空场采矿法采场的矿柱回收

摘要 ：随着我国矿产事业的不断发展，研究空场采矿法采场的矿柱回收凸显出重要意义。本文首先对顶底柱的施工进行了分析，介绍了间柱的施工方案。在从多方面探讨影响矿柱强度因素的基础上，研究了矿柱回收过程中的安全技术。

关键词：空场采矿法；采场；矿柱回收

中图分类号：TU74 文献标识码： A

一、前言

作为一项实际应用效果良好的采矿方法，空场采矿法在近期得到了有关方面的高度关注。研究空场采矿法采场的矿柱回收，不仅能够提高资源利用的回收率，同时也为企业带来了经济和社会效益。能够更好地提升该项工作的实际水平，优化其最终效果。本文从介绍顶底柱的施工着手本课题的研究。

二、顶底柱的施工分析

1.主巷式

因为采场的上水平有顶底柱，所以一般采用下水平掘凿一层硐室，回收顶柱，在二段回收底柱。所谓主巷式即掘凿一条贯通矿体的水平硐室主巷，然后根据抵抗线在主巷中布置成“丁”、“干”或“一”字形硐室；在二段将电耙巷道作为硐室主巷，在两边掘凿“丁”、“干”或“一”字形硐室。该方式施工工程量和劳动强度大、工期长、出碴距离远。由于爆破需要放出矿房内的矿石，但把握采场空间具有一定难度，因此难以控制其爆破效果；但是因为不在采场内作业，通风性较好、物资供应及行人方便、采场内不会造成大量矿石积压。

2.多井式

“多井式”适用于一些顶柱靠近地表和上部水平已经采空崩落以及无法进行硐室施工时的采场。由于采场内向顶柱掘凿若干便于下碴与行人的下碴行人天井，此时需留有大量矿石作为施工平台，所以采场不能放空。硐室的掘凿主要是根据矿柱厚和抵抗线来设计施工。硐室可采用“一”、“丁”或“干”字形。该方式施工相对来说管理比较简单、工期短、见效快，因为有施工下碴行人井，所以增加了自由面，采矿破碎效果好，使后续出矿工作的顺利进行得到了保证；但施工人员在采场内作业，施工时通风性较差，存在一定的安全隐患，并且采场容易造成大量矿石积压。

3.混合式

有时由于矿场的特殊条件限制，主巷式与多井式的施工方法都不能够满足施工需要时，为保证生产的接续，往往采用主巷式与多井式相结合的方式来回收顶底柱。该方式具有两条井，通风性好，施工人员不在采场内作业，行人进出硐室通过天井，具有了安全保障；由于有下碴井，施工碎碴可直接倒入采场，降低了劳动强度，管理简单；但是不足的是需掘凿硐室主巷，工期较长、见效缓慢。

三、间柱的施工方案

理想状态下，各段硐室回采施工应与天井施工同时进行，爆破时在起爆顺序上顶底柱也应滞后于间柱。但在实际作业中，由于一系列复杂因素的影响，往往是顶底柱先回收，而间柱最后回采或作为永久损失。如果间柱的回收在顶底柱回收之后，那么间柱的回收就相当于窄矿体的回收，其施工环境往往比窄矿体回收更不安全。

1.二段有底柱回收

2.二段无底柱回收

若有行人天井，就将原行人天井用作行人通风；如果没有，就需新掘凿一条行人天井。施工时为保证作业安全，先在三段以上进行掘凿硐室，根据实际情况采用“丁”或“一”字形硐室。硐室施工结束后，在二段按回收面积进行开帮切割施工，进行采矿作业。该方式可利用自重完成矿石运搬，但是机械化出矿程度低，矿石回收效果不好，质量差。在振动漏口进行二次爆破作业危险性大、破坏力强、效率不高。

四、影响矿柱强度的因素

研究人员所提的矿柱强度公式，大多是考虑完整的矿体。但是一个天然的矿体，从宏观上来说，它是由节理或裂隙切割成一块一块的、互相排列与咬合着的矿块所组成。矿体中往往具有明显的地质遗迹，由于节理的存在，造成了介质的不连续性，这些界面就是所谓的结构面。由于矿体中结构面的存在，使矿体与矿块的力学特性之间有很大的差异。节理矿体的强度是小于矿块的强度的。

1.矿石的性质

由于矿石本身的密度、矿物组分、结晶程度、颗粒大小及胶结物的种类不同，各种矿石的强度甚至同一种矿石的强度都不相同。如对于同一种矿石，一般随密度的增大而增大。矿柱强度一般也是随矿石的密度的增大而增大。

2.矿柱中的结构面

结构面与作用力之间的方位关系对矿柱强度有着很大的影响。由于结构面的存在，使得矿柱的强度低于矿块强度。通常，结构面对矿柱强度的影响主要表现为造成矿柱强度的各向异性和矿柱强度的降低。试验表明，层状矿体在单向压缩条件下，加载方向与结构面呈不同角度时，极限强度会随着夹角的不同而有规律的变化。当平行于结构面加载时，矿体的抗压强度小于垂直于结构面方向加载时的抗压强度，而抗拉强度则大于垂直于结构面方向加载时的抗拉强度。

3.矿柱强度的尺寸形状效应

矿柱强度计算是以实验室矿石强度测试值为基础数据进行的。但是，实验室矿石试样的强度变化范围很宽，这主要是由矿石材料的多变性和矿石试块的尺寸效应的多变性决定的。根据国外研究成果，同一层中各分层矿石的强度可差到6倍以上，这种多变性严重影响了矿柱强度计算的准确性，只能通过合理的取样和扩大矿石试件的样本来减小误差。

五、回收过程中的安全技术

1.地压监测技术

矿柱的回采，会破坏岩石的应力平衡状态，岩体中应力重新分布，诱发次生应力场上部覆岩的应力向空区周围岩体转移，使围岩变形、移动和破坏，从而酿成事故。为获悉和掌握次生应力的变化情况，判断围岩的稳定性，有效防范顶板围岩冒落、塌陷等风险，应在矿柱回采过程中坚持地压监测。