矿柱

矿柱作为一种建筑工具广泛使用，主要靠围岩本身的稳固性和矿柱的支撑能力维护回采过程中形成的采空区，有的方法用其他支架或采下矿石作辅助或临时支护。

矿柱是指在采矿工作中，为了保护人员安全和巷道的完整，留下一定数量的矿体叫矿柱。矿柱分永久矿柱和临时矿柱两种。矿柱按其所在位置及用途不同可分为：①房间矿壁柱：是两个矿房之间，即天井两侧所留下的矿柱叫房间矿柱。②顶柱：是从上部中段的巷道底板以下到采矿场的采掘线为止，这一段所留下的矿柱叫顶柱。③底柱：是从运输平巷以上到采矿场的柱底层为止，这一段所留下的矿柱叫底柱。④场内矿柱：采矿场内保留的规则和不规则的永久或临时矿柱。正方形矿柱和长方形矿柱有一些倾斜平缓的矿床，其矿脉或矿层不厚（一次开采即可采完），而水平方向较宽，如不布置坚固的矿柱则顶板不能自行支撑；此种矿床常常采用正方形和长方形矿柱。应用此类矿柱的典型矿床有：煤矿和钾碱矿，铀矿，铜矿，铁石矿等等。开采一般分两阶段进行，首先按前进式顺序开采矿房，然后再按后退式顺序部分或全部开采矿柱。后退开采时可以充填，也可以任顶板崩塌。在金属矿山中，矿柱往往完整地保留下来以保持地层的稳定性。下图所示为白松铜矿内的一个典型房柱法布置图，所用矿柱为正方形及长方形。矿柱和矿房的尺寸随着深度而变化，也要适应局部的地质条件。在某些区域，矿房宽10米，规则排列的矿柱为6×6米，在另一些区域中矿房宽度减少到9米，而矿柱尺寸则增加到20米。矿柱的平均应力要根据上覆载荷以及岩石的平均抗压强度计算而得出的矿柱强度来估计。安全系数定为4～6比较恰当。在计算顶板的安全跨度时，假设顶板岩层是一个自重载荷梁，其厚度或者等于锚杆的长度，或者等于直接顶板层的厚度。计算得出的应力要与实际测得的强度相比较，再加上一个任选的安全系数。

正方形和长方形矿柱布置图

长矿柱缓倾斜的矿床也可用房柱法的一种变型来开采，此种方法在加拿大叫做矿房长矿柱采矿法，在澳大利亚叫做房柱分条采矿法。埃利奥特湖矿的开采型式是一个典型的例子。铀[yóu]赋存于平均倾角为20°的层状矿床中，矿层厚2~6米，从接近地表开始一直延深到1050米深。下图所示为里奥阿尔戈姆公司所属古里克矿的典型开采型式。阶段高度为45米，运输平巷是在矿床下方沿走向掘进的。矿层中的底柱平巷位于运输乎巷上方。采准工作是这样进行的：从底柱平巷掘进两个天井到上一阶段的底柱平巷，两个天劳由一个细长的中心矿柱隔开。回采工作就是以3米宽为一条并逐步加宽的天井，直到矿房宽度达到20米。矿房之间留一个3米宽的间柱。回采比约为85%。如果矿层厚度超过3米，则最上面的2米作为一个分层回采，而其余的部分用梯段回采。碎矿耙到溜井中，溜井与底柱乎巷下面10米处的运输平巷连通。如果矿床太厚，不能一次回采全厚，则矿房长矿柱采矿法与房柱采矿法一样，要用垂直或水平浅眼进行梯段式回采。例如，在埃利奥特湖的丹尼森矿上，就是用液压凿岩机凿下向浅眼进行梯段回采的。矿房长矿柱采矿法对顶板跨度和矿柱尺寸的设计，同房柱法设计时相似。设计过弱的矿柱可能发生岩爆而突然破坏，也可能沿柱边产生进行性的片落而逐渐破坏。破坏的模式与矿柱及其周围岩石的刚性有关。较细的矿柱一般较软，倾向于逐渐破坏。

长矿柱采矿法的开采型式

应用空场采矿法时，矿房回采以后，还残留大量矿柱。对于缓倾斜和倾斜矿体，矿柱矿量占15%~25%；对于急倾斜厚矿体，矿柱矿量达40%~60%。我国有色金属矿山充填采矿法采出的矿石量约占采出总量的19%，而矿柱又占充填采矿法的30%~60%，为充分回采地下资源，应及时回采矿柱。对于空场条件下矿柱回采的方法，主要决定于已采矿房的存在状态。当采完矿房后进行充填时，广泛采用分段崩落法或充填法回采矿柱。采完的矿房为敝空时，一般采用空场法或崩落法回采矿柱。空场法用于水平和缓倾斜薄到中厚矿体，规模不大的倾斜和急倾斜盲矿体。用房柱法开采缓倾斜薄和中厚矿体时，根据具体条件决定回采矿柱。对于连续性矿柱，可局部回采成间断矿柱；对于间断矿柱可进行缩采成小断面矿柱或部分选择性回采成间距大的间断矿柱以及采用后退式矿柱回采顺序，运完崩落矿石后，再进行处理采空区。崩落法用于倾斜和急倾斜规模较大的连续矿体，在回采矿柱的同时崩落围岩。采用矿房充填后的矿柱回采的方法，除了考虑矿岩的地质条件外，主要是根据矿房充填状况及围岩或地表是否允许崩落而定。胶结充填矿房的间柱回采，其回采方法有：上向水平分层充填法、下向分层充填法、留矿法和房柱法。松散充填（水砂充填或干式充填）矿房间柱的回采，如用充填法，须在其两侧留1~2m矿石，以防矿房中的松散充填物料流入间柱工作面。如地表允许崩落，矿石价值又不高，可用分段崩落法回采间柱。顶底柱可用上向水平分层充填法或无底柱分段崩落法回采。

保护地面建筑物及井筒的矿柱地面建筑物可分为3级：第1级保护级别的有立井井筒；井架、提升设备、跨度大于20m的桥梁的桥台、大河的河床、水库、有泄水设备的堤堰、110kV以上的高压输电线路、洗煤厂、选矿厂、5层以上的公用或民宅房；属于第Ⅱ级保护级别的有：辅助通风机、斜井井筒、铁路干线路基、跨度小于20m的桥梁的桥台、地方性的地下煤气通道、地区主要管道、矿属工厂、3～4层砖房、医院、学校；属于Ⅲ级保护级别的有：最主要水道建设、天然水池、人工水池、河床、有水的山谷、斜井通风井、地方铁路、架空索道的支架、矿用机车库、矿山中型机械厂及1～2层房屋。计算安全矿柱尺寸时，为避免测量及参数误差，计算受保护面积时，应在受保护对象的外侧加一围护带，对Ⅰ级保护级别的地面建筑物及主要井筒，围护带的宽度为15m；Ⅱ级保护级别的建筑物，围护带的宽度为10m；Ⅲ级保护级别的建筑物，围护带的宽度为5m。为保护主要倾斜巷道，对开有主要倾斜井巷的矿层，到下部各层间垂直安全距离均小于安全深度时，其下部各层均需留设安全矿柱。立井的井筒深度及工业广场下的煤层赋存深度应小于安全深度。不论煤层倾角大小，立井井筒和工业场地上的建筑物都须留设一个总的安全矿柱。如煤层赋存深度大于采掘安全深度时，不分煤层倾斜角，均应留设井筒安全矿柱，而对工业广场上井筒附近的建筑物，按其使用意义在安全深度水平以下可不留设安全矿柱。在地形比较简单、无滑坡和陡壁的地区，当缓倾斜和倾斜的薄及中厚煤层，单层采深与采厚的比值应大于40，厚煤层分层采深与采厚的比值应大于60。对工业企业铁路线路可不留设矿柱，但应采用长壁陷落法进行开采。当薄及中厚煤层单层采深与采厚的比值大于60，厚煤层分层采深与采厚的比值大于80时，对网路m级的铁路线可不留设矿柱，亦应采用长壁陷落法进行开采。地面建筑物下、铁路或水体下开采的安全规程矿井在建筑物下、铁路或水体下开采时，必须建立观测站，及时观测地表的移动与变形，查明冒落带和导水裂隙带的高度以及水文地质变化等情况，取得实际资料，作为矿区“三下”开采的依据。在建筑物下、铁路下、水体下“三下”开采时，必须经过试采，并按照建筑物、铁路、水体的重要程度及可能受到的影。向，编制专门的开采设计。一般建筑物下的开采设计，必须报矿务局总工程师批准，省矿山主管部门备案。重要建筑物下、铁路下及水体下的开采设计，必须报省矿山主管部门批准，国务院行业主管部门备案。试采前必须完成建筑、铁路或水体工程的技术情况调查及加固工作。对此还必须及时观测，发现建筑物、铁路或水体受到开采的影响都必须及时报告、维修，确保安全。试采结束后，必须提出试采报告，报原批准部门审查。井下边界（境界）留设的矿柱矿山开采所留设的井下境界和巷道矿柱，其月的是防水、防火、防漏风和防止瓦斯泄出，这关系到作业场所的安全，也与邻矿的安全有密切关系。境界矿柱，指井田勘探境界和可采境界，这两种境界可不留设矿柱；相邻矿井间的境界、分界处，必须留设隔离矿柱，参考尺寸为两井田之间各留20m；如果两井田是以不含承压水的断层作为境界时，断层两侧也必须留有30m隔离矿柱。对于新建矿井和被淹矿井间的隔离矿柱的尺寸，可依防水要求计算确定。对于火成岩体边界线的矿柱，可依变质情况确定。对于丘陵山地、覆盖层不含水的露头线的矿柱，其垂深不大于20m。对于露天与井下边界，若露天寿命小于矿井寿命，与露天坑底的隔离矿柱按井下开采冒落带高度确定；若露天寿命大于矿井寿命，其隔离矿柱可留10m以下。主要巷道和采区矿柱煤矿的主要巷道和采区都要留设安全煤柱。对于煤层大巷，其上下两侧各留20～50m煤柱；两条煤层大巷之间，留设30～80m宽的煤柱；沿煤层开掘的回风大巷两侧各留20～30m的煤柱；开掘在煤层中的两条回风大巷之间，应留有20～40m宽的煤柱。采区煤柱。对于薄及中厚煤层，两采区之间应留有10m宽的煤柱；采区上（下）山的一侧应留20m宽的煤柱；采区上（下）山两条巷道之间，应留20～25m宽的隔离煤柱；对于分阶段巷道之间，应留有8～15m的煤柱。对于厚煤层，两来区之间应留有10m宽的边界煤柱；采区上（下）山巷道的一侧应留有30～40m宽的煤柱；采区上（下）山巷道之间应留有20～25m宽的煤柱。急倾斜厚煤层的上、下小阶段之间，应留有3～5m宽的煤柱。