房柱式開采礦柱尺寸優化分析
科學論壇
作者：趙海峰
摘 要：在房柱式開采中，礦柱寬度一方麵對巷道的穩定性及其相鄰采房的礦壓控製起著至關重要的作用，另一方麵直接影響著企業的經濟效益。本文針對汪清縣龍騰能源油頁岩礦的開采地質條件，采用理論計算和UDEC數值模擬的方法，對礦柱留設的合理尺寸進行了優化，對其可行性進行了分析。以及對礦柱有無錨杆支護進行比較，最終確定了合理的礦柱尺寸，為礦井的安全高效的回采提供了保障。
關鍵詞：房柱式；UDEC；理論計算；礦柱尺寸；錨杆支護
1 礦井開采概況
汪清縣龍騰能源油頁岩礦井采用走向前進房柱式采礦法進行開采，礦房順序回采。礦房的跨度為8m，礦房的高度為8m，礦柱的寬度5m。運輸巷和回風巷沿油頁岩層底板掘，開切眼沿油頁岩層頂板掘，，沿礦房的長軸線自下部運輸巷向上掘進至上部回風巷[3]。運輸巷及回風巷標高分別為+325m和+330m，地麵標高+412m。錨杆長1.8m，直徑20mm，間排距：0.8×0.8m。
2 理論計算
2.1 礦柱上方載荷計算
礦柱載荷一般采用輔助麵積法計算，其實質是僅考慮圍岩的自重應力場，並認為采空區上方的覆岩重量全部轉移到礦柱上。當礦柱布置方式均勻、尺寸相等、開采區域足夠大和采深較小時，輔助麵積理論計算出的礦柱載荷較為合理。在這裏取礦房的寬度相等。
2.2 礦柱寬度的確定
通常假設礦柱處於簡單的單向受壓狀態，所以，在設計礦柱尺寸時，可按下式進行計算礦強度：
R≥nσ
式中：n—安全係數。
理論上認為安全係數n>1時，礦柱是穩定的，n
綜上所述，理論計算礦柱穩定時的寬度至少為4m。
3 數值模擬
根據房柱式開采的特點，我們用UDEC軟件基於“拉格朗日”算法來進行模擬。為比較出合理的礦柱尺寸，現選取三組模型進行模擬實驗，分別為，方案一：礦柱的寬度為4m，無錨杆支護。方案二：礦柱的寬度為3m，無錨杆支護。方案三：礦柱的寬度為3m，有錨杆支護[8-10]。其頂板都采用錨杆支護，錨杆參數引用原礦。
用計算機模擬出每種方案第二個礦柱內礦體水平位移的變化情況，我們通過礦柱水平位移圖。
（1）在方案一（礦柱4m無支護）的條件下，礦柱在承載後兩側向礦房內產生水平位移，位移量由外向裏逐漸減小，外部最大位移量25mm，而在其中部一定範圍內則是位移穩定區，即沒有位移或位移接近0，說明煤柱在該開采地質條件下有很好的整體穩定性和承載能力。
（2）在方案二（礦柱3m無支護）的條件下，礦柱兩側位移較大，最大位移量達到430mm，礦柱無法承受上覆岩層的載荷，發生變形失穩。
（3）在方案三（礦柱3m有支護）的條件下，其位移和方案一的相近，外側最大位移量為41mm，位移量很小，中部也有一定範圍的位移穩定區，表明在錨杆支護的條件下，礦柱強度得到提高，能夠對頂板進行有效支護。
4 結論
通過三種方案的比較，方案三最大化的減小煤柱尺寸，同時確保礦柱的穩定，提高了資源回采率。最終確立汪清縣龍騰能源油頁岩礦的支護方案為礦柱寬度為3m，並對礦柱進行錨杆支護，較原礦的礦柱寬度5m減少了2m。
參考文獻
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