 0 3 0 0 0 ， 癸 圈 ， 警回 ， 喾 罐繁 b 0 5 b ( c m ) 图2 2 放矿速度为最小放矿口直径的函数关系 圆园园圈 圈圈阂 图2 - 3 溜井放矿口的不同形状示意图 1 0 中南大学硕士学位论文 第二章松散矿石在灏井中的移动规律研究 对松散矿石从溜井中流出性质i 蕺行试验可以发现，松散矿石的自然安息角减小， 粥放矿速度增鸯毽。逶：l 妻瓣薅积京藩固态锈落实验之毙镶懿蕊察，发现羧教矿石与劳璧之 间摩擦角减小，放矿遴度也增大，同样松散矿石密度增大，放矿速度也增大。 必须指出，上述结论是假定敖矿口位于溜并并简瓣底部中央位鬻得出的。僵在实 际生产守，一般溜井的放矿口郏是侧内的，如阁2 4 赝示。经检验，二者的放矿规律是 极其诞似的。 从銎2 毒霹箱，松鼗矿嚣歇这穆壤l 囊教矿墨敖爨，完全簿合挡墙最大主应力分 布规镣。矿堆斜面中畿大主应力分布线和垂直线成妒的角度分布，如阁2 5 所示： 图2 4 溜井放矿旁式示意图 臻2 5 矿堆孛主应力分韦示意萋 中南大学硕士学位论文 第二章松散矿石在溜井中的移动规律研究 设溜井侧向放矿口底板为水平状态时，其最佳流动带的厚度z 可用( 2 2 ) x ：h ( c 智妒一辔竺兰；里) ( 2 2 ) 式中：一最佳流动带厚度( m ) j 一放矿口的高度( m ) 口一自然安息角，( 。) 在重力场放矿条件下，由于股流的存在，流动带的厚度往往达不到最佳值。只有借 助振动放矿机，才可能形成最佳流动带厚度值x 。这是因为振动机的内部埋设深度可 以达到最佳流动带厚度的z 值。这也说明了，重力场放矿比振动场放矿差。 2 1 2 溜井的振动场放矿 振动机产生的振能在溜井中以波的形式自振源向外传播，其振波有纵波和横波两 种。纵波是振源向外传播的压缩波，质点的振动方向与波的传播方向一致：横波是以振 源向外传播的剪切波，质点的振动方向与波的传播方向相垂直。纵波的波速可用下式计 算鸭 儿= f日( 1 + 心) v p ( 1 + d ) ( 1 2 卢j ) ( 2 3 ) 式中：虬一纵波速度( m ，s ) e ，一松散矿石的动弹性模量 。一松散矿石的泊松比 p 一松散矿石的密度( t ，m 3 ) 横波的波速可用下式计算： = j 蒜高 c z 一4 ， 式中： k 一横波速度( m ，s ) ，其余符号与( 2 3 ) 式相同。 受散体的粘结性效应和不可恢复的变形影响，振动波在松散矿石中传播时会产生能 量的损失，使振动能在传播中逐层衰减直至为零。这种特性叫着内阻尼，常以“衰减系 数”表示，其表达式为： 2 中南大学硕士学位论文 第二章松散矿年i 在溜井中的穆动规律耐 究 茁：堂( 2 - 5 ) 2 蕊 式中：x 一松散矿石振能衰减系数 v 一振动波速腹( m ，s ) w 一振幅对数递减率 厂一振动频率( 次，s ) 掇蕹酶遴减率霹瘫共振挂试验缮文，宠镬试撵投入穗态强遥撼动，露后关瓣基动力， 汜录随时间而寝减的振幅，两相的半振幅之比的自然对数叫振幅的对数递减率。几种松 散矿石的衰减系数，猁子表2 1 中： 表2 1 部分松散矿石的襄减系数 项目磷灰矿石赤铁矿粗矿岩石英岩 级渡衰减系数 0 8，2 3 o 8 21 0 9 横波衰减系数 3 4 33 5 818 83 0 9 癌；l 予裣教矿石中级渡豹传捶速度& 横渡要大，嚣级没豹羧毙衰减系鼗毙横波要小， 所以张松散矿石中，振能主要是通过纵波来佟播的。 穰据松散矿石的隧恁弹性螽效理论，缀波羊羹横渡豹衰减系数与振动频率静一次方戒 正比。因此，从振能有效传播的观点出发，在松散矿石施加中频或低频振动能使其振能 传播范围较大，因而也是较为有利的。 投据能量豹波动健援理谂，在摄熊鹣抟擐莲基内，捡敦矿石块酝获撂的掇缝大小可 用其获得加速度的大小来衡量。振能在松散矿石中的传播情7 兄如图2 。6 所示。 匿2 - 6 振自l 森松散矿石中曲传播示意图 中南大学硕士学位论文 第二章松敞矿石在溜井中的移动规律研究 图中m 点块矿的加速度可用下式计算： 口1 一口2 口。n ( 2 6 ) 式中：矾一标定点处块矿的加速度( m ，s 2 ) j ：一振源点的振动加速度( m ，s 2 ) 足一松散矿石的振能衰减系数 三一标定点至振源点的距离( m ) p 一自然对数的底 由于振能传播过程中的不断衰减，缩小了振动对松散矿石的有效作用范围。距离 振源越远，矿石所获得的振能越小。当承受振动作用的松散矿石在m 处、块矿在某瞬 间的振动加速度等于或大于重力加速度时，该处的块矿将处在强烈的振动状态。当m 点块矿加速度等于重力加速度的o 3 1 倍时，块矿颗粒间将发生相对滑移。当m 点块 矿加速度等于重力加速度的0 0 0 4 0 3 倍时，块矿颗粒间虽不能产生相对滑移，但因 受到不同活化，块矿颗粒之间的内摩擦系数会相应地降低。 以重力加速度为1 、o 3 、0 0 0 4 为界限值，可将振动机产生的振动场分成三个区， 即强振区、次振区和波振区。 2 1 3 振动对松散矿石在溜井中流动性的影响 松散矿石由各种不同尺寸的矿石块所组成。就单个松散矿石而言，它具有固体的性 质，但由于受矿石自重的影响，整个松散矿石堆却具有一定的流动性。由于矿石之间的 内摩擦力较大，这种流动性往往是有限的。据分析，整个松散矿石的性质大致介于固体 和液体性质之间。 松散矿石在容器中会对器壁施加一定的水平压力，该压力值小于等深度的垂直压 力，其计算公式如下： 鼻= 足( 2 7 ) 式中：只一水平方向的压力( m p a ) p ，一垂直方向的压力( m p a ) k 一侧压系数 中南大学硕士学位论文 粥_ _ _ ：二章搽敲矿石在溜井中的移幼规律研巍 侧压系数是散体内摩擦角的函数。由散体理论可推导出该值的计算公式： 石： ! 銎鬟：辔：( 4 5 。一等) l + s i n 毋 一 、 2 式中：p 一内摩擦角( 。) 测怨松教矿石的侧压系数为o j ( 1 ( 2 。8 ) 已知固体的铡压系数为o ，两液体的侧压系 数为1 。这说明，松散矿石的流动性质是处于固体与液体中间状态。同时还可以看出， 蠢摩擦羯越大，捡教矿匿静流动缝裁越差，反之劐滚动牲麓越磐。因苑，掇熬矿石弱凑 摩擦角度是表征松散流动性的特征参数。 撵动放矿辩，松散矿石不健在重力作用下运动，还受蓟振动祝给予的垂塞箱7 k 平黼 个分力的作用。垂直放出方向的分力能使矿石颗粒间的内摩擦角减小，从而改磐放出矿 石的流动性，这就是邋常所说的“活化”。作用在矿石放出方向的力能使矿石沿振动台 嚣兹移动放出。 在有侧限的情况下，承受振动作用的含水细粒物料还可能出现”液化现象”。这是内 予振动作蘑使稳车羹藐稼零压力急耧瑶丈，觚丽失去抗剪强度，爱为悬液状态。隧着孔藤 水的不断排如，孔隙水压力也会逐渐消失，细粒物料逐渐沉积堆积，并重新排列出较为 密实的状态。所以，这种振动液化现象有利于松散矿石从溜井口放出。实验表明，松散 矿石的粒径越小越均匀，越容爨发生液化现象。 21 4 振动对矿葛通过性的影响 矿石的通过性是搬松散矿石通过放矿口的难易程度，其实质上反映了矿石通过放矿 口的能力。矿石通过佼葡用单德时间内出矿日的放出羹藏均摊子定放矿量中的堵塞发 生次数来表示，对于块状矿石，也常以矿石通过系数的大小来浅示。所诣通过系数，就 是出矿口有效蒲度与合格块度尺寸之跣： 嚣+ = ( 2 9 ) 式中：茄一放矿日静矿石通过系数 a 一放矿口的有效高度， d 一合格块度尺寸 中南大学硕士学位论文 第二章松散矿石在溜井中的移动规律研究 研究表明，剥用重力放矿瞅，要使块矿顺利放出，必矮保证矿石的邋过系数趸1 ，3 。 嬲2 c k 、3 时，矿石在放矿口中是否堵滤，具不确定性；肖k 、 251 5 溜井底部结构形式必须根据振动机与运矿设备的尺寸和埋设参数来进行设计。推 荐的标凇溜并底部结构与安装硐童如图3 3 所示。 鞠3 3 港箨底部结构与振动机安装塌富绪构圈 要确定溜井的底部结 句与振动机安装硐室，必须首先选定振动枫的几何参数秘埋设 参数，使它们与透矿设备的尺寸栩适应。确定硐黧尺寸也就是确定溜井底部结构尺寸， 中南丈擎硕士学证论鬻 第三黎臻汐矮矿离太掰井敬主溜并被 卡骈究 其步骤如下： ( 1 ) 确定运输巷道端面及矿车或电机车的外形轮廓。 ( 2 ) 按已知豹矿车域电机事的尺寸及位置，由台聪馋入矿车的深度及赢发余量 6 2 来撩定台琵卸裁端点o 。6 l _ ( 1 越l ，5 疡，岛麦矿车宠凌。鑫瑟翔载溃下只通过矿 车露6 2 车2 0 0 3 0 0 m m 。若簧通过亳机车，淑酶= 伯g 1 5 0 m m 。这辩鲡采矿石落差 太大，可用活动斗舌的卸载端结构，以降低卸载高度，并让出通过电机车的空间。 ( 3 ) 根据振动台面倾角口和台面长度作出振动台面的空间位置， 从台面受矿端按埋设深度厶和眉线高度求得眉线点 以，向上增加架设迎门梁 载安装余量辩= 8 0 2 0 0 m m ，求褥出矿艮豹开凿摄裹点鼻是，淫共豹藏壁也裁决定了。 ( 4 ) 觚运输巷遣瑶点连络镌就可以得到磷室疆板线。 ( 5 ) 将卸载灞p 的高度减去振动杭卸载高麓矗，得蓬磕面高度弁l 。可用基者俸基 础，也可用混凝土或型钢埠成的框架( 值要有足够刚度) 。 ( 6 ) 计算出p ，查袭得e ，爿，然后标出 g ，得机架后壁。 ( 7 ) 算出台面受矿端的麓度也，魁如2 0 0 m m 的空间， 乍6 = 4 5 。5 5 。的斜壁。 最磊授摄涩势壹簌d ，佟出淫井惹壁。这样，淫井熬底器安装全部完成。 3 5 2 主溜井贮矿段结构尺寸的确定 3 5 2 1 概述 确定溜井和贮矿黢断面的合建尺寸对于加快施工进度、节省工程_ 蹩和保证贮料流动 通畅、减少堵塞事故以及防止溜井和仓体的破坏等都有直接的影响。仓体断面太大，工 程量也大，会给施工带来闳难，间时仓体容积的商效利用率低。断面太小时，由于受贮 料自重和卸载冲击的影响，经常在仓体下部贮存段中发生起拱堵仓现象。这秽堵塞一旦 发生，楚理投困鼹，嚣且影赡安全。耀酵，霹受卸载方式爨影璃，薮嚣太小，贮料将誊 接冲鑫仓继，会选成仓体翡破坏。 影响仓体断面尺寸的主要因素有： ( 1 ) 对仓体容量的要求； ( 2 ) 装、卸泼水平的高差： 中南大学硕士学位论文 第三章用沙坝矿商大副井改主溜井设计研究 ( 3 ) 通过矿石的颗粒组成、最大块度尺寸、湿度和粘结性等； ( 4 ) 仓体的类型、结构形式和贮料在仓内的结拱原理： ( 5 ) 施工的方法和质量； ( 6 ) 卸载方式和贮料运动规律等。 当装、卸载水平高差较小，仓体容量又有一定要求时，只能采取加大断面尺寸的仓 体。对圆形仓其直径可达1 0 m 以上。当装、卸载水平高差适中，则仓体的断面尺寸应 根据其所通过矿石的最大块度及其在仓内的结拱原理来考虑，并以需要的仓体容量来复 核，这时仓体上下可采用统一的断面尺寸。当装、卸载水平高差较大时，设计仓体的断 面尺寸可分为两段为考虑。其上段称为溜放段或称溜井。该段只有矿石通过并不贮存， 其断面尺寸主要可根据施工和结构要求来确定，并考虑矿石卸载后的运动规律，使其不 致碰撞和破坏井壁。溜井直径一般在3 米以下。下段可根据贮矿石的最大块度，粘结性， 卸载方式以及矿石在仓内的结拱原理等因素来确定全理的断面尺寸。 3 5 2 _ 2 根据通过矿石的最大块度确定贮矿段的合理断面尺寸 为了防止矿石在仓内发生机械堵塞，在下列情况下，需要按照所通过矿石的最大块 度来确定仓体的合理断面尺寸： ( 1 ) 当矿石中大块占较大比例时： ( 2 ) 当矿石中超限度得不到破碎，又难以限制其通过时： ( 3 ) 大块矿石比例虽然不大，但在爆破落矿时，爆破后的一段时间内，大块矿石 比较集中，占有较大比例时。 多年来矿石的最大块度有一定的限制性规定，块度过大或过小对生产和使用单位都 有不同程度的影响。但要想使块度达到规定要求，并且不发生过多的粉矿也是有一定困 难的。因此在设计井下仓体时，应考虑让允许的最大块度顺利通过。在这方面，下述情 况两者应居其：采取措施将不合格( 即超过允许尺寸) 的块度进行处理，不让其进入 仓内。为此须采用破碎机或其他方法进行二次破碎。或争取加大仓体和下口的断面尺寸 让其通过。既不限制超限块度进入仓内，又不加大仓体或下口的断面尺寸保证让其通过， 必将经常造成矿仓的堵塞事故。在设计仓体和漏斗断面尺寸时必须考虑到这一点。 矿仓的最小尺寸，一般可根据经验并采取通过系数值来确定： 中南大学硕士学位论文 帮三章用壮坝矿高大捌并改主溜井设计研究 一d d i x ( 3 1 4 ) 式中：打一称为通j 遘系数； d 一溜井的最小边长( 或直径) ； d n 。一矿石的合格块鹰尺寸。 壤据国内经验，报僮一般疲该大予3 ，在4 6 以上较为会适。苏联见。r i ，巴翘在分 析国内外经验资料的熬础上，得出了上述公式各参数的近似关系曲线图。 潦金矿出考虑滚拔矿石熟最大块发及溶势瓣逶过系数蠹，建议袋簧懿溪并最枣庭 径( 或最小边长) 如袭3 叫4 。 表3 - 4 矿石块度争溜并最小尺寸表 鏊歉矿石麓最夫块霞嚣叛 g 亭遘逡系数潜筹畿夺壹经( 或最分逡长) 8 燃 8 0