保安矿柱的设计

保安矿柱的设计在特殊条件下,当不宜把主要开拓巷道布置在岩石移动范围之外时，或者对已投产的矿井，因在井筒附近发现新矿体、矿体向下延深使得井筒落入岩石移动范围之内时，为了保护井筒及其建筑物，需要设置保安矿柱。保安矿柱是在井筒周围留下一部分暂不开采的矿体，其范围为按岩石移动角β、γ、δ用作图法圈定之，其步骤如下。（1）在平面图上（图1），过井筒中心作垂直矿层走向的剖面Ⅰ-Ⅱ。在该剖面图上，从井筒两侧的受护范围边界起，自上而下按各岩层的移动角逐层画出其移动线，直到与矿层的顶、底板线相交，得A、B、C、D四点。则A-B-D-C-A即为在剖面Ⅰ-Ⅱ上的保安矿柱边界。在画岩石移动边界线时，对位于采空区下端的移动线用β角，上端的用γ角。图1作图法设计保安矿柱（2）将点A、B、C、D投影到平面图的Ⅰ-Ⅰ线上，得A′、B′、C′、D′四点。设矿层形状规则，则过这四点分别作平行走向的四条线，便得到保安矿柱顶、底板沿走向的边界线在平面图上的投影。（3）在平面图上，过井筒中心和受保护范围边界线，作平行矿层走向的阶梯形剖面Ⅱ-Ⅱ。在该剖面图上由上而下按δ角逐层画出岩石移动边界线，与矿层顶、底板线相交于M、K、G、H四点。将这些点投影到平面图的Ⅱ-Ⅱ线上，得M′、K′、G′、H′四点。因设矿层规则，保安矿柱平面投影图以Ⅰ-Ⅰ线为对称轴，故可分别求得M″、K″、G″、H″四点，连接H′K″、G′M″、G″M′、H″K′得四条直线，将其延长，便得到保安矿柱顶、底板沿倾斜方向的边界线在平面图上的投影。（4）在平面图上，分别将保安矿柱顶、底板边界的投影线延长相交，便得到保安矿柱图形的平面投影图。表1我国部分矿山岩石移动角矿山(或矿体、采区)名称岩层性质矿体倾角(°)矿体厚度(m)走向产度及开采深度(m)采矿方法移动角(°)βγγδ石咀子铜矿上盘为硅质大理岩、石英斑岩,稳固,f=8~1275~851~35(平均6.3)走向长500采深950留矿法嗣后充填7070金岭铁矿铁山区上盘为大理岩、结晶灰岩,f=8~10下盘为闪长岩,f=8~12558走向长500采深94分段凿岩阶段采矿法、采后水砂充填,采深小于50m采深大于50m50555055程潮铁矿上盘为闪长岩、矽卡岩,f=8~10下盘为花岗岩、矽卡岩,f=10~12中等稳固至稳固4624~53走向长1700采深80无底柱分段崩落法6868锡矿山南矿上盘为灰页岩,中等稳固,f=6~10下盘为灰页岩,f=8~10东10中154~64~6采深200~250采深200房柱法、充填法595968696571大吉山钨矿石英脉状矿床,围岩中等稳固至稳固,f=8~1465~803走向长600~800采深760留矿法阶段矿房法46~8148~69冶山铁矿北矿区上盘为白云岩,f=10~12下盘为花岗闪长岩,f=8~10,中等稳固至稳固45~8020走向长度600开采深度130无底柱分段崩落法6585云锡马拉格矿4#采区上下盘为大理岩化的碳酸盐,f=8,中等稳固40~6010~20矿体斜长620走向长度30~50方框支架充填法6871~75铁山垄钨矿黄沙矿区16#脉围岩为变质砂岩和千枚岩,基本稳固,f=8~1265~682~6开采深度150留矿法6161湘东钨围岩中等稳70~800.3~0.5走向长度留矿法、充填法556575矿固,f=10~12;部分不稳固,f=4~10800~1100金山店铁矿张伏山大井1#矿体上盘中等稳固,下盘稳固,矿岩接触带极不稳固57~870.5~68走向长度2676(不连续)无底柱分段崩落法、阶段自然崩落法50(石英二长岩)60(变质砂岩)60(石英二长岩)瓦房子锰矿顶底盘岩石为石灰质页岩,中等稳固,f=6~815~250.2~0.8(平均0.4)走向长度600~2400长壁手选充填法606565桃林铅锌矿银孔山矿体上盘为千枚岩,不稳固,f=3~5;下盘为绢绿片石英岩,稳固,f=10~1230~45(平均40)1.2~3.5(平均10)走向长度750水平中深孔阶段强制崩落法435055推算值凡口铅锌矿狮岭6#矿体上下盘岩石稳固,f=8~1035~4018~40走向长度840上向水平分层充填法707575如果矿层或岩层形状不规则，应该多作剖面，求得足够多的点，把这些点连接起来，便可得到保安矿柱的边界线。在波兰，按照被保护对象的重要性及它们对地表变形的敏感程度，将其分为四级。矿井及其提升设备属于第二级，这一级保护目标的允许水平变形值为ε≤3mm/m。在设计保安矿柱时，对不同级别的保护对象采用不同的岩石移动角。保护带宽度s=30-H/6（H—采深，H≤180m）。保护对象级别ⅠⅡⅢⅣ移动角取值45°58°62°66°岩石移动角的大小，与许多因素有关，主要是岩石性质、地质构造、矿体厚度、矿体倾角、开采深度、采矿方法等。对于已开采的矿山，可以通过实地观测求得。对于新设计的矿山，一般是应用类比法，参照类似条件下矿山的实际资料选取，并综合考虑本矿的具体条件，对所选取的值进行修正。表1是我国一些金属矿山的岩石移动角资料；表2是在完全采空条件下岩石的移动角。表17-18岩石移动角（在完全采空条件下）普氏系数f岩层倾角αn或岩石移动角(°)矿体倾角αp(°)βγδ层状岩石f50～3331～4546～6061～8081～9055～4545～404040～4545～505555αn-5(不大于50)50505565555555f50～3031～4546～6061～8081～9060～5050～4545～404040～50同δ同右同δ同右同αn同岩层倾角αn同上(不大于65°)6055-1.5f同上同上同上同上非层状岩石5f10div=/f100～3031～5051～8081～90656065656565同矿体倾角αp6570707070