礦柱作為一種建筑工具廣泛使用，主要靠圍巖本身的穩(wěn)固性和礦柱的支撐能力維護(hù)回采過程中形成的采空區(qū)，有的方法用其他支架或采下礦石作輔助或臨時(shí)支護(hù)。
主要分類
礦柱是指在采礦工作中，為了保護(hù)人員安全和巷道的完整，留下一定數(shù)量的礦體叫礦柱。礦柱分永久礦柱和臨時(shí)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(gè)礦房之間，即天井兩側(cè)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采礦場(chǎng)的采掘線為止，這一段所留下的礦柱叫頂柱。
③底柱：是從運(yùn)輸平巷以上到采礦場(chǎng)的柱底層為止，這一段所留下的礦柱叫底柱。
④場(chǎng)內(nèi)礦柱：采礦場(chǎng)內(nèi)保留的規(guī)則和不規(guī)則的永久或臨時(shí)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（一次開采即可采完），而水平方向較寬，如不布置堅(jiān)固的礦柱則頂板不能自行支撐；此種礦床常常采用正方形和長方形礦柱。應(yīng)用此類礦柱的典型礦床有：煤礦和碳酸鉀礦，鈾礦，銅礦，鐵石礦等等。
開采一般分兩階段進(jìn)行，首先按前進(jìn)式順序開采礦房，然后再按后退式順序部分或全部開采礦柱。后退開采時(shí)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(wěn)定性。下圖所示為白松銅礦內(nèi)的一個(gè)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(yīng)局部的地質(zhì)條件。在某些區(qū)域，礦房寬10米，規(guī)則排列的礦柱為6×6米，在另一些區(qū)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(yīng)力要根據(jù)上覆載荷以及巖石的平均抗壓強(qiáng)度計(jì)算而得出的礦柱強(qiáng)度來估計(jì)。安全系數(shù)定為4～6比較恰當(dāng)。
在計(jì)算頂板的安全跨度時(shí)，假設(shè)頂板巖層是一個(gè)自重載荷梁，其厚度或者等于錨桿的長度，或者等于直接頂板層的厚度。計(jì)算得出的應(yīng)力要與實(shí)際測(cè)得的強(qiáng)度相比較，再加上一個(gè)任選的安全系數(shù)。
長礦柱
緩傾斜的礦床也可用房柱法的一種變型來開采，此種方法在加拿大叫做礦房長礦柱采礦法，在澳大利亞叫做房柱分條采礦法。
埃利奧特湖礦的開采型式是一個(gè)典型的例子。賦存于平均傾角為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采型式。階段高度為45米，運(yùn)輸平巷是在礦床下方沿走向掘進(jìn)的。礦層中的底柱平巷位于運(yùn)輸乎巷上方。采準(zhǔn)工作是這樣進(jìn)行的：從底柱平巷掘進(jìn)兩個(gè)天井到上一階段的底柱平巷，兩個(gè)天勞由一個(gè)細(xì)長的中心礦柱隔開?；夭晒ぷ骶褪且?米寬為一條并逐步加寬的天井，直到礦房寬度達(dá)到20米。礦房之間留一個(gè)3米寬的間柱?；夭杀燃s為85%。如果礦層厚度超過3米，則最上面的2米作為一個(gè)分層回采，而其余的部分用梯段回采。碎礦耙到溜井中，溜井與底柱乎巷下面10米處的運(yùn)輸平巷連通。
如果礦床太厚，不能一次回采全厚，則礦房長礦柱采礦法與房柱采礦法一樣，要用垂直或水平淺眼進(jìn)行梯段式回采。例如，在埃利奧特湖的丹尼森礦上，就是用液壓鑿巖機(jī)鑿下向淺眼進(jìn)行梯段回采的。
礦房長礦柱采礦法對(duì)頂板跨度和礦柱尺寸的設(shè)計(jì)，同房柱法設(shè)計(jì)時(shí)相似。設(shè)計(jì)過弱的礦柱可能發(fā)生巖爆而突然破壞，也可能沿柱邊產(chǎn)生進(jìn)行性的片落而逐漸破壞。破壞的模式與礦柱及其周圍巖石的剛性有關(guān)。較細(xì)的礦柱一般較軟，傾向于逐漸破壞。
礦柱回采
應(yīng)用空?qǐng)霾傻V法時(shí)，礦房回采以后，還殘留大量礦柱。對(duì)于緩傾斜和傾斜礦體，礦柱礦量占15%~25%；對(duì)于急傾斜厚礦體，礦柱礦量達(dá)40%~60%。我國有色金屬礦山充填采礦法采出的礦石量約占采出總量的19%，而礦柱又占充填采礦法的30%~60%，為充分回采地下資源，應(yīng)及時(shí)回采礦柱。
對(duì)于空?qǐng)鰲l件下礦柱回采的方法，主要決定于已采礦房的存在狀態(tài)。當(dāng)采完礦房后進(jìn)行充填時(shí)，廣泛采用分段崩落法或充填法回采礦柱。采完的礦房為敝空時(shí)，一般采用空?qǐng)龇ɑ虮缆浞ɑ夭傻V柱?？?qǐng)龇ㄓ糜谒胶途弮A斜薄到中厚礦體，規(guī)模不大的傾斜和急傾斜盲礦體。用房柱法開采緩傾斜薄和中厚礦體時(shí)，根據(jù)具體條件決定回采礦柱。對(duì)于連續(xù)性礦柱，可局部回采成間斷礦柱；對(duì)于間斷礦柱可進(jìn)行縮采成小斷面礦柱或部分選擇性回采成間距大的間斷礦柱以及采用后退式礦柱回采順序，運(yùn)完崩落礦石后，再進(jìn)行處理采空區(qū)。崩落法用于傾斜和急傾斜規(guī)模較大的連續(xù)礦體，在回采礦柱的同時(shí)崩落圍巖。
采用礦房充填后的礦柱回采的方法，除了考慮礦巖的地質(zhì)條件外，主要是根據(jù)礦房充填狀況及圍巖或地表是否允許崩落而定。膠結(jié)充填礦房的間柱回采，其回采方法有：上向水平分層充填法、下向分層充填法、留礦法和房柱法。松散充填（水砂充填或干式充填）礦房間柱的回采，如用充填法，須在其兩側(cè)留1~2m礦石，以防礦房中的松散充填物料流入間柱工作面。如地表允許崩落，礦石價(jià)值又不高，可用分段崩落法回采間柱。頂?shù)字捎蒙舷蛩椒謱映涮罘ɑ驘o底柱分段崩落法回采。
礦柱重要性
保護(hù)地面建筑物及井筒的礦柱
地面建筑物可分為3級(jí)：第1級(jí)保護(hù)級(jí)別的有立井井筒；井架、提升設(shè)備、跨度大于20m的橋梁的橋臺(tái)、大河的河床、水庫、有泄水設(shè)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；屬于第Ⅱ級(jí)保護(hù)級(jí)別的有：輔助通風(fēng)機(jī)、斜井井筒、鐵路干線路基、跨度小于20m的橋梁的橋臺(tái)、地方性的地下煤氣通道、地區(qū)主要管道、礦屬工廠、3～4層磚房、醫(yī)院、學(xué)校；屬于Ⅲ級(jí)保護(hù)級(jí)別的有：最主要水道建設(shè)、天然水池、人工水池、河床、有水的山谷、斜井通風(fēng)井、地方鐵路、架空索道的支架、礦用機(jī)車庫、礦山中型機(jī)械廠及1～2層房屋。
計(jì)算安全礦柱尺寸時(shí)，為避免測(cè)量及參數(shù)誤差，計(jì)算受保護(hù)面積時(shí)，應(yīng)在受保護(hù)對(duì)象的外側(cè)加一圍護(hù)帶，對(duì)Ⅰ級(jí)保護(hù)級(jí)別的地面建筑物及主要井筒，圍護(hù)帶的寬度為15m；Ⅱ級(jí)保護(hù)級(jí)別的建筑物，圍護(hù)帶的寬度為10m；Ⅲ級(jí)保護(hù)級(jí)別的建筑物，圍護(hù)帶的寬度為5m。
為保護(hù)主要傾斜巷道，對(duì)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于安全深度時(shí)，其下部各層均需留設(shè)安全礦柱。
立井的井筒深度及工業(yè)廣場(chǎng)下的煤層賦存深度應(yīng)小于安全深度。不論煤層傾角大小，立井井筒和工業(yè)場(chǎng)地上的建筑物都須留設(shè)一個(gè)總的安全礦柱。如煤層賦存深度大于采掘安全深度時(shí)，不分煤層傾斜角，均應(yīng)留設(shè)井筒安全礦柱，而對(duì)工業(yè)廣場(chǎng)上井筒附近的建筑物，按其使用意義在安全深度水平以下可不留設(shè)安全礦柱。
在地形比較簡單、無滑坡和陡壁的地區(qū)，當(dāng)緩傾斜和傾斜的薄及中厚煤層，單層采深與采厚的比值應(yīng)大于40，厚煤層分層采深與采厚的比值應(yīng)大于60。對(duì)工業(yè)企業(yè)鐵路線路可不留設(shè)礦柱，但應(yīng)采用長壁陷落法進(jìn)行開采。當(dāng)薄及中厚煤層單層采深與采厚的比值大于60，厚煤層分層采深與采厚的比值大于80時(shí)，對(duì)網(wǎng)路m級(jí)的鐵路線可不留設(shè)礦柱，亦應(yīng)采用長壁陷落法進(jìn)行開采。
地面建筑物下、鐵路或水體下開采的安全規(guī)程
礦井在建筑物下、鐵路或水體下開采時(shí)，必須建立觀測(cè)站，及時(shí)觀測(cè)地表的移動(dòng)與變形，查明冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶的高度以及水文地質(zhì)變化等情況，取得實(shí)際資料，作為礦區(qū)“三下”開采的依據(jù)。
在建筑物下、鐵路下、水體下“三下”開采時(shí)，必須經(jīng)過試采，并按照建筑物、鐵路、水體的重要程度及可能受到的影。向，編制專門的開采設(shè)計(jì)。
一般建筑物下的開采設(shè)計(jì)，必須報(bào)礦務(wù)局總工程師批準(zhǔn)，省礦山主管部門備案。
重要建筑物下、鐵路下及水體下的開采設(shè)計(jì)，必須報(bào)省礦山主管部門批準(zhǔn)，國務(wù)院行業(yè)主管部門備案。
試采前必須完成建筑、鐵路或水體工程的技術(shù)情況調(diào)查及加固工作。對(duì)此還必須及時(shí)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)建筑物、鐵路或水體受到開采的影響都必須及時(shí)報(bào)告、維修，確保安全。試采結(jié)束后，必須提出試采報(bào)告，報(bào)原批準(zhǔn)部門審查。
井下邊界（境界）留設(shè)的礦柱
礦山開采所留設(shè)的井下境界和巷道礦柱，其月的是防水、防火、防漏風(fēng)和防止瓦斯泄出，這關(guān)系到作業(yè)場(chǎng)所的安全，也與鄰礦的安全有密切關(guān)系。
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(shè)礦柱；相鄰礦井間的境界、分界處，必須留設(shè)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(shí)，斷層兩側(cè)也必須留有30m隔離礦柱。對(duì)于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(jì)算確定。對(duì)于火成巖體邊界線的礦柱，可依變質(zhì)情況確定。對(duì)于丘陵山地、覆蓋層不含水的露頭線的礦柱，其垂深不大于20m。對(duì)于露天與井下邊界，若露天壽命小于礦井壽命，與露天坑底的隔離礦柱按井下開采冒落帶高度確定；若露天壽命大于礦井壽命，其隔離礦柱可留10m以下。
主要巷道和采區(qū)礦柱
煤礦的主要巷道和采區(qū)都要留設(shè)安全煤柱。對(duì)于煤層大巷，其上下兩側(cè)各留20～50m煤柱；兩條煤層大巷之間，留設(shè)30～80m寬的煤柱；沿煤層開掘的回風(fēng)大巷兩側(cè)各留20～30m的煤柱；開掘在煤層中的兩條回風(fēng)大巷之間，應(yīng)留有20～40m寬的煤柱。
采區(qū)煤柱。對(duì)于薄及中厚煤層，兩采區(qū)之間應(yīng)留有10m寬的煤柱；采區(qū)上（下）山的一側(cè)應(yīng)留20m寬的煤柱；采區(qū)上（下）山兩條巷道之間，應(yīng)留20～25m寬的隔離煤柱；對(duì)于分階段巷道之間，應(yīng)留有8～15m的煤柱。對(duì)于厚煤層，兩來區(qū)之間應(yīng)留有10m寬的邊界煤柱；采區(qū)上（下）山巷道的一側(cè)應(yīng)留有30～40m寬的煤柱；采區(qū)上（下）山巷道之間應(yīng)留有20～25m寬的煤柱。急傾斜厚煤層的上、下小階段之間，應(yīng)留有3～5m寬的煤柱。
參考資料 >