頂柱

頂柱

頂柱是指一種安全礦柱。是由地下采場頂部的終止回採水平至上鄰階段的運輸巷道底板之間,為安全而保留的那部分礦體。

基本介紹

  • 中文名:頂柱
  • 外文名:cap pillar,arch pillar
  • 一種安全礦柱
  • 作用:保護上鄰階段運輸巷道的安全
  • 學科:冶金工程
  • 領域:採礦
頂柱穩定性,頂柱的作用,頂柱確定方法,總結,

頂柱穩定性

隨著礦山露天開採深度的增加,開採成本同時也在增加。從開採技術和經濟利益角度分析,露天開採越來越不適合。為了保持開採礦量的穩定,礦山一般採用露天和地下聯合開採方案。露天轉地下的方案很多,根據石人溝鐵礦的實際情況(採用場內排渣,將要採用地下開採的南區其露天坑已作為北區露天開採的排渣場) ,採用留設境界頂柱的開採方案,在露天坑底留有一定厚度的境界頂柱,以保證開採的正常進行。境界頂柱厚度的確定需要考慮很多因素,留設過小會影響地下開採的安全;留設過厚又會造成礦產資源的嚴重浪費(礦柱回採率只有40 %左右) 。所以,境界頂柱厚度的確定是一項非常重要而又複雜的工作。

頂柱的作用

頂柱是指一種安全礦柱。是由地下采場頂部的終止回採水平至上鄰階段的運輸巷道底板之間,為安全而保留的那部分礦體。頂柱的作用是保護上鄰階段運輸巷道的安全,隔離已採區崩落的岩石

頂柱確定方法

影響境界頂柱安全厚度的因素較多,不同因素的組合及參數的不確定性,使得難以用理論方法計算。國內外確定採空區處理所需境界礦柱厚度的方法主要有以下幾種:
(1) K. B. 魯別涅依他等人的公式;
(2) B. И. 波哥留波夫的公式;
(3) 平板梁理論推導;
(4) 鬆散係數理論;
(5) 經驗類比法等。
綜合來看,這些公式都有一定的假定條件和片面性,存在一定的適用範圍,並不能完全真實地反應實際情況。因此,這些公式不完全適合確定境界礦柱的厚度。

總結

(1)線斷面由於礦柱較薄,採空區寬度小,預留的頂柱厚度較大,開採引起的頂柱拉應力區較小,穩定性較好,使得其比較安全,當采高達30~40 m 以上時,兩幫可能出現局部塑性區,不會影響安全生產。
(2)線斷面礦柱較厚(16~20 m 左右) ,尤其是空區寬度大,開採引起的頂柱拉應力區較大,在上覆岩體自重作用下,頂柱的兩側接觸面局部破壞,但沒有形成自下向上到坑底的連通面,穩定性較好,不會形成突然冒頂災害。考慮到地下水對底板面弱化作用,間柱的保護作用顯得格外重要,要加強間柱的維護,並注意觀測其變形破壞狀況。
(3) 斷層是危害採礦順利進行的主要控制因素。空區穿越斷層,將引起圍岩破壞,並誘發頂柱冒落和突涌危害,現場風巷施工時確發生了類似危害事故。建議巷道掘進通過線斷面時,遇到斷層前,要打超前探測孔,觀測斷層與地表的水力聯繫和湧水量,為進一步分析突涌災害提供可靠依據。為了確保間柱的足夠尺寸,測量間柱變形破壞情況,建議在巷道掘進時,觀測巷道岩壁的裂隙分布、產狀和淋水情況。
(4) 頂柱和兩側圍岩的不整合接觸面是突冒、突涌失穩模式的控制邊界,它的抗剪強度和滲透係數是頂柱穩定性的關鍵指標。在實際採礦時,需要測量該面的張開寬度、淋水和位移變化,修正計算模型的力學指標和分析結果。

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