礦柱尺寸計算

Bunting公式。在美國，為了計算礦柱強(qiáng)度、設(shè)計礦柱尺寸，早在1907 年Danieis 和Moore對煤巖試塊進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)試塊的尺寸越大其強(qiáng)度越?。辉噳K寬度不變的情況下，高度越大其強(qiáng)度也越小。1911年Bunting將這兩種現(xiàn)象分別稱為“尺寸效應(yīng)”和“形狀效應(yīng)” 。

1970年，格羅布拉爾把礦柱核區(qū)強(qiáng)度與實(shí)際應(yīng)力聯(lián)系在一起，從而確定核區(qū)內(nèi)不同位置的強(qiáng)度。該方法比較重視礦柱尺寸和形狀，并認(rèn)為礦柱核區(qū)各處強(qiáng)度不相等，核區(qū)平均應(yīng)力即使高于極限值，由于破裂顆粒之間的內(nèi)摩擦，也不會導(dǎo)致礦柱徹底破壞，但可能導(dǎo)致核區(qū)與頂、底板的連接性能降低，也可能引起礦柱突出或頂、底板在礦柱邊緣附近出現(xiàn)超限移動 。

礦柱尺寸計算(calculation of pillar size)是指按礦柱的平均應(yīng)力是否超過礦柱的許用抗壓獲強(qiáng)度來確定礦柱尺寸的計算方法。用空場采礦法開采緩傾斜礦體時用礦柱支撐上覆巖層；用空場采礦法開采傾斜或急傾斜礦體時，用間柱作為支撐上下盤巖體的主要構(gòu)件 。

礦柱的抗壓強(qiáng)度一般不是直接測出，而是通過對不同尺寸的小型巖體試塊進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)后推算出來的。推算時要考慮的因素和推算方法是：礦柱尺寸可按試塊尺寸與強(qiáng)度的關(guān)系曲線將礦柱當(dāng)作大試塊推算出礦柱的抗壓強(qiáng)度。礦柱支撐上覆巖層的時間長時，堅固巖石強(qiáng)度降低為80-70%。中等堅固以下巖石則降低為60%-40%。礦柱中的結(jié)構(gòu)面可根據(jù)無結(jié)構(gòu)面的巖體試塊和結(jié)構(gòu)面的表示剪應(yīng)力與壓應(yīng)力關(guān)系的強(qiáng)度曲線推算有結(jié)構(gòu)面巖體的強(qiáng)度。

采用巖體工程有限元法等數(shù)值模擬計算方法，可以更精確地確定礦柱尺寸 。

壓力拱理論最早由北英格蘭開采支護(hù)委員會在1930年到1954年之間提出。用該理論設(shè)計礦柱時，根據(jù)上覆巖層的厚度來確定礦柱尺寸。

由于空區(qū)上方壓力拱的形成，上覆巖層負(fù)荷只有少部分(開采層面與拱周邊之間包含的巖層重量)作用到直接頂板上，其它覆巖重量會向采區(qū)兩側(cè)實(shí)體巖體(拱腳)轉(zhuǎn)移。認(rèn)為最大壓力拱形狀是橢圓形，其高度在采面上、下方分別是采面寬度的2倍 。2100433B

在理想的狀態(tài)下，間柱、頂?shù)字幕夭墒┕?yīng)與礦房回采同步，以保證在礦房回采結(jié)束后，及時回收礦柱。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于關(guān)系到生產(chǎn)的接續(xù)、生產(chǎn)安全及人員短缺等問題，往往是礦柱回收滯后于礦房的回采。由于礦柱回采的滯后，當(dāng)?shù)V房內(nèi)的礦石出空后，礦柱就成為安全隱患，這時如果不及時進(jìn)行頂?shù)字伴g柱回采施工，極易出現(xiàn)安全事故。在爆破順序上，如果間柱的爆破遲于頂?shù)字?，必然?dǎo)致巖石混入率加大，影響回收質(zhì)量和回采率，因此間柱、頂?shù)字谋剖┕ひ瑫r進(jìn)行。

為保證絕對安全，對于淺孔留礦法頂?shù)字幕厥帐┕?yīng)該與淺孔采礦同步，否則在礦房采礦結(jié)束后對頂?shù)字M(jìn)行回采施工，使人員在采空區(qū)上部作業(yè)，存在極大的安全隱患。因此，在進(jìn)行人行天井施工的同時，須進(jìn)行間柱回采施工；在礦塊進(jìn)行切割與淺孔采礦的同時，進(jìn)行頂?shù)字幕夭墒┕?。這樣，在淺采結(jié)束后，就可以對間柱與頂?shù)字瑫r進(jìn)行爆破落礦，從而避免了人員在空區(qū)上部作業(yè)，保證施工安全。同時，這種回采順序不僅能有效地保證出礦產(chǎn)量，更保證了礦石質(zhì)量。

國外金屬礦山應(yīng)用房柱法回采比較多。原蘇聯(lián)的馬格涅季特鐵礦礦山工業(yè)場和高山機(jī)械廠在地下有6000多萬噸的保安礦柱儲量，回采使用的采礦方法是房柱法嗣后膠結(jié)充填，這樣既能夠保證工業(yè)場地穩(wěn)定，同時也能成功回采保安礦柱；前蘇聯(lián)茲良洛夫礦在殘留礦柱的二次回采上使用的是振動出礦技術(shù)，房間礦柱和頂柱向采空的礦房崩落，同時振動放礦機(jī)出礦，這會有益于對殘留礦柱的回采；美國馬格蒙特礦為了對礦柱中的高品位礦石成功回采，采取了錯索支撐保護(hù)大約27m的礦房跨度；墨西哥的格雷羅礦則同時回采礦柱和進(jìn)行采空區(qū)充填作業(yè)，最終成功回收得到高品位礦石；加拿大湯普森礦也取得一定的成果，垂直礦塊采礦法（VBM）被使用，進(jìn)行對房間礦柱大量崩礦回收，并且采用圓木假頂護(hù)頂；羅德礦，地處加拿大，采用圓木假頂護(hù)頂，在高應(yīng)力錯索支撐的護(hù)頂?shù)谋Ｗo(hù)之下，回收礦柱頂柱，創(chuàng)造了一個非常安全的作業(yè)環(huán)境。

日本在礦往回采的安全管理研究上同樣作了許多工作，分析回采礦柱及圍巖的相關(guān)有限元分析結(jié)果，在礦柱回采中，對殘留礦柱及空區(qū)圍巖兩者周圍的壓力及變形進(jìn)行多次監(jiān)測，使用的主要監(jiān)測裝置有：位移計、壓力盒及聲發(fā)射裝置，實(shí)時監(jiān)測，再根據(jù)得到的數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，放入礦山生產(chǎn)指導(dǎo)工作中；俄羅斯研究者在西賓斯克憐礦高水平構(gòu)造應(yīng)力礦區(qū)關(guān)于有沖擊地壓危險的礦塊礦柱回采方面也收獲了一定的寶貴成果，比如如何合理正確的選擇礦塊及礦柱的分布位置、推進(jìn)方向、進(jìn)行局部卸載、設(shè)置合理的卸壓區(qū)及加強(qiáng)必要的支護(hù)等。圖1是國外一些礦山充填礦房及其礦柱回采概括。

我國有許多擁有多年開采歷史的礦山，不同種類礦床采用了不同回采礦柱方法，提供了有價值的經(jīng)驗(yàn)參考。開采緩傾斜及傾斜中厚礦體方面，貴州隸礦、荊襄劉沖磯礦、新冶銅礦等采用人工巖柱支撐法，回采礦房內(nèi)礦柱，并用中深孔或淺眼來抽采局部礦柱等方式來回采全面法、房柱法的礦塊礦柱，從而極大地增加了礦床回采率。其中貴州萬山礦區(qū)效果顯著，隸礦回采率高達(dá)95%。厚礦體開采中，獅子山銅礦、銅官山銅礦、壽王墳銅礦、大吉山鶴礦、赤馬山銅礦等十幾個大中型礦山在回采礦柱上大量采用崩落法，回收得到大量礦柱，為完善礦床開采順序，實(shí)現(xiàn)采礦計劃有著重要意義，并提供了寶貴的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

上個世紀(jì)五十年代，銅官山鋼礦為了更好的提高礦柱的回采率隊及回采強(qiáng)度而采用有底柱分段崩落法回采礦塊間柱和頂?shù)字?。從走十年代開始，礦柱回采中開始應(yīng)用充填法。凡口鉛巧礦回收間柱及頂?shù)字鶗r采用尾砂礦柱；柏坊銅礦在由于具備復(fù)雜的采礦技術(shù)條件和較大巖層壓力，所W使用了膠結(jié)充填法來回采礦柱；銅山銅礦為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)露天采礦場的目的，在礦柱回收上采用膠結(jié)礦柱，在礦房回收上使用尾砂礦柱的方式。金川鎮(zhèn)礦則在下向分層膠結(jié)礦柱的應(yīng)用上取得一定的成功。圖2是國內(nèi)一些礦山用空場法回采充填礦房間柱的簡況。

可以看出，國內(nèi)普遍使用上向膠結(jié)充填法進(jìn)行礦柱的回采。

在礦田之間、露天開采與地下開采之間所留的隔離礦柱的總稱。留設(shè)境界礦柱的且的是防止相鄰區(qū)域不受采空區(qū)周圍高應(yīng)力的影響，使各區(qū)域能獨(dú)立面安全地開采白它的尺寸隨礦巖性質(zhì)，構(gòu)造發(fā)育程度，礦體賦存條件、開采深度、開拓和采礦方法，地壓控制技術(shù)、回采工藝和管理水平而變化、一般由設(shè)計者對這些因素進(jìn)行綜合分析后，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定 。