倾斜式溜井——黑金刚播报
发布时间：
2025-11-17
01倾斜式溜井的核心定义与关键参数
本质特征与功能定位
倾斜式溜井是矿山运输系统中呈倾斜布置的关键通道，其显著特征是井筒自上而下以大于60°的倾角延伸，形成矿石自重运输的“天然滑梯”。区别于垂直溜井，其倾斜形态通过延长矿石运动路径，有效降低下落速度，减少井底冲击荷载，成为深部矿山缓解运输压力的优选方案。在实际应用中，倾斜式溜井能够凭借自身独特的结构优势，将采场开采出的矿石高效、稳定地输送至下一个作业环节。例如在某大型金属矿山，由于矿体埋藏较深且地质条件复杂，采用垂直溜井时矿石在井底的冲击力过大，导致井底结构频繁受损，维修成本高昂。而改用倾斜式溜井后，矿石滚动速度得到缓和，井底的冲击破坏问题得到了有效解决，矿山的生产效率和安全性都得到了显著提升。
核心技术参数解析
倾角设计：需严格大于60°，确保矿石重力分力克服摩擦阻力，实现顺畅滑动；同时避免倾角过大导致冲击加剧，需结合矿石块度、含水率等参数精准计算。以某铁矿为例，在设计倾斜式溜井时，起初按照常规设计将倾角设定为65°，但在实际运行中发现，当矿石含水率较高时，部分矿石会出现滑动不畅甚至堵塞的情况。经过详细的力学分析和现场试验，将倾角调整为70°后，矿石的流动变得顺畅，生产效率明显提高。这充分说明了倾角设计需要综合考虑多种因素，以确保溜井的正常运行。
岩层适配：必须布置于坚硬（单轴抗压强度＞80MPa）、整体性好（节理间距＞1.5m）的岩层或矿体内，规避断层破碎带，确保长期稳定。在某铜矿的建设过程中，由于前期地质勘探工作不充分，将倾斜式溜井布置在了节理较为发育的岩层中。投入使用后，随着矿石的不断冲击，井壁逐渐出现片帮、坍塌等问题，严重影响了矿山的正常生产。后来不得不花费大量的人力、物力对溜井进行加固和修复，并重新选址建设。这个案例深刻地警示我们，岩层适配对于倾斜式溜井的稳定性至关重要，在设计和建设过程中必须高度重视地质条件的勘察和分析。
02优势解析：效率与成本的双重优化
缓冲减震：动态荷载的柔性化解
倾斜式溜井在矿石运输过程中，巧妙地利用倾斜井筒的长距离滚动效应，实现了对矿石下落动能的有效转化。当矿石从采场经分支斜溜道进入倾斜溜井后，其在井筒内沿井壁持续滚动，在这一过程中，矿石下落所产生的动能逐步转化为沿井壁的摩擦热能。以某深度达300m的大型金属矿山为例，在采用垂直溜井时，矿石到达井底的瞬间速度可达15-20m/s，产生的冲击力巨大，对井底结构造成了严重的破坏，井底的缓冲设施和支护结构频繁受损，平均每月都需要进行一次大规模的维修和更换，耗费大量的人力、物力和财力。而改用倾斜式溜井后，通过精确的力学计算和现场测试，矿石在倾斜井筒内的滚动路径延长，速度得到有效控制，到达井底的速度降低至8-12m/s，冲击力相较垂直溜井降低了30%-50%。这一显著的降低效果使得井底结构所承受的压力大幅减小，井底的缓冲设施和支护结构的使用寿命得到了显著延长，从原来的平均每月维修一次，延长至每半年维修一次，极大地提高了矿山运输系统的稳定性和可靠性，减少了因设备维修而导致的停产时间，为矿山的持续高效生产提供了有力保障。
工程经济性：巷道网络的精益布局
倾斜式溜井在工程布局上具有独特的优势，能够实现巷道网络的精益化布置，从而带来显著的工程经济效益。在实际矿山开采中，矿体的赋存状态复杂多样，而倾斜式溜井可以巧妙地沿矿体或岩层自然倾斜方向布置。以某金属矿为例，该矿矿体呈倾斜状，倾角约为45°-55°。在最初的设计中，采用垂直溜井方案，各阶段的运输巷道需要垂直于矿体走向进行掘进，以连接垂直溜井与采场。这导致运输巷道长度较长，掘进工程量大，且施工难度较高。而在采用倾斜式溜井方案后，溜井沿矿体倾斜方向布置，运输巷道只需与溜井斜交即可，这使得各阶段运输巷道长度大幅缩短。经实际测量和计算，相比垂直方案，倾斜式溜井方案的运输巷道长度缩短了15%-25%，掘进工程量也相应减少。不仅如此，由于运输巷道长度的缩短，支护成本也显著降低。据统计，该金属矿采用倾斜式溜井方案后，节省巷道开挖量1200m³，工期缩短45天，综合成本降低18%。这不仅为矿山节省了大量的建设资金，还加快了矿山的建设进度，使矿山能够更快地投入生产，获取经济效益。
03挑战与应对：磨损机制与防护策略
磨损破坏的“三维冲击”
在倾斜式溜井的运行过程中，矿石与井壁之间的复杂相互作用是导致磨损破坏的关键因素。由于矿石在倾斜井筒内并非单一的运动模式，而是呈现滑动、滚动、跳跃的复合运动状态，这使得溜井不同部位受到的磨损作用各具特点，形成了所谓的“三维冲击”破坏模式。
在底板区域，矿石在重力和自身惯性的作用下持续与底板碰撞，产生强烈的冲击磨损。据相关数据统计及现场实测，在中等开采规模的矿山中，当矿石通过量达到一定程度时，底板的磨损速率约为0.8-1.2mm/万t。这看似微小的磨损量在长期的矿石运输过程中不断积累，会逐渐削弱底板的结构强度。例如，某矿山的倾斜式溜井在运行3年后，通过矿石量达500万t，经检测发现底板局部磨损深度已超过300mm，部分区域甚至出现了明显的凹陷和坑洼，严重影响了溜井的正常使用。
溜井两帮则主要受到矿石侧撞剪切的影响。当矿石在井筒内滚动或跳跃时，会不时地与两帮发生碰撞，这种碰撞产生的侧向力使井壁受到剪切作用。长期的侧撞剪切导致两帮岩石的裂隙发育风险增加30%。以某金属矿的倾斜式溜井为例，在投入使用1年后，通过地质雷达检测发现，两帮岩石原本较为完整的结构出现了大量细微裂隙，部分区域裂隙宽度达到5-10mm，这些裂隙的存在削弱了井壁的整体性，为后续的片帮、坍塌等事故埋下了隐患。
而在溜井贮矿段顶板，矿石下落时的砸压作用不容忽视。随着矿石不断从上部卸入，顶板承受着巨大的冲击力。为了保证顶板的稳定性，其需具备抗冲击强度＞C30混凝土的性能。然而，在实际生产中，部分矿山由于顶板支护设计不合理或材料选用不当，导致顶板在矿石的频繁砸压下出现开裂、剥落等现象。如某矿山的溜井贮矿段顶板，在使用普通混凝土进行支护后，仅半年时间就出现了多处裂缝，部分混凝土块脱落，严重威胁到溜井的安全运行。这些不同部位的磨损破坏相互影响，在溜井内部形成了多向应力集中区，进一步加剧了溜井的损坏程度。
全生命周期防护体系
面对倾斜式溜井复杂的磨损问题，构建全生命周期防护体系至关重要，该体系涵盖从结构设计到运行监测的各个环节，旨在全方位提升溜井的耐久性和安全性。
结构强化：在结构强化方面，针对底板的高强度磨损，采用铸钢耐磨衬板是一种行之有效的措施。铸钢耐磨衬板具有极高的硬度，其硬度≥HRC55，能够承受矿石的长期冲击摩擦。以某大型铁矿的倾斜式溜井为例，在采用铸钢耐磨衬板后，底板的磨损速率显著降低。经对比监测，使用铸钢耐磨衬板前，底板每年的磨损深度约为15-20mm，而使用后磨损深度控制在3-5mm，有效延长了底板的使用寿命，减少了维修频次。
对于两帮的防护，锚网喷联合支护技术发挥着关键作用。通过合理布置锚杆，间距设定为1.0m×1.2m，能够将井壁岩石牢固地锚固在一起，增强岩石的整体性。同时，喷射150mm厚的混凝土层，不仅能够填充岩石表面的裂隙，还能形成一层坚固的防护层，抵御矿石的侧撞剪切。某铜矿的倾斜式溜井在实施锚网喷联合支护后，两帮的裂隙发育得到了有效控制，在后续的3年运行中，未出现明显的片帮现象，保障了溜井的稳定运行。
智能监测：智能监测系统是全生命周期防护体系的“智慧大脑”，通过安装振动传感器与视频监控系统，实现对溜井运行状态的实时掌控。振动传感器能够精准捕捉矿石冲击井壁产生的振动信号，当振动幅值＞8g时，系统会立即触发警报，提醒工作人员及时排查异常情况。在某矿山的实际应用中，振动传感器成功检测到一次因矿石大块卡堵导致的异常冲击，工作人员在接到警报后迅速采取措施，避免了溜井堵塞和井壁损坏事故的发生。
结合AI算法，智能监测系统还能够对采集到的数据进行深度分析，预测磨损周期。通过建立磨损模型，将矿石性质、运输量、冲击频率等因素纳入分析范围，实现对溜井不同部位磨损情况的精准预测。例如，某矿山利用AI算法对历史数据进行分析后，提前预测到溜井底板在未来3个月内将达到磨损极限，及时安排了衬板更换工作，有效避免了因底板过度磨损而引发的安全事故，保障了矿山的连续生产。
04关键构造与布置原则
功能硐室的协同设计
卸矿硐室：卸矿硐室作为矿石进入溜井的起始点，其设计的合理性直接影响着整个溜井系统的运行效率和安全性。为了有效缓解矿石卸入时的冲击力，需在硐室内设置深度为1.5-2.0m的缓冲坑，缓冲坑犹如一个“柔性弹簧”，能够在矿石与硐室结构之间起到良好的缓冲作用。以某大型矿山的卸矿硐室为例，在设置缓冲坑之前，矿石卸入时产生的巨大冲击力导致硐室底板和挡墙频繁受损，平均每两个月就需要对挡墙进行一次大规模的修复，耗费大量的人力和物力。而设置缓冲坑后，通过现场监测和数据分析发现，挡墙受到的冲击应力降低了40%-50%，修复周期延长至每半年一次，大大提高了卸矿硐室的稳定性和使用寿命。
在卸矿口尺寸设计方面，需严格按照最大矿石块度的3-5倍来确定。例如，当矿山开采的矿石允许通过的最大块度为800mm时，卸矿口净宽应≥2.4m，这样才能确保矿石能够顺利进入溜井，避免出现卡堵现象。在实际生产中，某矿山由于前期对矿石块度预估不足，卸矿口尺寸设计过小，在矿石运输过程中频繁发生大块矿石卡堵卸矿口的情况，导致生产中断，不仅影响了生产效率，还增加了额外的处理成本。后来经过对卸矿口进行扩宽改造，才彻底解决了这一问题。
此外，为了进一步提高卸矿硐室的耐磨性，挡墙需采用高强度耐磨材料，如添加了特殊合金成分的耐磨混凝土，其耐磨性比普通混凝土提高了2-3倍。这种耐磨材料能够有效抵御矿石的冲击和摩擦，减少挡墙的磨损程度，保障卸矿硐室的长期稳定运行。
放矿闸门硐室：放矿闸门硐室是控制矿石从溜井流出的关键部位，其设备选型和结构设计对于放矿效率和安全性起着决定性作用。采用液压振动放矿机已成为现代矿山的主流选择，这种放矿机具有强大的处理能力，一般可达到500-1000t/h，能够满足大规模矿山的生产需求。以某日产矿石量达8000t的大型金属矿山为例，选用的液压振动放矿机在实际运行中，平均每小时可放出矿石600-700t，运行稳定可靠，保证了矿山的高效生产。
为了应对放矿过程中可能出现的矿石卡堵问题，放矿闸门硐室必须配置先进的防卡堵装置。例如，某矿山采用的智能防卡堵系统，通过在放矿口周围安装多个传感器，实时监测矿石的流动状态。一旦检测到矿石流速异常或有卡堵迹象，系统会立即启动振动清堵装置，通过高频振动使矿石重新流动，避免卡堵的发生。在实际应用中，该防卡堵装置的有效率达到了95%以上，大大减少了因卡堵导致的停产时间，提高了放矿的可控性和连续性。
同时，放矿闸门硐室的空间布局也需要精心设计，要充分考虑设备的安装、维护以及人员的操作空间。合理的空间布局能够提高设备的运行效率，减少设备故障的发生概率，为矿山的持续稳定生产提供有力保障。
地质适配性评估要点
岩石力学测试：岩石力学测试是评估倾斜式溜井地质适配性的基础环节，通过一系列专业测试获取的岩石参数，为溜井的设计和建设提供了关键依据。其中，岩体完整性指数（RMI）是衡量岩石整体结构完整性的重要指标，要求RMI＞0.7，这意味着岩石内部的节理、裂隙等不连续面较少，具有良好的整体性。在某矿山的前期勘探中，对多个潜在溜井位置的岩石进行了岩体完整性指数测试，发现一处岩石的RMI仅为0.6，经过详细的地质分析和评估，判断该位置不适合建设倾斜式溜井。后来在RMI＞0.7的区域进行建设，溜井建成后的运行状况良好，未出现因岩石完整性问题导致的井壁坍塌等事故。
吸水率（＜1.5%）也是一个重要参数，它反映了岩石吸收水分的能力。吸水率过高会导致岩石在水的作用下强度降低，增加溜井损坏的风险。例如，某矿山在选择溜井位置时，对岩石的吸水率进行了严格测试，发现部分区域的岩石吸水率超过了1.5%，这些区域在长期受到地下水和除尘洒水的影响后，岩石强度明显下降，出现了不同程度的软化现象。而在吸水率＜1.5%的区域建设的溜井，岩石强度保持稳定，能够有效承受矿石的冲击和摩擦。
抗冻融循环次数（＞50次）则是针对寒冷地区矿山的特殊要求。在寒冷环境下，岩石中的水分会反复冻结和融化，对岩石结构产生破坏作用。如果岩石的抗冻融循环次数不足，长期的冻融作用会使岩石出现裂缝、剥落等现象，危及溜井的安全。某北方矿山在建设倾斜式溜井前，对岩石进行了抗冻融循环试验，确保所选岩石的抗冻融循环次数＞50次。在历经多个冬季的考验后，该溜井的井壁依然保持完好，未出现因冻融破坏导致的安全问题。
数值模拟验证：数值模拟验证是借助先进的计算机技术，对倾斜式溜井在不同工况下的运行情况进行虚拟仿真，从而优化设计方案，确保溜井的安全性和稳定性。通过FLAC³D软件进行模拟是目前常用的方法，该软件能够精确模拟矿石在溜井内的运动轨迹，分析矿石与井壁之间的相互作用。在某矿山的倾斜式溜井设计过程中，利用FLAC³D软件对不同倾角、不同变坡点位置的溜井进行了模拟分析。通过模拟发现，原设计方案中变坡点位置不合理，导致矿石在通过变坡点时形成了冲击死区，井壁局部受到的冲击力过大，存在较大的安全隐患。
基于模拟结果，对井筒变坡点位置进行了优化调整。调整后的方案经过再次模拟验证，矿石运动轨迹更加顺畅，冲击死区消失，井壁受到的冲击力分布均匀，有效降低了井壁损坏的风险。在实际建设和运行过程中，按照优化后的设计方案实施，溜井运行稳定，未出现因矿石冲击导致的井壁损坏等问题，充分证明了数值模拟验证在倾斜式溜井设计中的重要性和有效性。
05工程实践与选型建议
典型应用场景
倾斜式溜井在特定的矿山开采条件下具有显著的应用优势，尤其适用于急倾斜矿体（倾角＞45°）的开采场景。在这类矿山中，矿体的倾斜角度较大，采用倾斜式溜井能够更好地顺应矿体的自然形态，实现矿石的高效运输。以西藏甲玛铜多金属矿为例，该矿的倾斜溜井深度达320m，倾角为65°，年运输量高达300万t。由于矿体倾角较大，采用倾斜式溜井可以使矿石在重力作用下自然下滑，减少了运输过程中的能量消耗和设备磨损。同时，溜井的深度和倾角设计合理，能够满足矿山大规模生产的需求，确保了矿石的稳定运输。
对于高硬度矿石（普氏系数f＞12）的开采，倾斜式溜井同样表现出良好的适应性。高硬度矿石在运输过程中对溜井的磨损较大，而倾斜式溜井的长距离滚动效应可以有效分散矿石的冲击力，降低对溜井底部的磨损程度。例如，在某石英脉型金矿的开采中，矿石的普氏系数达到了15，采用倾斜式溜井后，通过合理的结构设计和防护措施，成功解决了高硬度矿石对溜井的磨损问题，保障了溜井的长期稳定运行。
在多阶段协同开采的矿山中，倾斜式溜井能够实现不同阶段矿石的高效汇聚和运输。通过设置分支斜溜道，各阶段的矿石可以顺利进入主溜井，实现集中运输。这种方式不仅提高了运输效率，还减少了运输设备的投入和运营成本。某大型铅锌矿在多阶段开采过程中，利用倾斜式溜井将不同阶段的矿石统一运输至选矿厂，实现了矿山的高效协同生产。
选型决策矩阵
在矿山工程中，溜井形式的选择至关重要，直接关系到矿山的生产效率、成本控制和安全运营。以下是倾斜式溜井与垂直式、分段式溜井在不同指标下的适用条件对比，为工程决策提供了清晰的参考依据。
| 指标 | 倾斜式溜井适用条件 | 替代方案（垂直式/分段式）适用条件 |
|---|---|---|
| 矿石块度 | ＞500mm且硬度高 | ＜300mm或易碎矿石 |
| 岩层稳固性 | 坚硬完整（RQD＞85%） | 中等稳固（RQD=60%-85%） |
| 运输落差 | ＞150m | ＜100m |
| 施工便利性 | 沿岩层自然倾斜布置 | 垂直或阶梯式地形 |
当矿石块度较大且硬度高时，如矿石块度＞500mm且硬度高，倾斜式溜井能够通过长距离的滚动缓冲，有效降低矿石对溜井的冲击，适合此类矿石的运输。而对于＜300mm或易碎矿石，垂直式或分段式溜井由于其结构特点，更能适应小块矿石或易碎矿石的运输需求，减少矿石的破碎和堵塞风险。
在岩层稳固性方面，倾斜式溜井要求布置在坚硬完整（RQD＞85%）的岩层中，以承受矿石的冲击和磨损。而中等稳固（RQD=60%-85%）的岩层则更适合垂直式或分段式溜井，这些溜井形式在中等稳固岩层中能够通过合理的支护措施保证其稳定性。
运输落差也是选型的重要考虑因素。当运输落差＞150m时，倾斜式溜井可以利用其倾斜的井筒结构，有效缓解矿石下落的冲击力，确保运输安全。而＜100m的运输落差，垂直式或分段式溜井的结构优势能够得到更好的发挥，施工和维护成本相对较低。
施工便利性同样不可忽视。倾斜式溜井适合沿岩层自然倾斜布置，这样可以充分利用地形条件，减少施工难度和工程量。而在垂直或阶梯式地形中，垂直式或分段式溜井的施工更为便捷，能够更好地适应地形特点。
倾斜式溜井作为矿山运输的“斜坡动脉”，其核心价值在于通过倾角设计与地质适配的深度耦合，实现效率提升与风险控制的平衡。
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