矿山井巷灾害治理：溜井加固技术的实践

一、引言：溜井 —— 矿山生产的咽喉与灾害重灾区

1.1 溜井在矿山井巷系统中的核心作用

在矿山井巷工程庞大而复杂的体系里，溜井宛如一条关键的 “垂直动脉”，串联起矿山的各个中段采场与下部运输系统，肩负着矿石和废石垂直转运的重任 。其运行的通畅程度，如同人体血液循环是否顺畅一样，直接决定着矿山生产效率的高低。

以锡矿山南矿为例，其采用竖井开拓，竖井为箕斗一罐笼混合井。多阶段垂直溜井发挥着核心纽带作用，9 - 25 中段之间，通过不同中段的矿石溜井相互衔接，如 9 中段矿石溜井连接 9 - 13 中段，13 中段矿石溜井连接 13 - 19 中段等。各阶段采下的矿石，经由这些溜井，汇聚至 25 中段装矿站，随后装入箕斗，经竖井提升至地面。这套溜井系统是箕斗提升系统高效运作的前置核心设施，一旦溜井出现故障，无法正常转运矿石，采场开采出来的矿石就会大量积压，后续的运输、提升等环节也会被迫中断，进而导致全矿生产链陷入停滞，经济损失不可估量。

1.2 溜井破坏的灾害性后果与加固治理必要性

溜井在长期的运行过程中，面临着诸多严峻考验，极易受到多种因素的影响而遭受破坏。从地质条件来看，如果溜井所穿越的岩层较为松软，节理裂隙发育广泛，那么在矿石的冲击和地压作用下，就很容易出现片帮、塌方等严重病害；而矿石自身的物理机械性质，如硬度大、块度大，在溜放过程中也会对溜井井壁造成强烈的冲击和磨损。

锡矿山南矿的 13 中段矿石溜井就是一个典型案例，该溜井部分设计穿过长龙界页岩，岩石硬度系数仅为 f = 4 - 6 。长期受到溜放矿石的冲击，其磨损情况极为严重。1986 年资料统计显示，该矿石溜井平均磨损率为 8.36mm / 万 t 。经过多年的运行，直径从最初设计的 3.6m，逐步扩大到平均数 5.5m，在井口以下 32 - 48m 段，直径更是扩大到 7.18m；井口下 48 - 80m，磨损扩大到 7.99m，最大直径甚至达 9.01m 。从 1980 年至 2002 年，该溜井先后进行过 6 次大修理，修理费用累计高达 238 万元。

再看许昌铁矿，其主溜井于 2007 年建矿，一期设计生产能力 200 万 t/a 。主溜井高 120.3m，净直径 3.5m，其中上部矿仓高 13m，净直径 6m 。主溜井一 200、一 250、一 327m 水平段于 2012 年 6 月中旬投入使用，至 2013 年 5 月累计通过矿石 50 万 t 。然而，在生产过程中，由于受到多种不利因素的影响，如主溜井西北方向约 27m 处为 F 断层，受断层影响，井壁一 300m 位置节理发育且有渗水现象；一 200、一 250m 两中段卸矿口格筛损坏后未能及时修补，致使矿块多大于 600mm，对井壁冲击较大；处理堵塞事故时爆破对井壁损伤大等。导致经常有钢纤维混凝土、钢筋网脱落，溜井堵塞频繁发生，主溜井井壁、上部矿仓壁塌落，至 2013 年 5 月，从上部矿仓下口向上垂直破坏高度达 38m，矿仓直径由原来的 6m 扩大成下口 8m、中部 13m、上部 8m 的椭球体，断面积由圆形变为椭圆形，已破坏至一 280m 水平，且还有继续向上塌落的迹象，严重危及一 327m 破碎硐室及一 250m 水平卸矿站的安全，正常生产也受到极大影响。

这些实例充分表明，溜井一旦遭到破坏，不仅会导致矿山生产中断，增加维修成本，还可能引发一系列安全事故，危及人员和设备安全。因此，溜井的加固治理工作至关重要，是矿山灾害防治工作中的核心课题，直接关系到矿山的安全生产和经济效益。

1.3 本文核心内容框架

本文将深入探讨矿山井巷工程灾害治理中的溜井加固治理问题。首先，从溜井破坏的诱因展开分析，详细剖析地质条件、矿石特性、开采工艺等因素对溜井稳定性的影响机制。接着，系统梳理目前应用较为广泛的柔性与刚性加固技术体系，包括各类加固材料的性能特点、加固结构的设计原理等。结合典型工程案例，如锡矿山南矿、许昌铁矿等，对加固技术的实际应用效果进行验证和分析。

在阐述过程中，重点引入量化分析方法，如通过磨损率计算，精确评估溜井在不同工况下的磨损程度；运用围岩稳定性数值模拟，深入研究溜井周边岩体在加固前后的应力应变分布规律，为加固方案的优化设计提供科学依据。旨在为采矿现场提供一套具有高度可操作性的溜井加固方案与计算依据，助力矿山提升井巷工程的安全性和稳定性，保障矿山生产的高效、持续进行。

二、追本溯源：溜井破坏的三大核心诱因

2.1 地质条件制约：围岩性质与构造缺陷

地质条件是决定溜井稳定性的先天因素，其影响深远且基础。当溜井穿越的地层中存在软弱岩层、断层破碎带或节理裂隙极为发育的区域时，溜井的稳定性便会遭受严重威胁。以锡矿山南矿 13 中段矿石溜井为例，该溜井设计高度达 108m ，其中井口仅有 15m 处于灰岩地层，其岩石硬度系数 f = 12 - 14 ，较为坚硬。然而，其余大部分井段均处于长龙界页岩中，页岩的岩石硬度系数仅为 f = 4 - 6 ，且节理裂隙发育广泛。在这种地质条件下，溜井井壁难以承受矿石长期的冲击和地压作用，导致井壁岩石极易发生片帮、剥落等现象，进而引发溜井的整体失稳。

许昌铁矿主溜井同样受到地质条件的严重制约。该主溜井西北方向约 27m 处存在 F 断层，受此断层影响，井壁在 - 300m 位置节理发育明显，且伴有渗水现象。水的存在进一步弱化了岩石的力学性能，降低了岩石的抗剪强度和抗拉强度，使得井壁岩石更容易在矿石的冲击和地压作用下发生破坏，最终导致溜井片帮和塌方。据相关研究表明，岩石的抗剪强度在饱水状态下相较于干燥状态可降低 30% - 50% ，这充分说明了水对岩石力学性能的显著影响，也进一步凸显了地质条件在溜井稳定性中的关键作用。

2.2 矿石冲击磨损：物理特性与溜放工况的双重作用

矿石的物理特性，包括硬度、块度等，以及溜放工况，如溜放高度、溜放速度等，共同决定了溜井所承受的冲击磨损程度。矿石硬度越大、块度越大，在溜放过程中对溜井井壁产生的冲击力就越大，磨损也就越严重。锡矿山南矿的矿石硬度普氏系数 f = 16 - 18 ，最大块度大于 0.4m ，在溜放过程中对矿石溜井造成了极大的磨损。根据 1986 年的资料统计，该矿石溜井的平均磨损率高达 8.36mm / 万 t 。而废石的硬度相对较小，普氏系数 f = 4 - 12 ，块度也常小于 0.4m ，对废石溜井的平均磨损率仅为 0.30mm / 万 t ，两者形成了鲜明的对比。

此外，溜放工况对溜井磨损的影响也不容忽视。对于多中段卸矿的垂直溜井，由于矿石下落的冲击点相对集中，导致井口以下一定深度范围内的井壁磨损尤为严重。在锡矿山南矿 13 中段矿石溜井中，井口下 32 - 80m 段的磨损最为显著，直径从最初的 3.6m 分别扩大至 7.18 - 7.99m 。这是因为在该段范围内，矿石下落的速度和冲击力达到了较大值，对井壁的破坏作用也最为强烈。通过对溜井磨损规律的研究，可以建立磨损模型，如基于冲击力和磨损量关系的经验模型，来预测溜井在不同工况下的磨损情况，为溜井的维护和加固提供科学依据。

2.3 工程与管理因素：支护缺陷与运维不当

工程设计与施工过程中的支护缺陷，以及后期运维管理的不当，是导致溜井破坏的重要人为因素。在工程设计方面，如果对溜井所穿越地层的地质条件评估不足，支护设计强度偏低，就无法有效抵御矿石的冲击和地压作用。许昌铁矿主溜井采用钢纤维混凝土筑支护，局部有钢筋网、锚杆、混凝土联合支护，支护厚度达 500mm ，但在实际生产过程中，由于多种不利因素的影响，仍然出现了钢纤维混凝土、钢筋网脱落，井壁塌落等严重问题，这充分说明了初始支护强度不足是导致溜井破坏的一个重要原因。

在运维管理方面，堵塞处理时的爆破作业失控、格筛损坏后未及时修复导致大块矿石直接进入溜井等问题，都会加速溜井的破坏。在许昌铁矿主溜井的运行过程中， - 200、 - 250m 两中段卸矿口格筛损坏后未能及时修补，致使大量矿块大于 600mm ，这些大块矿石在进入溜井后，对井壁产生了巨大的冲击，加剧了井壁的破坏。处理堵塞事故时，由于采用氢气球将炸药送入溜井内，无法准确确定炸药和氢气球的位置，导致爆破时对井壁的损伤过大，进一步恶化了溜井的稳定性。

锡矿山南矿 13 中段矿石溜井从 1980 年至 2002 年先后进行过 6 次大修理，每次修理都耗费了大量的人力、物力和财力。深入分析这些修理案例可以发现，运维管理不当是导致溜井病害不断恶化的重要推手。如果能够加强运维管理，及时发现并处理溜井运行过程中出现的问题，如定期检查格筛的完好性、规范堵塞处理的爆破作业等，就可以有效延长溜井的使用寿命，降低维修成本，保障矿山的安全生产。

三、技术体系：溜井加固的柔性与刚性双轨方案

3.1 柔性加固技术：应对冲击磨损的缓冲策略

3.1.1 橡胶衬板 + 垫层坑加固工艺

在矿山溜井的加固技术体系中，柔性加固技术以其独特的缓冲性能，成为应对矿石直接冲击的有效手段，特别适用于矿石直接冲击的溜井段。其中，橡胶衬板与垫层坑相结合的加固工艺，在实际应用中展现出了良好的效果。

在卸矿口下方设置垫层坑，是这一工艺的关键环节。垫层坑的作用是储集碎矿，随着碎矿的不断堆积，在溜井底部自然形成一层天然的缓冲层。这层缓冲层就像一个巨大的 “海绵垫”，能够有效缓解矿石下落时的冲击力，减少对溜井井壁的直接冲击。当大块矿石从高处落下时，首先接触到垫层坑内的碎矿，碎矿之间的相互挤压和摩擦，将矿石的动能转化为热能和碎矿的变形能，从而大大降低了对井壁的冲击作用。

锡矿山南矿在多年的生产实践中，积累了丰富的溜井加固经验。基于对深部盲竖井工程条件的深入分析，该矿建议采用橡胶衬板加固形式。橡胶衬板具有良好的弹性，这一特性使其在应对矿石冲击时发挥着重要作用。当矿石冲击橡胶衬板时，橡胶的弹性变形能够吸收大量的冲击动能，就像一个弹性弹簧，在受到外力冲击时发生形变，将冲击能量储存起来，然后再缓慢释放。这种弹性吸收作用，能够显著降低井壁的磨损速率。通过实际观测和数据统计，采用橡胶衬板加固后，井壁的磨损速率相较于未加固前降低了约 40% - 60% 。这一数据充分证明了橡胶衬板在减少井壁磨损方面的显著效果。

这种加固工艺尤其适用于围岩较稳定但冲击荷载大的工况。在一些矿山中，虽然溜井周围的围岩稳定性较好，但是由于矿石的硬度大、块度大，以及溜放高度较高等原因，溜井所承受的冲击荷载非常大。在这种情况下，传统的刚性支护结构往往难以承受矿石的反复冲击，容易出现破裂、剥落等问题。而橡胶衬板 + 垫层坑加固工艺，能够充分发挥柔性材料的缓冲优势，有效保护井壁，确保溜井的正常运行。

3.1.2 弹性浮动护板加固结构

弹性浮动护板加固结构是基于 X 技术实用新型专利研发的一种新型溜井加固结构，其独特的设计原理为溜井的防护提供了更为有效的解决方案，尤其适用于中段卸矿口等冲击集中区域。

该结构主要由预埋件、弹性件和锰钢板护板组成。预埋件被牢固地安装在井壁上，作为整个结构的基础支撑点，确保结构与井壁紧密连接。弹性件则巧妙地设置在护板与井壁之间，它就像一个 “缓冲器”，在矿石冲击时发挥着关键的缓冲作用。锰钢板护板则直接承受矿石的冲击，其高强度的特性能够有效抵御矿石的撞击。

护板与井壁之间设置的浮动间隙是该结构的一大创新点。当矿石冲击锰钢板护板时，护板会在冲击力的作用下产生一定的位移，由于弹性件的存在，护板不会直接与井壁发生刚性碰撞，而是通过弹性件的缓冲作用，将冲击力逐渐分散和吸收。这种设计避免了刚性碰撞导致的井壁开裂等问题。与传统的刚性连接结构相比，弹性浮动护板结构能够将冲击力降低 30% - 50% ，大大提高了井壁的安全性和稳定性。

在中段卸矿口，矿石的冲击作用尤为集中和强烈。以某矿山的中段卸矿口为例，未采用弹性浮动护板加固前，该区域的井壁每年都会出现不同程度的开裂和剥落现象，需要频繁进行维修和加固。而采用弹性浮动护板加固后，经过多年的运行监测，井壁状况良好，没有出现明显的破坏迹象。这一实际案例充分证明了弹性浮动护板加固结构在应对冲击集中区域的有效性和可靠性，为矿山溜井的安全运行提供了有力保障。

3.2 刚性加固技术：强化围岩稳定性的补强方案

3.2.1 喷锚支护 + 混凝土浇筑联合加固

对于已经出现垮塌的溜井，喷锚支护与混凝土浇筑联合加固技术是一种行之有效的修复方案。金诚信专利工艺在这方面提供了一套系统的操作流程，具有较高的工程应用价值。

在进行加固作业时，首先要对溜井内的垮塌区域进行全面清理，将松动的围岩彻底清除，为后续的加固工作创造良好的基础条件。这一步骤至关重要，因为松动的围岩会影响加固结构的稳定性，如果不清理干净，可能会导致加固后的溜井再次出现垮塌。

清理工作完成后，开始进行第一层混凝土喷射。这一层混凝土的厚度一般控制在 20 - 40mm ，其作用是封闭围岩表面，防止围岩进一步风化和剥落，同时为后续的锚杆安装提供一个相对平整的工作面。喷射混凝土时，要确保混凝土均匀覆盖在围岩表面，并且与围岩紧密粘结。

紧接着，按照设计要求打入锚杆。锚杆的长度、直径和间距等参数，需要根据溜井的具体地质条件和垮塌情况进行精确计算和设计。锚杆的作用是将不稳定的围岩与深部稳定的岩体连接在一起，形成一个整体，从而提高围岩的稳定性。在打入锚杆后，要及时布设钢筋网，钢筋网能够增强混凝土的抗拉强度，提高整个加固结构的整体性。

完成上述步骤后，进行第二层混凝土喷射，这一层混凝土的厚度通常为 90 - 110mm 。两层混凝土相互配合，形成一个坚固的支护结构，有效抵抗围岩的变形和破坏。

对于节理发育段，由于围岩的稳定性较差，需要浇筑 C30 素砼挡墙。素砼挡墙能够增加围岩的侧向约束力，防止围岩因节理裂隙的扩张而发生坍塌。而对于稳定段，则采用工字钢 + 螺纹钢支撑架。这种支撑架结构简单，施工方便，能够在保证支护效果的前提下，减少混凝土的用量。通过实际工程应用统计，采用这种联合加固技术，相较于传统的全混凝土加固方式，能够减少混凝土用量 30% 以上，大大降低了工程成本，同时提高了施工效率。

3.2.2 锰钢板衬砌刚性防护技术

在大型矿山的溜井咽喉段，由于其所处位置的重要性和工作条件的复杂性，对加固技术的要求更高。锰钢板衬砌刚性防护技术以其卓越的抗磨损和高强度性能，成为这一关键部位的理想加固方案。

该技术采用 “钢筋混凝土 + 50 - 100mm 锰钢板” 的整体加固结构。在施工过程中，首先浇筑钢筋混凝土，钢筋混凝土能够为整个结构提供基础的承载能力和稳定性，它就像一个坚固的 “骨架”，支撑着整个加固体系。然后，将 50 - 100mm 厚的锰钢板通过螺栓与钢筋网、锚杆进行焊接固定。锰钢板的加入，大大提高了结构的抗磨损强度。

锰钢板具有硬度高、耐磨性强的特点，其抗磨损强度相较于普通混凝土提高了数倍。在主溜井下部放矿口等关键部位，矿石的流量大、流速快，对井壁的磨损极为严重。采用锰钢板衬砌刚性防护技术后，能够有效抵御矿石的长期冲刷和磨损，确保溜井的长期稳定运行。

许昌铁矿在主溜井加固中采用了这一技术，取得了显著的效果。在采用该技术之前，主溜井井壁经常出现塌落现象，严重影响了矿山的正常生产。采用 “钢筋混凝土 + 50 - 100mm 锰钢板” 整体加固后，经过多年的运行监测，主溜井井壁状况良好，彻底解决了井壁塌落问题，保障了矿山生产的顺利进行。这一成功案例充分展示了锰钢板衬砌刚性防护技术在大型矿山溜井关键部位加固中的强大优势和可靠性。

3.3 新型复合加固：柔性与刚性的协同应用

新型复合加固技术融合了柔性缓冲与刚性补强的优势，为溜井加固提供了一种更为全面、高效的解决方案。在实际应用中，“橡胶衬板 + 喷锚支护” 组合是一种典型的复合加固方案，它充分发挥了两种技术的特点，兼顾了磨损防护与围岩稳定。

在溜井的上部卸矿段，矿石的冲击作用最为强烈，因此采用橡胶衬板进行加固。橡胶衬板的弹性特性能够有效吸收矿石的冲击动能，减少对井壁的磨损，就像给井壁穿上了一层 “弹性防护服”。而在下部围岩破碎段，由于围岩的稳定性较差，采用喷锚支护 + 混凝土加固技术。喷锚支护能够增强围岩的自身强度，将破碎的围岩连接成一个整体，提高围岩的稳定性；混凝土则进一步填充围岩的空隙，增加支护结构的密实度和承载能力。

这种复合加固方案已在锡矿山深部溜井进行了试点应用，并取得了良好的效果。通过对比监测发现，采用复合加固方案的溜井，其磨损程度和围岩变形量均明显小于采用单一加固方式的溜井。在磨损防护方面，橡胶衬板的应用使得井壁的磨损速率降低了约 50% - 70% ；在围岩稳定性方面，喷锚支护和混凝土的联合作用，有效控制了围岩的变形，确保了溜井的整体稳定性。这一试点应用的成功，为新型复合加固技术在矿山溜井加固中的广泛推广提供了有力的实践依据，展示了其在保障溜井安全运行方面的巨大潜力。

四、工程实践：三大典型案例的加固成效验证

4.1 锡矿山南矿 13 中段溜井：柔性加固的升级实践

锡矿山南矿 13 中段矿石溜井作为多阶段垂直圆形溜井，长期面临着严峻的磨损挑战。该溜井部分设计穿过长龙界页岩，岩石硬度系数仅为 f = 4 - 6 ，在长期的矿石溜放过程中，磨损情况极为严重。1986 年资料统计显示，其平均磨损率高达 8.36mm / 万 t 。经过多年运行，直径从最初的 3.6m 大幅扩大，在井口以下 32 - 48m 段，直径扩大到 7.18m；井口下 48 - 80m，磨损扩大到 7.99m，最大直径更是达到 9.01m 。从 1980 年至 2002 年，该溜井先后进行过 6 次大修理，累计修理费用高达 238 万元。

为有效解决溜井磨损问题，2007 年大修时，该矿对卸矿溜槽角度进行了优化，将其从原来的 45° 调整为 35°，使矿石进入溜井的冲击方向更加合理，减少了对井壁的直接冲击。增设了垫层坑，垫层坑深度为 5m，有效储集碎矿，形成了良好的缓冲层。在井口以下 30 - 50m 段试点采用局部橡胶衬板加固，橡胶衬板厚度为 50mm ，具有良好的弹性和耐磨性。

改造后，溜井的磨损情况得到了显著改善，直径扩径速率降至 0.5mm / 万 t 以下，相较于改造前降低了 94% 以上。通过计算可知，按照改造前的磨损速率，每年通过矿石 100 万 t，溜井直径每年将扩大 836mm；而改造后，每年直径仅扩大 50mm 。溜井的使用寿命较此前延长了 2 倍，从原本平均每 3 - 4 年需要大修一次，延长至 8 - 10 年大修一次，大大降低了维修成本和对生产的影响。基于此次成功改造，后续建议在深部盲竖井全面推广橡胶衬板加固，以进一步保障溜井的长期稳定运行。

4.2 许昌铁矿主溜井：刚性加固的方案比选与落地

许昌铁矿主溜井在运行过程中，由于受到多种不利因素的影响，出现了严重的病害。主溜井西北方向约 27m 处的 F 断层，导致井壁 - 300m 位置节理发育且渗水，弱化了岩石力学性能； - 200、 - 250m 两中段卸矿口格筛损坏后未及时修补，大量大于 600mm 的矿块直接进入溜井，对井壁冲击巨大；处理堵塞事故时爆破作业失控，对井壁损伤严重。至 2013 年 5 月，从上部矿仓下口向上垂直破坏高度达 38m，矿仓直径由 6m 扩大成下口 8m、中部 13m、上部 8m 的椭球体，断面积由圆形变为椭圆形，已破坏至 - 280m 水平，严重危及 - 327m 破碎硐室及 - 250m 水平卸矿站的安全，正常生产受到极大影响。

针对这一情况，提出了两种加固方案。方案一为全段混凝土浇筑，即在整个破坏段设置钢筋架并架设模板，然后浇筑 C30 混凝土，混凝土用量为 560m³ ，施工工期预计 60 天。方案二为喷锚 + 工字钢支撑架 + 局部混凝土，先对破坏段进行喷锚支护，喷射 C25 混凝土厚度为 100mm ，然后每隔 1.5m 架设 12# 工字钢支撑架，在节理发育段和关键部位浇筑 C30 混凝土，混凝土用量为 224m³ ，施工工期预计 36 天。

对比两种方案，方案二减少混凝土用量 336m³ ，相较于方案一减少了 60% ，大大降低了材料成本。工期缩短了 24 天，缩短比例达 40% ，减少了对生产的影响时间。方案二在结构稳定性上更具优势，喷锚支护和工字钢支撑架能够有效增强围岩的自身强度和整体性，提高了溜井的承载能力。

该方案投用后，彻底消除了破碎硐室的安全隐患，保障了矿山 200 万 t/a 产能的稳定释放。经过多年运行监测，主溜井井壁稳定，未再出现塌落等病害，为矿山的持续高效生产提供了坚实保障。

4.3 金诚信专利技术：垮塌溜井的高效修复实践

金诚信研发的 “一种用于金属矿山矿石溜井的修复加固方法”，为垮塌溜井的修复提供了一种高效、经济的解决方案。该技术采用 “矿石填充 + 吊盘配合 + 分段加固” 工艺，具有独特的技术优势。

在某矿山溜井修复工程中，该溜井出现了大面积垮塌，垮塌段高度达 25m ，严重影响了矿山的正常生产。采用金诚信专利技术进行修复，首先用矿石填充主溜井至距离卸矿口 6m 处，填充矿石量为 350m³ 。然后将吊盘吊入主溜井内，保持吊盘底部与矿石接触，随着井底放矿，吊盘同步下移。在工作台上，对垮塌区域进行喷锚支护，喷射 C25 混凝土厚度为 120mm ，并按照设计间距打入锚杆，锚杆长度为 2.5m ，直径为 22mm 。接着，架设 14# 工字钢支撑架，对喷锚支护完成的垮台区域进行进一步加固。

重复上述放矿、支护步骤，直至垮塌区域全部修复加固完成。该方法无需废弃原有溜井，极大地节约了工程成本。与传统的全混凝土浇筑修复方法相比，施工成本降低了 35% ，从原本预计的 120 万元降低至 78 万元。工期缩短了 50% ，从原本预计的 40 天缩短至 20 天，快速恢复了溜井的正常使用，减少了对矿山生产的影响。该技术尤其适用于大跨度垮塌溜井的修复，为类似矿山溜井灾害治理提供了可靠的技术范例。

五、量化计算：溜井加固的核心技术支撑

5.1 溜井磨损率计算与寿命预估

溜井磨损率的精确计算是评估溜井运行状况和预估其使用寿命的关键依据。通过对现场实测数据的深入分析，我们可以采用以下公式来计算溜井磨损率：

其中，  为溜井磨损率（单位：mm / 万 t），  为溜井直径变化量（单位：m），  为处理矿量（单位：万 t）。

以锡矿山南矿 13 中段矿石溜井为例，该溜井初始设计直径为  ，经多年磨损后，平均直径扩大到  ，则  。已知该溜井累计处理矿量  ，通过公式计算可得  （此处计算时需注意单位换算，将  换算为  ）。

基于此磨损率，我们可以进一步预估溜井在既定产能下的服役寿命。假设该矿山每年的矿石处理量稳定在  ，根据公式  （其中  为剩余使用寿命，  为溜井允许的最大直径，  为当前直径，  为年处理矿量）。若设定溜井允许的最大直径为  ，当前直径为  ，则剩余使用寿命  。

通过这样的量化计算，我们能够清晰地了解溜井的磨损趋势和剩余使用寿命，从而合理安排溜井的加固时机和维护计划，避免因溜井突然损坏而导致的生产中断，有效保障矿山生产的连续性和稳定性。

5.2 围岩稳定性数值计算（FLAC3D 应用）

在溜井加固治理中，准确评估围岩稳定性是至关重要的环节。FLAC3D 软件以其强大的数值模拟能力，成为分析溜井围岩力学状态和稳定性的有力工具。通过建立溜井三维模型，并输入精确的围岩力学参数，我们能够深入研究溜井在不同工况下的稳定性变化。

在建立模型时，需要详细考虑溜井的几何形状、尺寸，以及周围岩体的分布情况。对于围岩力学参数的输入，要确保其准确性。以某矿山为例，该矿山溜井穿越的页岩，其抗压强度为  ，内摩擦角为  ，弹性模量为  ，泊松比为  。将这些参数准确输入到 FLAC3D 模型中，能够更真实地模拟围岩的力学行为。

在模拟未支护溜井时，通过计算分析发现，在矿石的冲击和地压作用下，溜井周围岩体的应力分布呈现明显的不均匀性。在井口附近和矿石冲击点处，应力集中现象较为严重，最大主应力达到  ，超过了页岩的抗压强度，导致塑性破坏区范围逐渐扩大，深度达到  。这表明未支护溜井的围岩稳定性较差，存在较大的安全隐患。

而在模拟喷锚支护后的溜井时，结果显示，锚杆和喷射混凝土的联合作用有效地改善了围岩的应力状态。锚杆通过提供锚固力，将不稳定的围岩与深部稳定岩体连接在一起，形成一个整体，分担了围岩的应力。喷射混凝土则填充了围岩的裂隙，提高了围岩的整体性和抗风化能力。在喷锚支护的作用下，最大主应力降低到  ，塑性破坏区范围明显缩小，深度减小至  。

程潮铁矿在进行溜井加固工程时，就充分运用了 FLAC3D 软件进行数值计算。通过模拟不同加固方案下溜井围岩的稳定性，对比分析得出最优的加固方案。在实际应用该方案后，经过长期的现场监测，溜井围岩稳定性良好，未出现明显的变形和破坏现象，充分验证了数值计算的准确性和加固方案的合理性。这也进一步表明，FLAC3D 软件在溜井加固治理中具有重要的应用价值，能够为工程设计和决策提供科学依据，有效提高溜井的稳定性和安全性。

5.3 加固结构力学验算

对于锚杆支护结构，其锚固力的验算至关重要。锚固力的计算公式为：

其中，  为锚杆锚固力（单位：kN），  为安全系数，一般取值为  ，具体数值需根据工程实际情况确定；  为围岩荷载（单位：kN）。围岩荷载  的计算较为复杂，需要考虑围岩的自重、地应力、矿石冲击荷载等多种因素。以某矿山为例，经过详细的计算和分析，确定该矿山溜井围岩荷载  为  ，安全系数  取  ，则根据公式计算可得锚杆锚固力  。在实际工程中，所选用的锚杆锚固力必须大于计算所得的锚固力，以确保支护结构的安全性。

对于锰钢板衬板加固结构，抗弯强度的验算是保证其正常工作的关键。锰钢板衬板在承受矿石冲击和围岩压力时，会产生弯曲变形，因此需要对其抗弯强度进行验算。抗弯强度的计算公式为：

其中，  为锰钢板所受的弯曲应力（单位：MPa），  为弯矩（单位：N・m），  为截面模量（单位：  ），  为锰钢板的许用应力（单位：MPa）。弯矩  的计算需要考虑矿石的冲击荷载、作用点位置以及衬板的支撑条件等因素。以某锰钢板衬板为例，其厚度为  ，宽度为  ，在承受矿石冲击时，计算得到弯矩  为  ，截面模量  （此处根据矩形截面模量公式计算），该锰钢板的许用应力  为  。将数值代入公式可得  ，由于  ，说明该锰钢板衬板的抗弯强度不满足要求，需要调整锰钢板的厚度或更换强度更高的材料。

通过对加固结构进行严谨的力学验算，能够及时发现加固方案中存在的问题，优化加固设计，确保加固结构在溜井复杂的工作环境下能够稳定可靠地运行，为溜井的安全使用提供坚实的保障。