矿柱支护采矿法的岩体控制山科

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1、矿柱支护采矿法的岩体控制7/20/20217/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制目录6.1矿柱支护结构组成6.2矿柱支护能力分析6.2.1矿柱平均应力的从属面积分析法6.2.2矿柱强度分析6.3矿房—矿柱布置设计6.3.1矿房—矿柱参数计算6.3.2采矿尺寸与矿石采出量6.4矿柱支护条件下顶底板稳定性分析7/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制矿柱支护采矿法是根据矿体倾角的大小，将井田划分成矿块或盘区，在矿块或盘区内交替布置矿房和矿柱，回采矿房时，留下规则的连续或间断矿柱支撑顶板，这就是矿柱支护采矿法的基本特征。由于矿柱支护采矿法属于部分回采，能

2、够有效地控制覆岩移动，减少地表移动和变形，特别适合于在不能搬迁又不便加固维修的密集建筑物下采矿。矿柱支护采矿法主要用于开采矿石和围岩都稳固的水平和缓倾斜矿体。如果矿房顶板为中等稳固，还可以辅助采用锚杆支护，配合矿柱加强对顶板的支护效果。矿体支护法既可以用于薄矿体，也可以用来开采厚矿体和极厚矿体。7/20/20216.1矿柱支护结构组成矿柱支护采矿法的岩体控制在采矿过程中，要控制整个采矿影响区域内的岩体位移，需要维持单个采场围岩的局部稳定性和对矿井近场区域内位移进行控制。采场的局部稳定性、近场地层的控制可以作为独立的设计问题来考虑。7/20/2021矿柱

3、支护采矿法的岩体控制图6.3开采倾斜矿体的矿柱布置图6.2房柱法开采布置示意图图6.2中所示的每个矿柱都是垂直矿柱。在图6.3中，标号为A的矿块是水平的横向矿柱，而B则为水平的纵向矿柱。矿柱B也可称作采场“1”的底柱或采场“2”的顶柱。7/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制一个矿体若在二维方向上很大，则通过设置间隔矿柱把矿体划分为几个采矿区或盘区，就可以排除矿体整体垮落的可能性。图6.4向两侧延伸的矿体间隔矿柱和盘区的布置每个盘区可以看作是一个独立采矿区域。这样，任何垮落的最大范围也只限于在盘区内。7/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制6.2矿

4、柱支护能力6.2.1平均应力从属面积（6-1）图6.5矿柱稳定性的从属面积分析法7/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制=开采面积/矿体总面积。（6-2）由（6.1）、（6.2）式可得到：考虑有代表性的部分矿体，如图6.5c所示，面积采出比也可表示为：因此（6-3）（6-4）7/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制采矿平面布置（涉及到的矿柱平面尺寸a、b、矿房跨度为c）也可用类似的方式处理。满足垂直方向上的静力平衡条件：面积采出比为：（6-5）（6-6）对式（6-5）作某些简单的处理，得（6-7）式（6-7）与式（6-4）完全一样。图6-6矿柱从属

5、面积分析法的几何要素7/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制对于平面尺寸为的方形矿柱的情况，矿柱被尺寸为的矿房分开，式（6-5）可写为当然，矿柱平均轴向应力仍与面积采出比相关（式6-4）。（6-8）式（6-1）、（6-5）和式（6-8）表明，在可能的矿柱布置方式中矿柱的平均轴向应力状态可以由矿房和矿柱的尺寸及采矿前的法向正应力分量直接算出。对于任何几何规则的采矿布置来说，矿柱平均轴向应力直接由面积开采比确定。7/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制矿柱的应力水平与面积采出比的关系如图6.7所示。图6.7矿柱应力集中系数与面积采出比关系从图中可以看到

6、，当面积采出比很大时，即使面积采出比有很小的增加，也将引起矿柱中应力的极大增加。如r从0.9增加到0.91时，矿柱的应力集中系数将从10增加到11.1。很明显，矿柱中集中应力的这个特点在矿柱设计和采矿工程中具有重要意义。它解释了当采用天然矿柱支护采矿法时，常采用面积采出比小于0.75的原因。当面积采出比低于0.75时，的增加缓慢；当面积采出比高于0.75时，迅速增加。7/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制6.2.2矿柱强度分析从属面积法为矿柱需要承担的轴向平均应力确定提供了一个简单的计算方法。理论和实验均表明，矿柱的强度与其大小和几何形状有关。由于

7、岩体中分散着大量孔隙裂隙、软弱夹层和其他缺陷，矿柱大小对其强度的影响是容易理解的。形状的影响主要从三个方面加以考虑：相邻围岩的制约，它是由于对矿柱侧向膨胀的约束而在矿柱中产生的；矿柱体中应力场各分量不仅是垂直于其轴线方向的分量；矿柱的破坏方式随纵横比（即宽/高比）的改变而改变。事实上，上述第二个原因暴露了从属面积法本身的不足。7/20/2021矿柱支护采矿法的岩体控制Hardy等（1977年）指出，矿柱大小和几何形状对其强度S的影响通常可由一个经验指数关系表达，即式中（6-9）由式（6-9）可知，如果对一个矿体的单位立方体试块进行强度试验，则强度参数值

8、S=S1。事实上，这种解释是不正确的。因为式（6-9）两边的量纲不统一。正确的方法是在特定的力