水泥矿山“长溜槽技术改造工程”的成功实践

郝汝铤，周文林，董瑞丰，张立杰

（1.天津矿山工程有限公司，天津 301900；2.天津蓝马工业工程技术有限公司，天津 300061）（3.冀东水泥凤翔有限责任公司，陕西 721400）

项目进行了充分论述。从使用单位对长溜槽技术改造的效果总结可以看出：“青海民和矿山长溜槽”技术改造项目是成功的。

以下，本文拟对水泥矿山采用长溜槽有关情况、长溜槽技术改造的方向、也对民和矿山工程设计与施工一并做一介绍，以期对类似矿山能有所借鉴。

1 采用长溜槽的水泥矿山

1.1 水泥矿山长、短溜槽的界定

水泥原料矿山工程设计规范（G B 50598－2010）6.3.3规定：“采用溜槽—— 溜井的运输形式时，应采用短溜槽、长溜井方案。”

由于溜槽开拓存在种种弊病，山坡露天矿山采用“短溜槽、长溜井”的开拓方式是学术界的共识。但是，短溜槽与长溜槽如何界定，并没有一个准确数据。在此，笔者提出以下参数，供参考与商榷见表1。

表1 水泥矿山长、短溜槽界定（参考）

1.2 采用“长溜槽方案”也是一种不得已的选择，在使用“长溜槽”时，安全问题应引起充分注意

由于矿山地形起伏变化大、矿体赋存条件复杂或工程地质问题严重，有的水泥矿山难以采用“短溜槽、长溜井方案”时，采用“长溜槽方案”也是一种不得已的选择。但由此引起的安全问题，在使用“长溜槽”时，应引起充分注意。

例1 四川某矿，由于工程地质问题严重，不适合开凿溜井，选择了“长溜槽、矿仓（短溜井）方案”。

1970年代投产后，由于溜槽的工程地质条件很差，矿山溜槽很快被刷宽。当地雨量丰沛，雨水集中，在溜槽曾经形成小的“泥石流”，造成平硐内的破碎硐室被埋，形成人身安全事故。

例2 西南某矿，由于矿山比高大，采用长溜槽溜矿，装载机装矿倒运至山中部破碎机，破碎后的矿石再由经溜井到矿山下部，由皮带输送入厂。

石粉在溜槽底部黏结，在处理溜槽底部黏结土时，造成人身事故。

1.3 陕西东山石灰石矿“I期工程”的“长溜槽方案”

东山矿“I期工程”采用“溜槽-挡墙-破碎-胶带输送”方案，至今已生产约6年。该矿“I期工程”由天津蓝马工业工程技术有限公司设计，西安矿山工程有限公司施工。

（1）矿山开采将分为I期及I I期工程。

东山石灰石矿的第四系黄土广泛分布于台塬区和山顶，最深108 m，平均57.3 m，基本上平缓的覆盖在山顶。如集中剥离第四系黄土，需要很大的投入及较长的时间；集中剥离第四系黄土，也会使成千上万吨的剥离物无处堆放。

为了降低基建投资，为争取时间进行覆盖黄土层的剥离，矿山开采将分为I期及I I期工程。在I期工程期间，将以30万m3/a的用量将黄土作为水泥熟料的粘土质原料。对剥离的覆盖黄土层进行综合利用。

I期工程在4～6线之间，山体较低，覆盖层较薄，相对便于开采。I期工程的展开，可以给I I期工程争取到～9年的覆盖黄土层的剥离时间。I I期工程在6-8线之间，为主体矿山。

（2）“I期工程”采用“溜槽-挡墙-破碎-胶带输送”开拓运输方案。

I期工程在4-6线之间，最高点海拔约1030 m，比高为190 m。在I期工程可在约9年左右时间内，保证对厂区4500 t/d熟料生产线供应矿石，在此期间，可进行I I期工程的黄土剥离与开拓系统的准备。

经多次方案比较、决定采用“溜槽-挡墙-破碎-胶带输送”开拓运输方案。溜槽—挡墙开拓方案（溜槽位置）比较见表2。

表2 溜槽—挡墙开拓方案（溜槽位置）比较

表3 “溜槽-挡墙”主要设计参数

（3）“溜槽-挡墙-破碎-胶带输送”开拓运输系统主要设计参数。

“溜槽-挡墙”主要设计参数见表3。

（4）“长溜槽方案”工艺流程。

“溜槽-挡墙-破碎-胶带输送”工艺流程：

穿孔爆破→挖掘机采掘装车→运矿卡车运输矿石至溜槽口→溜槽溜矿→装载机装矿（挡墙留有装载机通道）→运输矿石至破碎机卸料口→破碎机破碎矿石→胶带机输送矿石到厂区预均化库。

若溜槽溜矿后装载机装矿点距离破碎机卸料口距离较长（超过50 m），则装载机可装运矿卡车倒运矿石。

“溜槽-挡墙-破碎-胶带输送”流程见图1。

图1 “溜槽-挡墙-破碎-胶带输送”工艺流程示意图

（5）“长溜槽方案”设计的注意点。

如果矿山采用“长溜槽方案”，“长溜槽”溜矿方向要对向其它山体，挡墙设置必须与“长溜槽”溜矿方向错开。“长溜槽”溜矿的冲击力巨大，再厚再高的钢筋混凝土的挡墙也经不起溜矿的巨大冲击力，挡墙很快就会被砸坏。有的矿山，由此废弃了“长溜槽方案”。

若“长溜槽”溜矿方向自然存在“其它山体”，可以以“其它山体”代替挡墙。

1.4 采用长溜槽开拓方案矿山的其它实例与安全措施

（1）采用长溜槽开拓方案矿山的其它实例。

有的水泥矿山，未经正规设计。这些矿山利用天然堑沟，将矿石溜放至山脚下再装车运输，是实际上采用了长溜槽开拓方案。由此，带来本文开始叙述的若干问题，对长溜槽进行技术改造是类似矿山的应有之议。

以下是笔者考察过的几个采用长溜槽开拓方案矿山的实例：

①甘肃某矿，采用长溜槽溜放的矿石。若溜放矿石时，有人员与设备在长溜槽下方，则十分危险见图2。

②新疆南疆某矿 利用天然堑沟形成的长溜槽见图3。

③新疆巴州某矿的长溜槽见图4～图6，其中：

a.新疆巴州某矿挖掘机在长溜槽上口倒运矿石见图4。

b.新疆巴州某矿在长溜槽溜放矿石，矿石飞溅、粉尘弥漫见图5。

c.新疆巴州某矿在长溜槽下口2次装车，倒运矿石。该矿由液压挖掘机装车，挖掘机移动不够灵活，安全性能差见图6。

建议：采用轮式装载机装车，移动快速，安全性能较好。有条件时，进行长溜槽技术改造。

④青海民和北山矿的长溜槽（已做技术改造）见图7。

图2 甘肃某矿长溜槽溜放矿石

图3 新疆南疆某矿利用天然堑沟形成的长溜槽

（2）采用长溜槽开拓的安全措施。

使用溜槽系统要采取安全措施，建议如下：

图4 新疆巴州某矿挖掘机在长溜槽上倒运矿石

图5 新疆巴州某矿在长溜槽溜放矿石

图6 新疆巴州某矿在长溜槽下口挖掘机2次装车倒运矿石

图7 青海民和北山矿的长溜槽【已技术改造，图中铺有苫布处为开凿矿仓（短溜井）位置】

①上部溜槽口卸车时严禁溜槽底部装车，人员与设备必须远离至安全距离（200 m）外，溜槽口下部200 m外设置安全警戒线并派专门人员值守，防止人员和设备误入卸矿区。

②用轮式装载机垂直溜槽方向进行二次装车，以利于规避溜槽物料崩塌的风险。

③装载机司机要及时观察溜槽中物料动向，确保作业的安全。

④装载机装车时需退后，装载机保持与溜槽下口30～50 m距离。

⑤溜槽底部设安全人员值班，观察溜槽物料动向，指挥装车作业，保证安全。

⑥上部溜槽口要有符合要求的车档，卸车时需设专门的安全人员盯守值班，指挥卸车作业。注意观察溜槽口的加固点及周边岩石的被砸损坏情况，及时采取必要的安全措施。

图8 “民和矿山长溜槽”技术改造工程总平面图

⑦矿山应制定有关工种（包括溜槽卸矿及溜槽口下部装车）的安全规程与操作规程，并付诸实施。部与矿仓（短溜井）短的交接位置，交接位置向溜槽底内移25 m。②需对“短矿仓、振动放矿机装车硐室及汽车平硐”进行工程地质评价。

2 青海民和北山矿“长溜槽技术改造工程”设计与施工

2.1 工程设计

（1）矿山概况。

矿区位于青海省民和县北山的芦子沟～大沟一带，北东与甘肃省相邻。地理坐标：东经102°48′38″～102°49′10″；北纬36°22′08″～36°22′49″。工作区南距兰青铁路及甘青公路（国道109线）约4 km，距海石湾～窑街铁路支线约1.5 km。两侧均有简易道路相通，交通方便。

水泥用大理岩矿层赋存于下元古界湟源群东岔沟组下亚组大理岩层中。

矿山规模：120万t/a。

矿山生产制度：年工作300天，每天2班，每班8 h。

（2）“溜槽-短矿仓”开拓运输方案。

“溜槽-短矿仓”工艺流程：运矿卡车运输矿石溜槽上口卸料平台→溜槽→矿仓（短溜井）→振动放矿机硐室→环形平硐环形车场→运矿公路→厂区破碎车间卸料口。

民和矿山“长溜槽技术改造工程”总平面图见图8，矿仓（短溜井）振动放矿示意图见图9。

注意点：①溜槽角度要47°或以上，必须保障溜矿。如果不符合要求，需对溜槽进行处理。正确确定溜槽底

图9 矿仓（短溜井）振动放矿示意图

（3）矿仓（短溜井）。

矿仓中心点标高：上口：▲2057 m，底板：▲2036 m。矿仓喇叭口与溜槽顺接帮坡角50°，深度5 m；外侧帮坡角45°，深度4 m。矿仓下段直径5 m，深度8.5 m。矿仓（短溜井）剖面见图10与图11。

（4）通风斜井。

起点坐标（x=4026314.44，y=34572801.354）进口标高2055 m，出口标高：2039.8 m；支护段长度10 m开挖断面4.95 m2；不支护段79 m，开挖断面3.57 m2；总长度89 m。通风斜井剖面见图12。

（5）控制硐室。

开挖断面10.06 m2，长度3 m。控制硐室剖面见图13。

（6）通风机硐室。

通风机硐室开挖断面16.28 m2，长7 m。

图10 矿仓（短溜井）开挖剖面图之一（mm）

图11 矿仓（短溜井）开挖剖面图之二（mm）

图12 通风斜井剖面图（mm）

图13 控制硐室剖面图（mm）

通风机硐室剖面见图14。

2.2 工程施工

（1）施工及资源配置计划。

图14 通风机硐室剖面图（mm）

①工程总体布局。本井巷工程项目内容齐全，施工点集中，在相对的工期内完成的工程量较大。我们经过实地考察，认为制约本工程工期的关键线路和施工难点是以振动放矿机峒室为中心的溜井平硐贯通及后续的冬季钢筋混凝土支护工程，且该工程施工部位无地质报告，只能在开挖的过程中凭经验判断石质特性来预防可能面临的溶洞、塌方、裂隙节理发育等情况，这将对暗挖施工和整个项目工期造成很大压力；所以技术人员和地质人员要随时掌握工作面掘进的石质变化情况，给一线工人提前安全技术交底。矿仓（短溜井）施工首先采用小断面开挖施工方法，做到矿仓（短溜井）与硐室及早贯通，为硐室施工创造回风条件，以便保证整项工程顺利如期完成。为此，在施工准备阶段，一方面进行人员、设备、机具的调遣，另一方面做好施工测量控制点的复核和测量控制网的布设工作，同时在此阶段还要做好火工材料使用的相关手续，一旦具备条件，首先进行施工场地的平整作业，创造好平峒、矿仓（短溜井）的施工作业面。尽早实现U型平峒、溜井三个作业面在破碎峒室内汇合。

②施工安排。结合同类工程施工经验，在充分论证并确定技术方案的基础上，利用各种相关工程控制原理进行系统优化，各项工程施工安排如下：

a.平硐。

平硐调整后长度为247 m，U型平硐可两边同时掘进，根据天津公司施工同类工程的经验，采用装载机直接端运至平硐口外侧的出渣方式。为此计划配备1台Z L-50 c装载机交替出渣。开挖设备采用1台20 m3/min电动空压机，8部Y T-28手风钻穿孔。

b.矿仓（短溜井）。

为尽早实现矿仓（短溜井）与硐室贯通，改善峒内通风质量，因此，开工伊始即安排竖井的施工组织，矿仓（短溜井）计划配备1台12 m3/min电动空压机供气。

具备施工条件后，立即进行矿仓（短溜井）口场地平整作业，为保证施工安全，计划在矿仓（短溜井）靠近斜溜槽一侧砌筑长度10 m、高度5 m的挡墙；矿仓（短溜井）前5 m采用挖掘机出渣，其余采用自制简易井架配合吊罐出渣，为保障施工进度，矿仓（短溜井）采取小断面掘进，贯通后再反向扩刷的施工工序，扩刷过程中的矸石可通过平硐出渣。

c.振动放矿机硐室。

平硐直接掘进到振动放矿机硐室底部，然后沿硐室顶部以溜井中心线为中心拉1条1.5×1.8 m、45度倾角的措施斜巷，与小断面溜井在斜地板位置处贯通后再扩刷至设计位置，爆碴由铲车从底部排出。

d.硐内衬砌及安装。

混凝土浇筑采用组合钢模板做模，砼输送泵入模的方式进行。配备HBT50A砼输送泵1台，PLD800型砼配料机1台，强制式JS500型砼搅拌机2台，ZL-50装载机两台，平硐、硐室、矿仓依次浇筑完成。

平硐衬砌严格按施工图施工，硐口段及硐里稳定性差的地段采用C30钢筋砼衬砌，其余为喷射厚砼，不稳固段采用锚杆加固。喷射砼采用2台HBG-5砼喷射机同时施工。放矿机硐室和矿仓衬砌采用钢筋混凝土支护，支护形式和厚度依设计图纸。

（2）民和“长溜槽技术改造工程”工程量。

民和“长溜槽技术改造工程”工程量见表4。

（3）施工安全。

除采取常规的安全措施外，根据现场实际情况，还采取以下措施：①施工期溜槽安全防护：溜槽矿渣清理，约20000 m3；设3道布鲁克网进行安全防护，面积约720 m2。②清理U型平硐进出口上方碎石，增加明硐长度，（分别为26 m与15 m），在坡底砌筑挡墙。

表4 民和“长溜槽技术改造工程”工程量清单

（4）技改成果。

项目于2014年10月开工，2015年3月28日竣工，生产运行至今。溜槽溜下的矿石由矿仓振动放矿机直接装入车内，系统运行正常。降低了生产成本，提高了生产效率，增加了安全系数。

项目投资652万元。技改前挖掘机装车成本1.758元/t，技改后振动放矿机装车成本0.315元/t；降低成本1.443元/t。年直接费用降低144.3万元，经济效益良好。

3 长溜槽开拓的几种模式

3.1 新疆巴州某矿的“长溜槽模式”

工艺流程：挖掘机在长溜槽上口倒运矿石→溜槽溜放矿石→在长溜槽下口2次装车→矿石运至厂区。详见本文1.4.1（图4～图6）。

评价：此种模式，长溜槽溜矿时矿石飞溅、粉尘弥漫；山上、山下配备2套设备，工作效率低；由液压挖掘机装车，挖掘机移动不够灵活，安全性能差。

建议：（1）溜槽下口采用轮式装载机装车，移动快速，安全性能较好。（2）有条件时，进行长溜槽技术改造，采取“民和模式”，提高效率，降低成本，实现安全作业。

3.2 陕西东山石灰石矿“I期工程”的“长溜槽模式”

工艺流程：运矿卡车运输矿石至溜槽口→溜槽溜矿→装载机装矿（挡墙留有装载机通道）→运输矿石至破碎机卸料口→破碎机破碎矿石→胶带机输送矿石到厂区预均化库。详见本文1.3。

评价：此种模式，只是在特殊情况下采取的不得已的开拓方式。具备新疆巴州某矿的“长溜槽模式”的缺点。溜槽下口采用“轮式装载机”装车，移动快速，安全性能较“液压挖掘机”好。

3.3 青海民和北山矿“长溜槽技术改造”后“长溜槽模式”

工艺流程：运矿卡车运输矿石溜槽上口卸料平台→溜槽→矿仓（短溜井）→振动放矿机硐室→环形平硐环形车场→运矿公路→厂区破碎车间卸料口。详见本文2。

评价：此种模式，对3.1/3.2模式进行技术改造。生产成本降低，生产效率提高，增加了安全性。但是，平硐内仍要运矿卡车倒运矿石至厂区。

3.4 推荐“碎石溜槽-矿仓（短溜井）-振动放矿机-胶带输送机-工厂预均化库”的“长溜槽模式”

工艺流程：穿孔爆破→液压挖掘机采掘→移动破碎机进行粗碎（粒度0～300 mm）→长溜槽→矿仓（短溜井）→振动放矿机→胶带输送机（胶带机平硐）→板式给料机→2次破碎机（粒度0～75 mm）→胶带输送机→工厂预均化库。

如果使用单段移动破碎机进行破碎，破碎粒度一次达到0～75 mm，破碎后的矿石，可以由振动放矿机经胶带机平硐的胶带输送机直接入工厂预均化库。此种“长溜槽模式”见图15。

图15 “碎石溜槽-矿仓（短溜井）-振动放矿机-胶带输送机”工艺流程图

此种模式，实现了矿山连续化生产工艺。所增加的设备投资，可以从降低的矿山经营费用中很快回收。

以青海民和北山矿为例：该矿原矿石（块石）成本20.2元/t，而国内其它采用平硐胶带输送机直接入厂矿山的矿石成本一般为10元/t左右。如果采用“碎石溜槽-矿仓（短溜井）-振动放矿机-胶带输送机”工艺流程，以每吨矿石的成本降低10元计，每年经营费用可节约上千万元，设备投资可在2年内收回。当然采用平硐胶带输送机直接入厂的条件是，矿石要破碎到0～300 mm，这就要依靠移动破碎机了。“冀东装备”国产化的移动破碎机技术的突破，为实现矿山连续化生产工艺创造了条件。

4 结语与建议

4.1 采用了“长溜槽方案”的矿山，宜进行“长溜槽技术改造”

由于溜槽开拓存在种种弊病，水泥原料矿山工程设计规范规定：“采用溜槽——溜井的运输形式时，应采用短溜槽、长溜井方案。”

但由于矿山的具体条件限制，有的水泥矿山难以采用“短溜槽、长溜井方案”时，采用了“长溜槽方案”。采用了“长溜槽方案”的矿山如果存在溜槽下口2次装车倒运的情况，可以依据矿山条件，采取青海民和北山矿“长溜槽技术改造”的模式。降低生产成本，提高生产效率，并增加生产安全性。此种模式，平硐内仍要运矿卡车倒运矿石至厂区。所以，推荐“碎石溜槽-矿仓（短溜井）-振动放矿机-胶带输送机-工厂预均化库”的“长溜槽模式”；实现矿山连续化生产工艺。

4.2 采用“溜槽（井）开拓，自重运输”的矿山，应实现“短溜槽、长溜井方案”

一个矿山，有天然堑沟。人们自然而然就会想到：利用天然堑沟作为溜槽，把矿石溜下来不是很好嘛！于是纷纷表示要利用“自然地形”，采取“长溜槽溜矿”方案。

然而确定矿山的开拓方案，要看矿山的全局。人们在现场看到的，仅是矿山的一部分。露天矿山要采用“自上而下，水平分层”开采法。从山顶的采准工作面，到天然堑沟的溜槽，要修“运矿道路”。在地形陡峭的矿山修筑“运矿道路”的投入不菲，甚至投资很大。生产中，矿石运到“天然堑沟的溜槽”又是不小的费用；山下2次倒运，即危险，又花钱。

利用天然堑沟作为溜槽的方案不是一个好方案。采用“溜槽（井）开拓，自重运输”的矿山，应实现“短溜槽、长溜井方案”。确定溜井位置时要慎重比较，一般溜井选择在矿体中心，可以缩小矿石运输距离，从而降低经营费用。使用移动破碎机，实现矿山连续化生产，是水泥矿山技术的创新与突破见图16。

图16 “移动破碎机-碎石溜井-振动放矿机-胶带输送机”工艺流程图

对此建议，笔者有工程实例与数据支持，如果要展开论述，则需要另一篇文章了。

参考文献：

[1]溜槽短溜井系统在露天矿的应用——《2017-07期中国水泥》刘开禄等.

[2]振动放矿机在水泥矿山的成功运用与探讨——《2016-07期中国水泥》郝汝铤等.