礦柱

礦柱作為一種建筑工具廣泛使用，主要靠圍巖本身的穩固性和礦柱的支撐能力維護回采過程中形成的采空區，有的方法用其他支架或采下礦石作輔助或臨時支護。

礦柱是指在采礦工作中，為了保護人員安全和巷道的完整，留下一定數量的礦體叫礦柱。礦柱分永久礦柱和臨時礦柱兩種。礦柱按其所在位置及用途不同可分為：①房間礦壁柱：是兩個礦房之間，即天井兩側所留下的礦柱叫房間礦柱。②頂柱：是從上部中段的巷道底板以下到采礦場的采掘線為止，這一段所留下的礦柱叫頂柱。③底柱：是從運輸平巷以上到采礦場的柱底層為止，這一段所留下的礦柱叫底柱。④場內礦柱：采礦場內保留的規則和不規則的永久或臨時礦柱。正方形礦柱和長方形礦柱有一些傾斜平緩的礦床，其礦脈或礦層不厚（一次開采即可采完），而水平方向較寬，如不布置堅固的礦柱則頂板不能自行支撐；此種礦床常常采用正方形和長方形礦柱。應用此類礦柱的典型礦床有：煤礦和鉀堿礦，鈾礦，銅礦，鐵石礦等等。開采一般分兩階段進行，首先按前進式順序開采礦房，然后再按后退式順序部分或全部開采礦柱。后退開采時可以充填，也可以任頂板崩塌。在金屬礦山中，礦柱往往完整地保留下來以保持地層的穩定性。下圖所示為白松銅礦內的一個典型房柱法布置圖，所用礦柱為正方形及長方形。礦柱和礦房的尺寸隨著深度而變化，也要適應局部的地質條件。在某些區域，礦房寬10米，規則排列的礦柱為6×6米，在另一些區域中礦房寬度減少到9米，而礦柱尺寸則增加到20米。礦柱的平均應力要根據上覆載荷以及巖石的平均抗壓強度計算而得出的礦柱強度來估計。安全系數定為4～6比較恰當。在計算頂板的安全跨度時，假設頂板巖層是一個自重載荷梁，其厚度或者等于錨桿的長度，或者等于直接頂板層的厚度。計算得出的應力要與實際測得的強度相比較，再加上一個任選的安全系數。

正方形和長方形礦柱布置圖

長礦柱緩傾斜的礦床也可用房柱法的一種變型來開采，此種方法在加拿大叫做礦房長礦柱采礦法，在澳大利亞叫做房柱分條采礦法。埃利奧特湖礦的開采型式是一個典型的例子。鈾[yóu]賦存于平均傾角為20°的層狀礦床中，礦層厚2~6米，從接近地表開始一直延深到1050米深。下圖所示為里奧阿爾戈姆公司所屬古里克礦的典型開采型式。階段高度為45米，運輸平巷是在礦床下方沿走向掘進的。礦層中的底柱平巷位于運輸乎巷上方。采準工作是這樣進行的：從底柱平巷掘進兩個天井到上一階段的底柱平巷，兩個天勞由一個細長的中心礦柱隔開。回采工作就是以3米寬為一條并逐步加寬的天井，直到礦房寬度達到20米。礦房之間留一個3米寬的間柱。回采比約為85%。如果礦層厚度超過3米，則最上面的2米作為一個分層回采，而其余的部分用梯段回采。碎礦耙到溜井中，溜井與底柱乎巷下面10米處的運輸平巷連通。如果礦床太厚，不能一次回采全厚，則礦房長礦柱采礦法與房柱采礦法一樣，要用垂直或水平淺眼進行梯段式回采。例如，在埃利奧特湖的丹尼森礦上，就是用液壓鑿巖機鑿下向淺眼進行梯段回采的。礦房長礦柱采礦法對頂板跨度和礦柱尺寸的設計，同房柱法設計時相似。設計過弱的礦柱可能發生巖爆而突然破壞，也可能沿柱邊產生進行性的片落而逐漸破壞。破壞的模式與礦柱及其周圍巖石的剛性有關。較細的礦柱一般較軟，傾向于逐漸破壞。

長礦柱采礦法的開采型式

應用空場采礦法時，礦房回采以后，還殘留大量礦柱。對于緩傾斜和傾斜礦體，礦柱礦量占15%~25%；對于急傾斜厚礦體，礦柱礦量達40%~60%。我國有色金屬礦山充填采礦法采出的礦石量約占采出總量的19%，而礦柱又占充填采礦法的30%~60%，為充分回采地下資源，應及時回采礦柱。對于空場條件下礦柱回采的方法，主要決定于已采礦房的存在狀態。當采完礦房后進行充填時，廣泛采用分段崩落法或充填法回采礦柱。采完的礦房為敝空時，一般采用空場法或崩落法回采礦柱。空場法用于水平和緩傾斜薄到中厚礦體，規模不大的傾斜和急傾斜盲礦體。用房柱法開采緩傾斜薄和中厚礦體時，根據具體條件決定回采礦柱。對于連續性礦柱，可局部回采成間斷礦柱；對于間斷礦柱可進行縮采成小斷面礦柱或部分選擇性回采成間距大的間斷礦柱以及采用后退式礦柱回采順序，運完崩落礦石后，再進行處理采空區。崩落法用于傾斜和急傾斜規模較大的連續礦體，在回采礦柱的同時崩落圍巖。采用礦房充填后的礦柱回采的方法，除了考慮礦巖的地質條件外，主要是根據礦房充填狀況及圍巖或地表是否允許崩落而定。膠結充填礦房的間柱回采，其回采方法有：上向水平分層充填法、下向分層充填法、留礦法和房柱法。松散充填（水砂充填或干式充填）礦房間柱的回采，如用充填法，須在其兩側留1~2m礦石，以防礦房中的松散充填物料流入間柱工作面。如地表允許崩落，礦石價值又不高，可用分段崩落法回采間柱。頂底柱可用上向水平分層充填法或無底柱分段崩落法回采。

保護地面建筑物及井筒的礦柱地面建筑物可分為3級：第1級保護級別的有立井井筒；井架、提升設備、跨度大于20m的橋梁的橋臺、大河的河床、水庫、有泄水設備的堤堰、110kV以上的高壓輸電線路、洗煤廠、選礦廠、5層以上的公用或民宅房；屬于第Ⅱ級保護級別的有：輔助通風機、斜井井筒、鐵路干線路基、跨度小于20m的橋梁的橋臺、地方性的地下煤氣通道、地區主要管道、礦屬工廠、3～4層磚房、醫院、學校；屬于Ⅲ級保護級別的有：最主要水道建設、天然水池、人工水池、河床、有水的山谷、斜井通風井、地方鐵路、架空索道的支架、礦用機車庫、礦山中型機械廠及1～2層房屋。計算安全礦柱尺寸時，為避免測量及參數誤差，計算受保護面積時，應在受保護對象的外側加一圍護帶，對Ⅰ級保護級別的地面建筑物及主要井筒，圍護帶的寬度為15m；Ⅱ級保護級別的建筑物，圍護帶的寬度為10m；Ⅲ級保護級別的建筑物，圍護帶的寬度為5m。為保護主要傾斜巷道，對開有主要傾斜井巷的礦層，到下部各層間垂直安全距離均小于安全深度時，其下部各層均需留設安全礦柱。立井的井筒深度及工業廣場下的煤層賦存深度應小于安全深度。不論煤層傾角大小，立井井筒和工業場地上的建筑物都須留設一個總的安全礦柱。如煤層賦存深度大于采掘安全深度時，不分煤層傾斜角，均應留設井筒安全礦柱，而對工業廣場上井筒附近的建筑物，按其使用意義在安全深度水平以下可不留設安全礦柱。在地形比較簡單、無滑坡和陡壁的地區，當緩傾斜和傾斜的薄及中厚煤層，單層采深與采厚的比值應大于40，厚煤層分層采深與采厚的比值應大于60。對工業企業鐵路線路可不留設礦柱，但應采用長壁陷落法進行開采。當薄及中厚煤層單層采深與采厚的比值大于60，厚煤層分層采深與采厚的比值大于80時，對網路m級的鐵路線可不留設礦柱，亦應采用長壁陷落法進行開采。地面建筑物下、鐵路或水體下開采的安全規程礦井在建筑物下、鐵路或水體下開采時，必須建立觀測站，及時觀測地表的移動與變形，查明冒落帶和導水裂隙帶的高度以及水文地質變化等情況，取得實際資料，作為礦區“三下”開采的依據。在建筑物下、鐵路下、水體下“三下”開采時，必須經過試采，并按照建筑物、鐵路、水體的重要程度及可能受到的影。向，編制專門的開采設計。一般建筑物下的開采設計，必須報礦務局總工程師批準，省礦山主管部門備案。重要建筑物下、鐵路下及水體下的開采設計，必須報省礦山主管部門批準，國務院行業主管部門備案。試采前必須完成建筑、鐵路或水體工程的技術情況調查及加固工作。對此還必須及時觀測，發現建筑物、鐵路或水體受到開采的影響都必須及時報告、維修，確保安全。試采結束后，必須提出試采報告，報原批準部門審查。井下邊界（境界）留設的礦柱礦山開采所留設的井下境界和巷道礦柱，其月的是防水、防火、防漏風和防止瓦斯泄出，這關系到作業場所的安全，也與鄰礦的安全有密切關系。境界礦柱，指井田勘探境界和可采境界，這兩種境界可不留設礦柱；相鄰礦井間的境界、分界處，必須留設隔離礦柱，參考尺寸為兩井田之間各留20m；如果兩井田是以不含承壓水的斷層作為境界時，斷層兩側也必須留有30m隔離礦柱。對于新建礦井和被淹礦井間的隔離礦柱的尺寸，可依防水要求計算確定。對于火成巖體邊界線的礦柱，可依變質情況確定。對于丘陵山地、覆蓋層不含水的露頭線的礦柱，其垂深不大于20m。對于露天與井下邊界，若露天壽命小于礦井壽命，與露天坑底的隔離礦柱按井下開采冒落帶高度確定；若露天壽命大于礦井壽命，其隔離礦柱可留10m以下。主要巷道和采區礦柱煤礦的主要巷道和采區都要留設安全煤柱。對于煤層大巷，其上下兩側各留20～50m煤柱；兩條煤層大巷之間，留設30～80m寬的煤柱；沿煤層開掘的回風大巷兩側各留20～30m的煤柱；開掘在煤層中的兩條回風大巷之間，應留有20～40m寬的煤柱。采區煤柱。對于薄及中厚煤層，兩采區之間應留有10m寬的煤柱；采區上（下）山的一側應留20m寬的煤柱；采區上（下）山兩條巷道之間，應留20～25m寬的隔離煤柱；對于分階段巷道之間，應留有8～15m的煤柱。對于厚煤層，兩來區之間應留有10m寬的邊界煤柱；采區上（下）山巷道的一側應留有30～40m寬的煤柱；采區上（下）山巷道之間應留有20～25m寬的煤柱。急傾斜厚煤層的上、下小階段之間，應留有3～5m寬的煤柱。