地压管理详解(二):矿岩自承能力因素、水平和缓倾斜矿体的矿柱尺寸计算方法、急倾斜矿体矿柱计算方法探讨——黑金刚播报
发布时间:
2025-08-30
在采矿工程中,地压管理是一项至关重要的任务,它直接关系到矿山的安全与稳定。本文是第二个部分将从多个角度对这一方法进行深入探讨,并分析矿柱参数的确定方法,特别是矿柱的形状、尺寸及其计算方法,以期能为矿山地压管理提供有益的参考。
一、利用矿岩自承能力保持暴露面稳固性的影响因素
通过利用矿岩的自承能力来保持暴露面的稳固性,是矿山地压管理的一种重要手段。为了实现这一目标,必须充分了解并控制多个影响因素,以确保开采空间的跨度或面积不超过极限值。以下是几个主要的影响因素:
矿岩的物理力学性质
矿岩的物理力学性质是决定其自承能力的关键因素之一。其中,稳固性是最重要的性质之一,它决定了矿岩在不支护情况下的最大暴露面积。根据矿岩的稳固性,可以将其分为极不稳固、不稳固、中等稳固和稳固四种情况。这些分类为工程师提供了选择支护措施和设计开采空间大小的依据。
极不稳固矿岩:这类矿岩的自承能力极差,必须采取强有力的支护措施,否则容易发生冒顶、片帮等事故。
不稳固矿岩:虽然具有一定的自承能力,但必须在适当位置设置支护,以减小暴露面积和暴露时间。
中等稳固矿岩:在大多数情况下,可以依靠矿岩的自承能力维持暴露面的稳定,但在特定条件下仍需进行支护。
稳固矿岩:这类矿岩的自承能力较强,通常不需要额外的支护措施,但仍需定期检查和监测,以确保安全。
矿岩的稳固性受到多种因素的影响,如地质构造、节理裂隙发育程度、岩性成分等。因此,在开采前应对矿岩进行详细的勘察和测试,以准确评估其稳固性。
开采深度
开采深度是影响矿岩自承能力的另一个重要因素。随着开采深度的增加,矿岩所受的自重应力增大,从而导致其自承能力降低。此外,开采深度的增加还会加剧岩体的变形和破坏,使暴露面的稳定性变差。
自重应力的计算需要考虑上覆岩层的重量和岩石的密度。需要注意的是,这里的深度并非指从地表到开采点的垂直距离,而是指上覆岩层的高度。因此,在计算开采深度时,必须充分考虑地质构造和岩层分布情况。
开采空间上方顶板上的上覆岩层高度
开采空间上方顶板上的上覆岩层高度也是影响矿岩自承能力的重要因素之一。随着上覆岩层高度的增加,顶板所受的荷载增大,导致其承载能力降低。此外,上覆岩层的高度还会影响顶板的变形和破坏模式,进而影响暴露面的稳定性。
在计算上覆岩层高度时,需要考虑多种因素,如岩层的物理力学性质、节理裂隙发育程度、地下水作用等。通过综合分析这些因素,可以得出对开采空间上方起作用的上覆岩层高度,从而为合理设计开采空间提供依据。
暴露面维持时间的长短
暴露面维持时间的长短也对其稳定性有重要影响。随着暴露时间的延长,岩体的蠕变效应逐渐显现,导致暴露面的承载能力降低。特别是对于软岩来说,其蠕变效应更为显著,因此需要采取适当的支护措施来减少暴露时间,确保暴露面的稳定。
在实际开采过程中,应合理安排作业顺序和时间间隔,以减少暴露面的暴露时间。同时,还需要定期对暴露面进行检查和监测,及时发现并处理潜在的安全隐患。
暴露面的几何形状
暴露面的几何形状也是影响其稳定性的重要因素之一。在采矿工程中,回采单元的形状各异,包括矩形、长方形、正方形以及其他不规则的多边形。这些不同形状的暴露面在受力特点和稳定性方面存在差异。
以长方形和正方形为例,它们的稳定性受到长宽比的影响。当暴露面积的长度与宽度之比大于2时,一般认为其稳固性与暴露面的宽度有关;而当长宽比小于2时,暴露面的稳定性则与暴露面积有关。因此,在设计开采空间时,应充分考虑暴露面的几何形状和长宽比等因素,以确保其稳定性。
二、矿柱参数确定方法
矿柱在采场顶板支撑方面起着关键作用。为了确保矿柱能够有效地承担荷载并保持暴露面的稳定,必须合理确定矿柱的参数。以下是矿柱参数确定的主要方法:
矿柱形状对其承受能力和强度的影响
矿柱的形状对其承受能力和强度有直接影响。一般来说,矿柱的宽高比越大(即面积较大但高度较小),其强度也会相应提高。这是因为当矿柱的宽度增加时,其抵抗变形和破坏的能力增强,从而提高了承载能力。相反,如果矿柱的高度过大而宽度较小,其受力状态将变得不利,容易导致破坏。
在实际工程中,为了优化矿柱的形状,通常会采取一些措施。例如,通过调整开采顺序和回采方式,可以控制矿柱的形状和尺寸,使其更符合力学原理。此外,还可以采用填充技术来改变矿柱周围的受力状态,从而提高其承载能力。
矿柱尺寸确定方法
矿柱的尺寸是其承受能力的关键因素之一。在确定矿柱尺寸时,需要综合考虑多个因素,包括矿岩的物理力学性质、开采深度、上覆岩层高度、暴露面维持时间以及暴露面的几何形状等。
对于水平和缓倾斜矿体的矿柱尺寸计算,可以采用较为简单的方法。由于这类矿柱的受力状态与建筑中的柱子相似,因此可以根据其上方上覆岩层的重量和矿柱本身的承载能力来确定尺寸。在计算过程中,需要考虑矿柱的截面积、上覆岩层的面积、荷载系数以及安全系数等因素。通过合理的计算和分析,可以得出符合要求的矿柱尺寸。
然而,对于急倾斜矿体的矿柱尺寸计算来说,问题要复杂得多。由于急倾斜矿体的开采条件特殊,矿柱往往受到剪应力和弯曲应力的共同作用,导致其承载能力降低。因此,在计算急倾斜矿体矿柱尺寸时,需要采用更为复杂的方法。通常需要考虑间柱的承载能力、受力面积以及上覆岩层的重量等因素。此外,还需要利用数值分析软件进行模拟计算,以得出更为准确的矿柱尺寸。
在实际工程中,为了确保矿柱的稳定性和安全性,通常会采取一些额外的措施。例如,在矿柱周围设置支护结构来增强其承载能力;通过注浆等方式改善矿柱的力学性质;以及定期对矿柱进行检查和监测等。这些措施可以有效地提高矿柱的稳定性和安全性,确保矿山生产的顺利进行。
三、水平和缓倾斜矿体的矿柱尺寸计算方法
对于水平和缓倾斜矿体的矿柱尺寸计算,可以采用以下步骤进行:
确定上覆岩层重量
首先,需要确定上覆岩层的重量。这可以通过测量上覆岩层的高度和岩石的密度来计算得出。在计算过程中,需要注意考虑岩层的物理力学性质和节理裂隙发育程度等因素对重量的影响。
计算矿柱截面积
接下来,需要计算矿柱的截面积。这可以根据矿柱的形状和尺寸来确定。在实际工程中,矿柱的形状可能因开采条件和设计要求的不同而有所差异。因此,在计算截面积时,需要充分考虑矿柱的实际形状和尺寸。
确定荷载系数和安全系数
荷载系数是一个用于考虑额外荷载和不确定因素的系数。它可以根据工程经验和实际情况来确定。安全系数则是一个用于确保矿柱安全性的系数。它通常根据矿岩的物理力学性质和开采条件等因素来确定。在确定这两个系数时,需要充分考虑实际情况和工程要求。
计算矿柱尺寸
对于水平和缓倾斜矿体的矿柱,这个是比较容易计算的。因为这种矿柱就跟我们建房子里面大厅里面的柱子,它的原理是一样的。也就是说每根矿柱它的承受能力或者是它的尺寸,是根据这根矿柱上方它上覆的岩层高度或者岩层重量来决定。这样的话我们就可以根据这个公式来计算。

那么大家这个公式分析一下就能看出来,这个分母的上边它实际上就是上覆的重量,那么下边的话,分母就是矿柱的面积。上覆的这个岩层与矿柱本身去相比,这个时候它得到的强度要小于它的允许强度,也就是矿柱岩石本身的允许承载能力。再考虑一定的安全系数。这样我们能够简单地计算出矿柱的尺寸。
大家可以看到,公式中分子的S是矿柱支撑的上部覆岩面积,H是开采深度,K是荷载系数,分母的s是矿柱的截面积,N是安全系数。不过,H刚才也提到过了,这是我们一种简单的计算。但是实际里面肯定不能这么简单的按照开采深度来计算。因为开采深度所涵盖的岩石的重量并不等同于矿柱上部的岩层重量,这是对于水平或缓倾斜矿柱的计算。
需要注意的是,以上方法仅适用于水平和缓倾斜矿体的矿柱尺寸计算。对于急倾斜矿体的矿柱尺寸计算来说,由于受力状态更为复杂,因此需要采用更为复杂的方法进行计算。
四、急倾斜矿体矿柱计算方法探讨
急倾斜矿体的矿柱计算方法相对复杂,因为矿柱在开采过程中往往受到剪应力和弯曲应力的共同作用。以下是对急倾斜矿体矿柱计算方法的一些探讨:
考虑间柱的承载能力
对于急倾斜矿体来说,间柱是连续的矿柱,其承载能力相对较好。因此,在计算急倾斜矿体矿柱尺寸时,需要充分考虑间柱的承载能力。这可以通过对间柱进行力学分析和计算来得出其承载能力范围。
利用数值分析软件进行模拟计算
由于急倾斜矿体的开采条件特殊且复杂,因此很难通过简单的公式来计算矿柱尺寸。为了得出更为准确的计算结果,可以利用数值分析软件进行模拟计算。这可以通过建立矿山的数值模型来模拟开采过程中的受力状态和变形情况,从而得出符合实际情况的矿柱尺寸。
考虑多种因素的影响
在计算急倾斜矿体矿柱尺寸时,需要综合考虑多种因素的影响。这包括矿岩的物理力学性质、开采深度、上覆岩层高度、暴露面维持时间以及暴露面的几何形状等。通过全面考虑这些因素的影响,可以得出更为准确和可靠的矿柱尺寸计算结果。
采取额外的支护措施
为了确保急倾斜矿体矿柱的稳定性和安全性,通常需要采取一些额外的支护措施。例如,在矿柱周围设置支护结构来增强其承载能力;通过注浆等方式改善矿柱的力学性质;以及采用预裂爆破等技术来减小开采过程中的应力集中等。这些措施可以有效地提高矿柱的稳定性和安全性。
在实际工程中,对于急倾斜矿体矿柱尺寸的计算和确定,往往需要综合考虑多种因素,并采用多种方法进行分析和验证。例如,可以通过现场监测和试验来获取更为准确的数据和参数;可以利用先进的测试技术和设备来对矿岩的物理力学性质进行更为深入的研究和分析;还可以借鉴国内外相关领域的先进经验和成果来优化计算方法和提高计算精度等。
总之,在采矿工程中,通过利用矿岩的自承能力和合理确定矿柱参数来管理地压是一项至关重要的任务。这不仅可以确保矿山的安全与稳定,还可以提高采矿效率和经济效益。因此,在实际工程中,需要充分考虑各种因素的影响,并采用科学、合理的方法进行计算和分析,以确保矿柱尺寸的合理性和可靠性。同时,还需要加强现场监测和试验工作,及时发现问题并采取相应的措施进行处理和改进,以确保矿山生产的顺利进行和持续发展。
此外,随着科技的不断进步和采矿技术的不断发展,未来在矿柱尺寸计算和地压管理方面可能会有更多的创新和改进。例如,可以利用更为先进的数值分析软件和模拟技术来更为准确地预测和分析矿山的受力状态和变形情况;可以采用更为智能化的监测系统和传感器来实时监测矿柱的稳定性和安全性;还可以开发更为高效、环保的采矿技术和设备来降低对地压的敏感性和影响等。

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