保安矿柱的设计.doc

保安矿柱得设计

    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,或者对已投产得矿井,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。
    保安矿柱就是在井筒周围留下一部分暂不开采得矿体,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得剖面Ⅰ-Ⅱ。在该剖面图上,从井筒两侧得受护范围边界起,自上而下按各岩层得移动角逐层画出其移动线,直到与矿层得顶、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上得保安矿柱边界。在画岩石移动边界线时,对位于采空区下端得移动线用β角,上端得用γ角。

图1  作图法设计保安矿柱
    (2)将点A、B、C、D投影到平面图得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得四条线,便得到保安矿柱顶、底板沿走向得边界线在平面图上得投影。
    (3)在平面图上,过井筒中心与受保护范围边界线,作平行矿层走向得阶梯形剖面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得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、底板沿倾斜方向得边界线在平面图上得投影。
    (4)在平面图上,分别将保安矿柱顶、底板边界得投影线延长相交,便得到保安矿柱图形得平面投影图。
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
上盘为硅质大理岩、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
上盘为大理岩、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
上下盘为大理岩化得碳酸盐,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
围岩为变质砂岩与千枚岩,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
57~87
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,求得足够多得点,把这些点连接起来,便可得到保安矿柱得边界线。

    在波兰,按照被保护对象得重要性及它们对地表变形得敏感程度,将其分为四级。矿井及其提升设备属于第二级,这一级保护目标得允许水平变形值为ε≤3mm/m。在设计保安矿柱时,对不同级别得保护对象采用不同得岩石移动角。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°
    岩石移动角得大小,与许多因素有关,主要就是岩石性质、地质构造、矿体厚度、矿体倾角、开采深度、采矿方法等。对于已开采得矿山,可以通过实地观测求得。对于新设计得矿山,一般就是应用类比法,参照类似条件下矿山得实际资料选取,并综合考虑本矿得具体条件,对所选取得值进行修正。表1就是我国一些金属矿山得岩石移动角资料;表2就是在完全采空条件下岩石得移动角。

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<f<10< div=""></f<10<>
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