礦柱作為一種建築工具廣泛使用，主要靠圍岩本身的穩固性和礦柱的支撐能力維護回採過程中形成的採空區，有的方法用其他支架或採下礦石作輔助或臨時支護。
基本介紹
- 中文名：礦柱
- 外文名：pillar
- 作為：建築工具
- 分類：礦房和礦柱
- 解釋：礦井中支承井頂的木柱
- 重要性：保護地面建築物及井筒的礦柱
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簡介
礦柱是指在採礦工作中，為了保護人員安全和巷道的完整，留下一定數量的礦體叫礦柱。礦柱分永久礦柱和臨時礦柱兩種。
礦柱按其所在位置及用途不同可分為：
①房間礦壁柱：是兩個礦房之間，即天井兩側所留下的礦柱叫房間礦柱。
②頂柱：是從上部中段的巷道底板以下到採礦場的採掘線為止，這一段所留下的礦柱叫頂柱。
③底柱：是從運輸平巷以上到採礦場的柱底層為止，這一段所留下的礦柱叫底柱。
④場內礦柱：採礦場內保留的規則和不規則的永久或臨時礦柱。
正方形礦柱和長方形礦柱
有一些傾斜平緩的礦床，其礦脈或礦層不厚（一次開採即可采完），而水平方向較寬，如不布置堅固的礦柱則頂板不能自行支撐；此種礦床常常採用正方形和長方形礦柱。套用此類礦柱的典型礦床有：煤礦和鉀鹼礦，鈾礦，銅礦，鐵石礦等等。
開採一般分兩階段進行，首先按前進式順序開採礦房，然後再按後退式順序部分或全部開採礦柱。後退開採時可以充填，也可以任頂板崩塌。
在金屬礦山中，礦柱往往完整地保留下來以保持地層的穩定性。下圖所示為白松銅礦內的一個典型房柱法布置圖，所用礦柱為正方形及長方形。礦柱和礦房的尺寸隨著深度而變化，也要適應局部的地質條件。在某些區域，礦房寬10米，規則排列的礦柱為6×6米，在另一些區域中礦房寬度減少到9米，而礦柱尺寸則增加到20米。礦柱的平均應力要根據上覆載荷以及岩石的平均抗壓強度計算而得出的礦柱強度來估計。安全係數定為4～6比較恰當。
在計算頂板的安全跨度時，假設頂板岩層是一個自重載荷梁，其厚度或者等於錨桿的長度，或者等於直接頂板層的厚度。計算得出的應力要與實際測得的強度相比較，再加上一個任選的安全係數。
正方形和長方形礦柱布置圖長礦柱
緩傾斜的礦床也可用房柱法的一種變型來開採，此種方法在加拿大叫做礦房長礦柱採礦法，在澳大利亞叫做房柱分條採礦法。
埃利奧特湖礦的開採型式是一個典型的例子。鈾賦存於平均傾角為20°的層狀礦床中，礦層厚2~6米，從接近地表開始一直延深到1050米深。下圖所示為里奧阿爾戈姆公司所屬古里克礦的典型開採型式。階段高度為45米，運輸平巷是在礦床下方沿走向掘進的。礦層中的底柱平巷位於運輸乎巷上方。采準工作是這樣進行的：從底柱平巷掘進兩個天井到上一階段的底柱平巷，兩個天勞由一個細長的中心礦柱隔開。回採工作就是以3米寬為一條並逐步加寬的天井，直到礦房寬度達到20米。礦房之間留一個3米寬的間柱。回採比約為85%。如果礦層厚度超過3米，則最上面的2米作為一個分層回採，而其餘的部分用梯段回採。碎礦耙到溜井中，溜井與底柱乎巷下面10米處的運輸平巷連通。
如果礦床太厚，不能一次回採全厚，則礦房長礦柱採礦法與房柱採礦法一樣，要用垂直或水平淺眼進行梯段式回採。例如，在埃利奧特湖的丹尼森礦上，就是用液壓鑿岩機鑿下向淺眼進行梯段回採的。
礦房長礦柱採礦法對頂板跨度和礦柱尺寸的設計，同房柱法設計時相似。設計過弱的礦柱可能發生岩爆而突然破壞，也可能沿柱邊產生進行性的片落而逐漸破壞。破壞的模式與礦柱及其周圍岩石的剛性有關。較細的礦柱一般較軟，傾向於逐漸破壞。
長礦柱採礦法的開採型式礦柱回採
套用空場採礦法時，礦房回採以後，還殘留大量礦柱。對於緩傾斜和傾斜礦體，礦柱礦量占15%~25%；對於急傾斜厚礦體，礦柱礦量達40%~60%。我國有色金屬礦山充填採礦法采出的礦石量約占采出總量的19%，而礦柱又占充填採礦法的30%~60%，為充分回採地下資源，應及時回採礦柱。
對於空場條件下礦柱回採的方法，主要決定於已採礦房的存在狀態。當采完礦房後進行充填時，廣泛採用分段崩落法或充填法回採礦柱。采完的礦房為敝空時，一般採用空場法或崩落法回採礦柱。空場法用於水平和緩傾斜薄到中厚礦體，規模不大的傾斜和急傾斜盲礦體。用房柱法開採緩傾斜薄和中厚礦體時，根據具體條件決定回採礦柱。對於連續性礦柱，可局部回採成間斷礦柱；對於間斷礦柱可進行縮采成小斷面礦柱或部分選擇性回採成間距大的間斷礦柱以及採用後退式礦柱回採順序，運完崩落礦石後，再進行處理採空區。崩落法用於傾斜和急傾斜規模較大的連續礦體，在回採礦柱的同時崩落圍岩。
採用礦房充填後的礦柱回採的方法，除了考慮礦岩的地質條件外，主要是根據礦房充填狀況及圍岩或地表是否允許崩落而定。膠結充填礦房的間柱回採，其回採方法有：上向水平分層充填法、下向分層充填法、留礦法和房柱法。鬆散充填（水砂充填或乾式充填）礦房間柱的回採，如用充填法，須在其兩側留1~2m礦石，以防礦房中的鬆散充填物料流入間柱工作面。如地表允許崩落，礦石價值又不高，可用分段崩落法回採間柱。頂底柱可用上向水平分層充填法或無底柱分段崩落法回採。
礦柱的重要性
保護地面建築物及井筒的礦柱
地面建築物可分為3級：第1級保護級別的有立井井筒；井架、提升設備、跨度大於20m的橋樑的橋台、大河的河床、水庫、有泄水設備的堤堰、110kV以上的高壓輸電線路、洗煤廠、選礦廠、5層以上的公用或民宅房；屬於第Ⅱ級保護級別的有：輔助通風機、斜井井筒、鐵路幹線路基、跨度小於20m的橋樑的橋台、地方性的地下煤氣通道、地區主要管道、礦屬工廠、3～4層磚房、醫院、學校；屬於Ⅲ級保護級別的有：最主要水道建設、天然水池、人工水池、河床、有水的山谷、斜井通風井、地方鐵路、架空索道的支架、礦用機車庫、礦山中型機械廠及1～2層房屋。
計算安全礦柱尺寸時，為避免測量及參數誤差，計算受保護面積時，應在受保護對象的外側加一圍護帶，對Ⅰ級保護級別的地面建築物及主要井筒，圍護帶的寬度為15m；Ⅱ級保護級別的建築物，圍護帶的寬度為10m；Ⅲ級保護級別的建築物，圍護帶的寬度為5m。
為保護主要傾斜巷道，對開有主要傾斜井巷的礦層，到下部各層間垂直安全距離均小於安全深度時，其下部各層均需留設安全礦柱。
地面建築物下、鐵路或水體下開採的安全規程
在建築物下、鐵路下、水體下“三下”開採時，必須經過試采，並按照建築物、鐵路、水體的重要程度及可能受到的影。向，編制專門的開採設計。
一般建築物下的開採設計，必須報礦務局總工程師批准，省礦山主管部門備案。
重要建築物下、鐵路下及水體下的開採設計，必須報省礦山主管部門批准，國務院行業主管部門備案。
試采前必須完成建築、鐵路或水體工程的技術情況調查及加固工作。對此還必須及時觀測，發現建築物、鐵路或水體受到開採的影響都必須及時報告、維修，確保全全。試采結束後，必須提出試采報告，報原批准部門審查。
井下邊界（境界）留設的礦柱
礦山開採所留設的井下境界和巷道礦柱，其月的是防水、防火、防漏風和防止瓦斯泄出，這關係到作業場所的安全，也與鄰礦的安全有密切關係。
境界礦柱，指井田勘探境界和可采境界，這兩種境界可不留設礦柱；相鄰礦井間的境界、分界處，必須留設隔離礦柱，參考尺寸為兩井田之間各留20m；如果兩井田是以不含承壓水的斷層作為境界時，斷層兩側也必須留有30m隔離礦柱。對於新建礦井和被淹礦井間的隔離礦柱的尺寸，可依防水要求計算確定。對於火成岩體邊界線的礦柱，可依變質情況確定。對於丘陵山地、覆蓋層不含水的露頭線的礦柱，其垂深不大於20m。對於露天與井下邊界，若露天壽命小於礦井壽命，與露天坑底的隔離礦柱按井下開採冒落帶高度確定；若露天壽命大於礦井壽命，其隔離礦柱可留10m以下。
主要巷道和採區礦柱
煤礦的主要巷道和採區都要留設安全煤柱。對於煤層大巷，其上下兩側各留20～50m煤柱；兩條煤層大巷之間，留設30～80m寬的煤柱；沿煤層開掘的迴風大巷兩側各留20～30m的煤柱；開掘在煤層中的兩條迴風大巷之間，應留有20～40m寬的煤柱。
採區煤柱。對於薄及中厚煤層，兩採區之間應留有10m寬的煤柱；採區上（下）山的一側應留20m寬的煤柱；採區上（下）山兩條巷道之間，應留20～25m寬的隔離煤柱；對於分階段巷道之間，應留有8～15m的煤柱。對於厚煤層，兩來區之間應留有10m寬的邊界煤柱；採區上（下）山巷道的一側應留有30～40m寬的煤柱；採區上（下）山巷道之間應留有20～25m寬的煤柱。急傾斜厚煤層的上、下小階段之間，應留有3～5m寬的煤柱。
