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范围之外时，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。

保安矿柱是在井筒周围留下一部分暂不开采的矿体，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的剖面Ⅰ

- Ⅱ。在该剖面图上，从井筒两侧的受护范围边界起，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范围边界线，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 岩层性质

区) 名称

走向产度

矿体倾角 矿体厚度

及开采深

( °) (m)

度(m)

移动角 ( °)

采矿方法

β

γγδ

上盘为硅质

石咀子 大理岩、石英 75~85

铜矿 斑岩,稳

固,f=8~12 上盘为大理

金岭铁 岩、结晶灰 矿铁山 岩,f=8~10 55

区 下盘为闪长

岩,f=8~12 上盘为闪长 岩、矽卡 岩,f=8~10

程潮铁 下盘为花岗

46

矿 岩、矽卡

岩,f=10~12 中等稳固至 稳固

走向长

留矿法嗣后充 1~35 500

( 平均 6.3) 采深 950 填

70 70

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

走向长

无底柱分段崩

24~53 1700

采深 80 落法

68

68

上盘为灰页 岩, 中等稳

锡矿山

固,f=6~10

南矿

下盘为灰页 岩,f=8~10

东 10 中 15

4~6 4~6

采深

200~250 房柱法、充填法

采深 200

59

59

68 69

65 71

石英脉状矿

大吉山 床, 围岩中等 钨矿 稳固至稳 65~80

走向长

<3

留矿法

600~800 阶段矿房法

46~81 48~69

固,f=8~14

上盘为白云

岩,f=10~12

冶山铁 下盘为花岗 矿北矿 闪长 45~80

岩,f=8~10, 区

中等稳固至 稳固 上下盘为大

云锡马 # 理岩化的碳

40~60

拉格矿 4 酸盐 ,f=8, 中

采区

等稳固

铁山垄 围岩为变质 钨矿黄 砂岩和千枚

65~68

沙矿区 岩, 基本稳

采深 760

走向长度

20

无底柱分段崩 600

开采深度 落法 130

65

85

10~20

矿体斜长 620 方框支架充填 走向长度 法 30~50

68

71~75

2~6

16 脉 固,f=8~12 湘东钨 围岩中等稳

#

开采深度

留矿法

150

61

61

70~80 0.3~0.5 走向长度 留矿法、充填法 55 65 75

矿

固,f=10~12; 部分不稳 固,f=4~10

800~1100

金山店 上盘中等稳 铁矿张 固, 下盘稳

伏山大 固, 矿岩接触 井 1#矿体 带极不稳固

57~87

0.5~68

走向长度 无底柱分段崩 50( 石 60( 变 60( 石 2676( 不 落法、阶段自然 英二 质砂 英二 连续 ) 长岩 ) 岩) 长岩 ) 崩落法

顶底盘岩石

瓦房子 为石灰质页 锰矿 岩, 中等稳

固,f=6~8

15~25 0.2~0.8(

均 0.4)

平走向长度 长壁手选充填

600~2400 法

60 65 65

上盘为千枚

桃林铅 岩, 不稳

水平中深孔阶 锌矿银 固,f=3~5; 30~45(平 1.2~3.5( 平走向长度

段强制崩落法 均 40) 均 10) 750 孔山矿 下盘为绢绿

片石英岩 , 稳 体

固,f=10~12

凡口铅

上下盘岩石 走向长度 上向水平分层

锌矿狮 35~40 18~40

840充填法

#岭 6矿体 稳固 ,f=8~10

43 50 55

推算值

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 45°

Ⅱ 58°

Ⅲ 62°

Ⅳ 66°

移动角取值

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 α n 或 岩石移动角 ( °)

矿体倾角 αp ( °)

β

γ

δ

层状岩石

55～45 45～40

40 40～45 45～50 60～50 50～45 45～40

40 40～50

55 55

αn -5( 不大于 50)

50 50

同 δ 同右 同 δ 同右

同 αn 同岩层倾角

α n

同上 ( 不大于 65°)

60

非层状岩石

65 65

同矿体倾角 αp

65

f<5

0～ 33 31～45 46～60 61～80 81～90 0～ 30 31～45 46～60 61～80 81～90

55 65 55 55 55

f>5

55-1.5f

同上 同上 同上 同上

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0～ 30 31～50 51～80 81～90 65 60 65 65 70 70 70 70