高深溜井矿石阶段性流动规律对溜井生产的影响

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2024.01.097

摘要/Abstract

摘要：

基于对高深溜井生产实践的长期观察，归纳总结出矿石在高深溜井中的流动规律，提出垂直全断面阶段性流动是高深溜井区别于短溜井特有的工程现象。运用散体材料结构自组织力链和搭拱效应理论，分析了井筒内矿石阶段性流动产生的原因，揭示了高深溜井矿石阶段性流动对溜井生产过程中常见的滞流、堵塞、磨损和片帮现象以及溜井内矿石的混合和分级的影响；分析了溜井内空气气流对散体流动的影响，在正常放矿过程中，流动气体的存在有利于矿石流动和临时平衡拱的破坏；同时，由于受气体的曳力作用，溜井内矿石产生块、粉分级集中现象，助推了井筒内矿石的滞流和堵塞。研究提出矿石的粒级成分、密度、含水量、黏结性及溜井直径、井壁粗糙程度是造成溜井滞流和堵塞的基础因素，垂直全断面阶段性矿石流动特性是造成高深溜井滞流和堵塞的重要原因。

关键词: 高深溜井, 散体材料, 力链, 搭拱效应, 阶段流, 井筒堵塞

Abstract:

Chute is a common form of deposit development.With the increasing exploitation of alpine and deep resources，high-deep chutes are widely used because of its advantages of simple development methods，convenient transportation and low operating costs.Based on the long-term observation of the production practice of single-segment vertical high-deep chutes，we summarized the flow law of ore in high-deep chute，and put forward that the vertical full-section stage flow is a unique engineering phenomenon of high-deep chute which is different from short chute.Through analysis and research，it is found that there are limitations in the study of ore flow law in high-deep chute by numerical simulation and laboratory model test.Therefore，we adopted the research method of ‘practical understanding+theoretical analysis’，and based on the research carried out by Sun Qicheng et al. of Tsinghua University，the cutting-edge results of the theory of riding chain and arching effect was used to explain the arching mechanism of ore granular in the chute.At the same time，combined with the analysis of gas-solid two-phase flow in the wellbore，the ore flow law of high-deep chute was studied.The causes of the staged flow characteristics of high-deep chute were analyzed，and the influence of the staged flow of high-deep chute on the common stagnation，blockage，wear and spalling phenomena in the production process of chute and the mixing and classification of ore in the chute was revealed.The influence of air flow in the chute on the granular flow was analyzed.On the one hand，the existence of flowing gas in the normal ore drawing process is beneficial to the ore flow and the destruction of the temporary balance arch.On the other hand，the drag force of gas produces the phenomenon of block and powder classification concentration，which promotes the stagnation and blockage of ore in the wellbore.It is proposed that the grain composition，density，water content，cohesiveness of the ore，the diameter of the chute and the roughness of the shaft wall are the basic factors causing the stagnation and blockage of the chute.The flow characteristics of the vertical full-section stage ore are the important reasons for the stagnation and blockage of the high-deep chute.The results open up ideas for the research and the safe and efficient production of high-deep chutes，and can provide reference for the design and use of high-deep chutes.

Key words: high-deep chute, granular material, riding chain, arching effect, stage flow, well bore plugging

中图分类号:

TD85

吕向东, 李醒. 高深溜井矿石阶段性流动规律对溜井生产的影响[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(1): 179-190.

Xiangdong LV, Xing LI. Influence of Ore Stage Flow Law of High-deep Chute on Chute Production[J]. Gold Science and Technology, 2024, 32(1): 179-190.

图/表 3

图1

表1

图2

参考文献 0

	Cao Peng， Lu Zengxiang， Ma Chi，2020.Analysis on influencing factors of ore flow characteristics in ore storage section of chute［J］.Modern Mining，36（12）：68-71.
	Chen Dengping，2006.Research on Failure Wave of Rock Under Shock Loading［D］.Wuhan：Wuhan University of Technology.
	Chen Qingfa， Qin Shikang， Yang Chengye，2021.Simulation on evolution characteristics of force chain in granular ore rock with single funnel under flexible isolation layer［J］.The Chinese Journal of Nonferrous Metals，31（6）：1694-1705.
	Gu Desheng， Wu Aixiang，1990.A new technology of strengthening ore draw in the ore pass［J］.Journal of Central South University（Science and Technology），21（4）：368-374.
	Guizhou Kaiyang Phosphate Mine Bureau，Anshan Mine Design and Research Institute，Chemical Mine Design and Research Institute，et al，1983.Analysis of ore movement rule in chute of Kaiyang phosphate mine［J］.Chemical Mining Technology，（6）：12-14.
	Guo Baokun， Zhang FuZhen，1985.Characteristics and analysis of ore moving in each area of ore pass［J］.Gold，（3）：20-25.
	Hu Huanglong，1999.The relationship between chute clogging and ore storage height［J］. Nonferrous Metals Engineering and Research，20（1）：6-9.
	Jiang Hongying， Lu Jinbu， Mu Qingsong，2010.Research on subsidence regulation model of granular packs［J］.Journal of Kunming University of Science and Technology：Science and Technology，35（2）：33-36，41.
	Li Wei，2019.Ore Mixing Characteristics and Regulation of Released Ore Grade During the Ore Drawing in the Main Ore Pass of Jinshandian Iron Mine［D］.Wuhan：Wuhan University of Science and Technology.
	Liu Yanzhang， Chen Xiaoqiang， Zou Xiaotian，et al，2017.Research on the effect of ore storage height on ore particles fluidity in the main ore-pass［J］.Metal Mine，46（3）：31-35.
	Liu Yanzhang， Li Wei， Zou Xiaotian，et al，2018a.Effects of moisture content and powdered ore content ore fluidity in main ore-pass in Jinshandian iron mine［J］.Mining and Metallurgical Engineering，38（1）：5-10.
	Liu Yanzhang， Zhang Bingtao， Ye Yicheng，et al，2018b.Similarity testing study on characteristics of ore motion and wall damage in mine shaft［J］.Journal of Mining and Safety Engineering，35（3）：545-552.
	Xiangdong Lü，2002.High-deep Chute Construction Optimize and Application Technique Research［D］.Xi’an：Xi’an University of Architecture and Technology.
	Xiangdong Lü，2010.Blasting treatment practice of deep drop shaft well-bore plugging［J］.Engineering Blasting，16（3）：56-58，84.
	Xiangdong Lü，2015.Mechanism analysis and control of deep shafts well bore plugging［J］.Metal Mine，44（11）：158-163.
	Xiangdong Lü，2015.Research on Ore Movement Rule in High Chute［M］//Wang Yunmin.China Mining Science and Technology Collection.Beijing：Metallurgical Industry Press： 336-338.
	Lu Zengxiang， Ma Chi， Cao Peng，et al，2019a.Study status and direction of orepass existing problems in metal mine［J］.Metal Mine，48（3）：1-9.
	Lu Zengxiang， Ma Chi， Wu Xiaoxu，2019b.Impact-ramming effect of unloading on stored materials and its prevention in vertical orepass［J］.Metal Mine，48（7）：14-18.
	Lu Zengxiang， Ma Chi， Yin Yue，2018.Mechanism of deformation and failure on orepass wall under impact and wear［J］.Metal Mine，47（11）：37-40.
	Lu Zengxiang， Zhang Zhiqiang， Zhang Guojian，2017.Mechanism of hanging-up phenomena and its solving countermeasures in transportation of ore pass［J］.China Mining Magazine，26（4）：153-157.
	Luo Zhouquan， Chen Jie， Xie Chengyu，et al，2015.Mechanism of impact-induced damage of main chute and its experimental validation［J］.Rock and Soil Mechanics，36（6）：1744-1751.
	Ma Chi， Lu Zengxiang， Yang Yujiang，et al，2021.Influencing of unloading height on impact ramming effect in the process of orepass unloading［J］.China Mining，30（9）：108-113.
	Ma’anshan Mining Research Institute，2000.Experimental study report of deep pass in Heigou area of Jingtieshan mine［R］.Ma’anshan：Ma’anshan Mining Research Institute.
	Gento Mogi， Meng Qingren，1989.Study on the ore movement in ore-pass（one quarter）—Theoretical research（what happens in the chute）［J］.Foreign Metal Mining Magazine，（5）：18-26.
	Gento Mogi， Meng Qingren，1990.Study on ore flow in large chute（1）：Gravity flow and mixing mechanism of ore in chute［J］.Foreign Metal Mines，（12）：23-28.
	Mota I， Meng Qingren，1990.Study on the ore movement in ore-pass（one seventh）—Development of ore movement observation system in chute［J］.Foreign Metal Mining Magazine，（1）：37-43.
	Qiao Dengpan， Sun Yaning， Wang Shuhong，et al，2005.Study on the volume continuum equation of moving granular materials［J］.China Mining，14（6）：63-66.
	Song Weidong， Wang Hongyong， Wang Xin，et al，2011.Theoretical analysis and test of impact load due to ore dumping in chute［J］.Rock and Soil Mechanics，32（2）：326-332，340.
	Sun Qicheng， Jin Feng，2009.The multiscale structure of granular matter and its mechanics［J］.Physics，38（4）：225-232.
	Sun Qicheng， Wang Guangqian，2008a.Force distribution in static granular matter in two dimensions［J］.Acta Physica Sinica，57（8）：4667-4674.
	Sun Qicheng， Wang Guangqian， Hu Kaiheng，2008b.Thinking on several key problems of granular material mechanics［J］.Progress in Natural Science，18（10）：1104-1110.
	Tang Xueyi， Qu Zhisheng， Yang Xuegang，et al，2020.Research and practice on anticlogging technology of high and deep chute in underground mine［J］.Gold，41（5）：31-35，39.
	Vo T， Yang H W， Russell A R，2016.Cohesion and suction induced hang-up in ore passes［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，87：113-128.
	Wang Qifei，2015.Motion Characteristics of Ore and Wearing Characteristics of Wall at Main Ore-pass in Jinshandian Iron Mine［D］.Wuhan：Wuhan University of Science and Technology.
	Xu Peihua， Huang Runqiu， Deng Hui，2012.Advances in fractures of particles with distinct element method［J］.Journal of Engineering Geology，20（3）：410-418.
	Xu Yong， Sun Qicheng， Zhang Ling，et al，2003.A research progress of particle discrete element method［J］.Advances in Mechanics，33（2）：251-260.
	Zhang Chunyang，2009.Ore Particle Flow Regularity Numerical Simulation and High Viscosity Bauxite Flow-Aiding Research［D］.Changsha：Central South University.
	Zhang Hui， Gao Feng，2019.Numerical Simulation Tests of Fluidity in Ore-pass Based on Mineral Lumpiness Modulus［J］.Journal of Shandong Agricultural University（Natural Science Edition ），50（6）：998-1004.
	Zhang Wansheng，2022.Diagnosis and treatment practice of high-depth chute blocking in Heigou mine［J］.Metal Mine，51（8）：75-81.
	Zhang Wansheng， Liu Lin，2023.Blockage prevention of bonded arch in high-deep chute based on stage flow control［J］.Mining Research and Development，43（6）：141-146.
	Zhu Zhigen， Wu Aixiang， Xi Yong，2006.Analysis on influence of water content on the flowing property of bulk ore rock［J］.Mining Research and Development，26（6）：23-26.
	曹朋，路增祥，马驰，2020.溜井储矿段矿石流动特性的影响因素分析［J］.现代矿业，36（12）：68-71.
	陈登平，2006.冲击波压缩下岩石介质中的破坏波研究［D］.武汉：武汉理工大学.
	陈庆发，秦世康，杨承业，2021.柔性隔离层下单漏斗散体矿岩力链演化特征模拟［J］.中国有色金属学报，31（6）：1694-1705.
	古德生，吴爱祥，1990.溜井强化出矿新工艺［J］.中南大学学报（自然科学版），21（4）：368-374.
	贵州开阳磷矿矿务局，鞍山矿山设计研究院，化工矿山设计研究院，等，1983.开阳磷矿溜井中矿石移动规律及其分析［J］.化工矿山技术，（6）：12-14.
	郭宝昆，张福珍，1985.矿石在溜井各区内的移动特点及其分析［J］.黄金，（3）：20-25.
	胡黄龙，1999.溜矿井堵塞与贮矿高度的关系［J］.有色冶金设计与研究，20（1）：6-9.
	蒋红英，鲁进步，慕青松，2010.散体材料结构沉降机理分析与模型建立［J］.昆明理工大学学报（理工版），35（2）：33-36，41.
	李伟，2019.金山店铁矿主溜井放矿过程中矿石混合特性及放出矿石品位调控［D］.武汉：武汉科技大学.
	刘艳章，陈小强，邹晓甜，等，2017.贮矿高度对主溜井矿石流动性的影响研究［J］.金属矿山，46（3）：31-35.
	刘艳章，李伟，邹晓甜，等，2018a.含水率和粉矿含量对金山店铁矿主溜井矿石流动性的影响［J］.矿冶工程，38（1）：5-10.
	刘艳章，张丙涛，叶义成，等，2018b.主溜井矿石运移及井壁破坏特征的相似试验研究［J］.采矿与安全工程学报，35（3）：545-552.
	路增祥，马驰，曹朋，等，2019a.金属矿山溜井问题研究现状及方向［J］.金属矿山，48（3）：1-9.
	路增祥，马驰，吴晓旭，2019b.垂直溜井中卸矿对物料的冲击夯实作用及其预防［J］.金属矿山，48（7）：14-18.
	路增祥，马驰，殷越，2018.冲击磨损作用下的溜井井壁变形破坏机理［J］.金属矿山，47（11）：37-40.
	路增祥，张治强，张国建，2017.溜井运输中悬拱产生的机理及解决对策［J］.中国矿业，26（4）：153-157.
	罗周全，陈杰，谢承煜，等，2015.主溜井冲击损伤机制分析及实测验证［J］.岩土力学，36（6）：1744-1751.
	吕向东，2002.高深直溜井结构优化与应用技术研究［D］.西安：西安建筑科技大学.
	吕向东，2010.高深溜井井筒堵塞的爆破处理实践［J］.工程爆破，16（3）：56-58，84.
	吕向东，2015a.高深溜井井筒堵塞机理分析与治理［J］.金属矿山，44（11）：158-163.
	吕向东，2015b.高深溜井井筒中矿石移动规律研究［M］//王运敏.中国矿业科技文汇.北京：冶金工业出版社： 336-338.
	马鞍山矿山研究院，2000.镜铁山矿黑沟矿区深溜井试验研究报告［R］.马鞍山：马鞍山矿山研究院.
	马驰，路增祥，杨宇江，等，2021.卸矿高度对溜井卸矿冲击夯实作用效果的影响［J］.中国矿业，30（9）：108-113.
	茂木源人，孟庆仁，1989.溜井中矿石移动的研究（四之一）——理论研究（溜井中发生的情况）［J］.国外金属矿山，（5）：18-26.
	茂木源人，孟庆仁，1990.关于矿石在大型溜井中流动的研究（一）：矿石在溜井中的重力流动及混合机理［J］.国外金属矿山，（12）：23-28.
	茂田井，孟庆仁，1990.溜井中矿石移动的研究（七之一）——溜井中矿石移动观测系统的开发［J］.国外金属矿山，（1）：37-43.
	乔登攀，孙亚宁，王述红，等，2005.散体移动体积连续性方程研究［J］.中国矿业，14（6）：63-66.
	宋卫东，王洪永，王欣，等，2011.采区溜井卸矿冲击载荷作用的理论分析与验证［J］.岩土力学，32（2）：326-332，340.
	孙其诚，金峰，2009.颗粒物质的多尺度结构及其研究框架［J］.物理，38（4）：225-232.
	孙其诚，王光谦，2008a.静态堆积颗粒中的力链分布［J］.物理学报，57（8）：4667-4674.
	孙其诚，王光谦，胡凯衡，2008b.颗粒物质力学几个关键问题的思考［J］.自然科学进展，18（10）：1104-1110.
	唐学义，曲志生，杨学刚，等，2020.地下矿山高深溜井防堵塞技术研究及实践［J］.黄金，41（5）：31-35，39.
	王其飞，2015.金山店铁矿主溜井内矿石运移及井壁磨损特征研究［D］.武汉：武汉科技大学.
	徐佩华，黄润秋，邓辉，2012.颗粒离散元法的颗粒碎裂研究进展［J］.工程地质学报，20（3）：410-418.
	徐泳，孙其诚，张凌，等，2003.颗粒离散元法研究进展［J］.力学进展，33（2）：251-260.
	张春阳，2009.散体矿岩移动规律模拟及高黏矿岩助流研究［D］.长沙：中南大学.
	张慧，高峰，2019.基于矿石块度模数的溜井放矿流动性数值试验［J］.山东农业大学学报（自然科学），50（6）：998-1004.
	张万生，2022.黑沟矿高深溜井井筒堵塞诊断及处理实践［J］.金属矿山，51（8）：75-81.
	张万生，刘琳，2023.基于阶段流控制的高深溜井黏结拱堵塞预防措施［J］.矿业研究与开发，43（6）：141-146.
	朱志根，吴爱祥，习泳，2006.含水量对矿岩散体流动特性影响分析［J］.矿业研究与开发，26（6）：23-26.

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溜口放矿时间段	溜口连续放矿量/t	距井底贮矿高度/m	流动次数	下落时间
14∶20~14∶50	320	274	第1次	15∶07
		269	第2次	15∶10
		267	第3次	15∶13
		264	第4次	15∶16
15∶00~15∶25	320	260	第5次	15∶55
		259	第6次	15∶58
		258	第7次	16∶01
		257	第8次	16∶03
15∶35~16∶00	320	256.5	第9次	16∶18
		256	第10次	16∶21
		253	第11次	16∶23

[1]	盛宇航, 裴佃飞, 齐兆军, 荆晓东. 尾砂粒级组成对胶结充填料流变特性与强度的影响[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(4): 631-639.
[2]	何祥锐, 邱贤阳, 史秀志, 李小元, 支伟, 刘军, 王远来. 基于非线性弹性地基梁的地下矿山充填开采覆岩移动规律研究[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(4): 640-653.
[3]	胡松涛, 朱庚杰, 张军童, 徐世群, 寇云鹏. 胶东地区黄金矿山细尾砂胶结充填应用研究[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(3): 425-436.
[4]	虞云林, 侯克鹏, 杨八九, 程涌, 卢泰宏, 张楠楠. 云锡高峰山矿段矿柱回采方案研究[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(3): 445-457.
[5]	邱泓杰, 邱贤阳, 张舒, 陈辉, 史秀志, 沈文博, 陶铁军, 段武全. 深井高应力环境下束状组合孔拉槽爆破优化研究[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(2): 318-329.
[6]	徐泽峰, 史秀志, 黄仁东, 丁文智, 陈新. 基于满管输送的充填管路优化研究[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(1): 160-169.
[7]	刘大兵, 何银东. 截齿截割角度对截割性能的影响研究[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(1): 91-99.
[8]	海龙, 鲍荣涛, 谭世林, 房祥龙. 分层尾砂胶结充填体力学特性及优化试验研究[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(5): 763-772.
[9]	张国栋, 刘佳, 马凤山, 李光, 郭捷. 三山岛金矿海底开采井下沉降特点及影响因素浅析[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(5): 785-793.
[10]	黄爽, 贾明涛, 鲁芳. 基于启发式遗传算法的地下采场作业计划优化模型[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(4): 669-679.
[11]	张卫中,袁威,康钦容,夏缘帝,李梦玲. 基于综合权重—模糊物元法的岩溶地区隧道围岩质量评价[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(3): 487-496.
[12]	刘志祥,晏孟洋,张双侠,熊帅,王凯. 考虑岩石微缺陷影响的损伤本构模型[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(3): 507-515.
[13]	李杰林,王京瑶,肖益盖,李小双. 不同应力路径下岩石细观力学性能离散元研究[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(1): 102-112.
[14]	谭宝会,王永定,张志贵,龙卫国,李斌,何建元,龚臻. 复杂开采条件下低品位镍矿安全高效回采方案研究[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(1): 88-101.
[15]	杨晴,杨仕教,张冉玥. 基于上澄清液浊度的超细尾砂絮凝沉降试验[J]. 黄金科学技术, 2022, 30(6): 948-957.