保安矿柱的设计.docx
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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X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X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X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X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X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（°）
β
γγ
δ
石咀子铜矿
上盘为硅质XX岩、石英斑岩,稳固,f=8~12
75~85
1~35
（平均6.3）
走向长500
采深950
留矿法嗣后充填
70
70
金岭铁矿铁山区
上盘为XX岩、结晶灰岩,f=8~10
下盘为闪长岩,f=8~12
55
8
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50m
50
55
50
55
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
46
24~53
走向长1700
采深80
无底柱分段崩落法
68
68
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15
4~6
4~6
采深200~250
采深200
房柱法、充填法
59
59
68
69
65
71
大吉山钨矿
石英脉状矿床,围岩中等稳固至稳固,f=8~14
65~80
<3
走向长600~800
采深760
留矿法
阶段矿房法
46~81
48~69
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
45~80
20
走向长度600
开采深度130
无底柱分段崩落法
65
85
云锡马拉格矿4#采区
上下盘为XX岩化的碳酸盐,f=8,中等稳固
40~60
10~20
矿体斜长620
走向长度30~50
方框支架充填法
68
71~75
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=8~12
65~68
2~6
开采深度150
留矿法
61
61
湘东钨矿
围岩中等稳固,f=10~12;部分不稳固,f=4~10
70~80
0.3~0.5
走向长度800~1100
留矿法、充填法
55
65
75
金山店铁矿X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
57~87
0.5~68
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=6~8
15~25
0.2~0.8（平均0.4）
走向长度600~2400
长壁手选充填法
60
65
65
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=10~12
30~45（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
43
50
55
推算值
凡口铅锌矿狮岭6#矿体
上下盘岩石稳固,f=8~10
35~40
18~40
走向长度840
上向水平分层充填法
70
75
75
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
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
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或矿体倾角αp（°）
岩石移动角（°）
β
γ
δ
层状岩石
f<5
0～33
31～45
46～60
61～80
81～90
55～45
45～40
40
40～45
45～50
55
55
αn-5（不大于50）
50
50
55
65
55
55
55
f>5
0～30
31～45
46～60
61～80
81～90
60～50
50～45
45～40
40
40～50
同δ同右
同δ同右
同αn同岩层倾角αn
同上（不大于65°）
60
55-1.5f
同上
同上
同上
同上
非层状岩石
5
0～30
31～50
51～80
81～90
65
60
65
65
65
65
同矿体倾角αp
65
70
70
70
70
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