一种矿山溜井井壁双重缓冲保护方法与流程

本发明涉及一种溜井井壁保护方法，尤其是一种矿山溜井井壁双重缓冲保护方法。适用于露天矿山运输系统。

背景技术：

对于高差较大的露天矿山，采用溜井来运输矿石不但可以缩短运输时间，还可以节省运输成本。但是，溜井的服务年限一般较长，在矿石的长期冲击作用下会逐渐显现出井壁破损和坍塌的现象，并严重影响矿山的正常生产。根据矿石的运动性质，卸下的矿石沿着溜槽滚动，随后落入溜井中与井壁发生第一次碰撞，且碰撞位置的范围是固定不变的。同时，第一次碰撞时，矿石造成的损伤最大，且碰撞位置易发生破损和坍塌。

为了保护碰撞位置的井壁，传统的方法有刚性加固和柔性加固。刚性加固是在碰撞位置采用钢筋混凝土和锰钢板来增加井壁的抗冲击磨损能力，但施工难度较大，需经常维护。柔性加固是在碰撞位置设置缓冲坑，避免矿石对井壁的直接破坏，但缓冲坑底板磨损严重，溜井稳定性差。结合刚性加固和柔性加固的优点，提出一种矿山溜井井壁双重缓冲保护方法，该方法不但施工难度小，使用寿命长，对井筒稳定影响较小，对于矿山的安全生产有着重要作用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对露天矿山溜井井壁易破损、坍塌的缺点，结合传统的刚性加固和柔性加固方法，提供一种矿山溜井井壁双重缓冲保护方法，以避免矿石对井壁第一次的直接冲击破坏，减小矿石的冲击速度，减少井壁的后续冲击破损，并且加固施工简单，无需经常维护，对井筒稳定影响较小。

本发明所要解决的问题是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的矿山溜井井壁双重缓冲保护方法，具体是：确定矿石第一次与井壁发生碰撞的范围；对井壁的碰撞位置进行扩帮开挖，形成一个台阶；在台阶平台面和坡面上预埋锚杆，锚杆端部有螺纹；在台阶平台面和坡面上分别设置硬质聚氨酯泡沫塑料板和带格栅锰钢板，作为柔性缓冲层和耐磨层，保证每个格栅中都有锚杆；使用螺母固定硬质聚氨酯泡沫塑料板和带格栅锰钢板，并施加一定预应力。

该方法具体步骤为：

1.根据溜槽、溜井的结构参数计算确定井壁的第一次碰撞范围；然后通过实际卸矿验证；

2.根据碰撞范围确定围岩开挖范围，对碰撞范围内的溜井壁进行扩帮开挖，并开挖形成一个台阶，确保矿石滑到台阶平台面上；

3.在台阶的平台面和坡面上预埋锚杆，该锚杆用于加固井壁基岩和连接硬质聚氨酯泡沫塑料板及带格栅锰钢板，锚杆端部有螺纹；

4.在台阶平台面和坡面上分别设置硬质聚氨酯泡沫塑料板和带格栅锰钢板，作为柔性缓冲层和耐磨层，保证每个带格栅锰钢板的格栅中都有锚杆固定；

5.使用螺母及防松垫片固定硬质聚氨酯泡沫塑料板和带格栅锰钢板，并施加预应力。

上述方法所述步骤1中，所述溜槽、溜井的结构参数包括：溜槽倾角为45°，溜槽高度为60m，溜井直径为4m，溜井深度为100m，计算得到井壁第一次碰撞位置与井口的距离为4～6m。

上述方法所述步骤2中，为保证溜井壁安全，台阶平台面应位于最低碰撞点之下。

上述方法所述步骤2中，所述围岩开挖范围为：井壁开挖高度为8m；矿石自然安息角为40°，保证矿石缓冲层厚度不小于1m，开挖宽度为4m。

上述方法所述步骤2中，可以采用以下方法设计台阶参数：台阶平台面宽度为开挖宽度4m；台阶坡面角越大，坡面上缓冲层覆盖范围和厚度越小，台阶稳定性越差；台阶坡面角越小，开挖量越大，矿石堆积量越大，台阶坡面角应大于矿石自然安息角，台阶坡面角为60°。

上述方法所述步骤3中，所述锚杆杆体依次穿过硬质聚氨酯泡沫塑料板、带格栅锰钢板和防松垫片后，用螺母与锚杆端部的螺纹连接，使硬质聚氨酯泡沫塑料板、带格栅锰钢板和防松垫片固定在一起。

上述方法所述步骤4中，为使矿石堆积形成缓冲耗能层，矿石块度为10～20cm，格栅尺寸设计为50×50cm。

上述方法所述步骤5中，螺母和锚杆应位于格栅边缘处，不易受矿石冲击，并充填粉矿。

上述方法应用过程中，在卸矿时，矿石沿着溜槽滑到台阶平台面上，与带格栅锰钢板发生直接冲击；格栅会影响矿石流动性，使部分矿石残留在带格栅锰钢板上，形成缓冲耗能层；之后的矿石会直接冲击缓冲耗能层，消耗大部分动能，并落入溜井中；由于速度变小，后续与井壁碰撞产生的破坏也会减小。

本发明与现有技术相比，具有以下突出优点：

1.对台阶基岩采用锚杆加固。硬质聚氨酯泡沫塑料作为柔性缓冲层保护基岩。带格栅锰钢板作为耐磨层，保护硬质聚氨酯泡沫塑料的破损。根据磨损情况，更换带格栅锰钢板。

2.带格栅锰钢板作为耐磨层，不但能保护硬质聚氨酯泡沫塑料，还能保护螺母，方便后续拆装。根据磨损情况，更换带格栅锰钢板。

3.格栅使部分矿石残留在带格栅锰钢板上，形成缓冲耗能层。不但可以减弱矿石对带格栅锰钢板的磨损破坏，还能消耗矿石的大部分动能。

4.溜井结构简单，施工方便，无需经常维护。

附图说明

图1是一般矿山溜井结构图。

图2是矿山溜井开挖结构图。

图3是一种矿山溜井井壁双重缓冲保护方法。

图4是防护结构示意图。

图5是带格栅锰钢板示意图。

图中：1.溜槽，2.溜井，3.井壁的第一次碰撞范围，4.围岩开挖范围，5.台阶，6.锚杆，7.硬质聚氨酯泡沫塑料板，8.带格栅锰钢板，9.螺母，10.防松垫片。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不仅限于此。

本发明提供的矿山溜井井壁双重缓冲保护方法，具体是：确定矿石第一次与井壁发生碰撞的范围；对井壁的碰撞位置进行扩帮开挖，形成一个台阶；在台阶平台面和坡面上预埋锚杆，锚杆端部有螺纹；在台阶平台面和坡面上分别设置硬质聚氨酯泡沫塑料板和带格栅锰钢板，作为柔性缓冲层和耐磨层，保证每个格栅中都有锚杆；使用螺母固定硬质聚氨酯泡沫塑料板和带格栅锰钢板，并施加一定预应力。

该方法具体步骤如下：

(1)参见图1，根据溜槽1、溜井2的结构参数计算确定井壁的第一次碰撞范围3；然后通过实际卸矿验证。

(2)参见图2，根据碰撞范围3确定围岩开挖范围4，对碰撞范围内的溜井壁进行扩帮开挖，并开挖形成一个台阶5，确保矿石滑到台阶平台面上。为保证溜井壁安全，台阶平台面应位于最低碰撞点之下。台阶参数根据矿石自然安息角等参数进行设计。设计台阶时应保证矿石会从溜槽滑到台阶平台面上，与带格栅锰钢板冲击。台阶平台面和坡面连接处采用柔性连接，该柔性连接通过充填硬质聚氨酯泡沫塑料实现的。

(3)参见图3，在台阶5的平台面和坡面上预埋锚杆6，锚杆6端部有螺纹。该锚杆可以加固井壁基岩，还可以连接硬质聚氨酯泡沫塑料板7和带格栅锰钢板8。硬质聚氨酯泡沫塑料板7作为柔性缓冲层保护基岩，带格栅锰钢板8作为耐磨层保护硬质聚氨酯泡沫塑料板，方便拆换。

(4)参见图4，在台阶平台面和坡面上分别设置硬质聚氨酯泡沫塑料板7和带格栅锰钢板8，作为柔性缓冲层和耐磨层，保证每个带格栅锰钢板8的格栅中都有锚杆固定。该格栅尺寸应保证矿石堆积形成缓冲耗能层。

(5)参见图4，使用螺母9及防松垫片10固定硬质聚氨酯泡沫塑料板7和带格栅锰钢板8，并施加一定预应力。螺母和锚杆应位于格栅边缘处，不易受矿石冲击，并充填粉矿。

(6)卸矿时，矿石沿着溜槽滑到台阶平台面上，与带格栅锰钢板发生直接冲击。格栅会影响矿石流动性，使部分矿石残留在带格栅锰钢板上，形成缓冲耗能层。之后的矿石会直接冲击缓冲耗能层，消耗大部分动能，并落入溜井中。由于速度变小，后续与井壁碰撞产生的破坏也会减小。

上述步骤(1)中，所述溜槽1、溜井2的结构参数包括：溜槽倾角为45°，溜槽高度为60m，溜井直径为4m，溜井深度为100m，计算得到井壁第一次碰撞位置与井口的距离为4～6m。该参数也可以根据实际情况而定。

上述步骤(2)中，所述围岩开挖范围4为：井壁开挖高度为8m；矿石自然安息角为40°，保证矿石缓冲层厚度不小于1m，开挖宽度为4m。该围岩开挖范围的数据也可以根据实际情况而定。

上述步骤(2)中，采用以下方法设计台阶5参数：台阶平台面宽度为开挖宽度4m。台阶坡面角越大，坡面上缓冲层覆盖范围和厚度越小，台阶稳定性越差；台阶坡面角越小，开挖量越大，矿石堆积量越大，台阶坡面角应大于矿石自然安息角，台阶坡面角为60°。该参数也可以根据实际情况而定。

上述步骤(3)中，所述锚杆6杆体依次穿过硬质聚氨酯泡沫塑料板7、带格栅锰钢板8和防松垫片10后，用螺母9与锚杆6端部的螺纹连接，使硬质聚氨酯泡沫塑料板7、带格栅锰钢板8和防松垫片10固定在一起。

上述步骤(4)中，为使矿石堆积形成缓冲耗能层，矿石块度为10～20cm，格栅尺寸设计为50×50cm，或者根据实际情况而定。