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[技术交流] 非煤:矿柱稳定性分析

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发表于 2005-1-17 00:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
<H2>矿柱稳定性分析和评价

</H2>
<><FONT size=3><FONT face=宋体>矿柱不仅用于维护矿房的稳定,也用于隔离大面积空场与保护井巷、地表及建筑物的安全,</FONT> <FONT face=宋体>矿柱形状及尺寸的选择既关系到采场的稳定性又关系到矿石回收率的高低,在实际工作中必须兼顾这两方面的因素,既能维护采场的稳定性,又能使矿石回收率最高。从维护采场稳定性方面考虑,矿柱间距应小于极限跨度,矿柱横断面尺寸应满足强度要求。如果个别矿柱尺寸过小,一旦被压跨,势必使采场实际跨度过大而导致冒顶,与此同时覆岩压力转移到其它相邻矿柱上也可能迫使这些矿柱破坏,引起连锁反应。
<p></FONT></FONT>
<p>
<><FONT size=3><FONT face=宋体>在矿体采矿引起了应力重新分布和矿柱荷载的增加,如图</FONT> <FONT face=宋体>所示。如果矿柱中的应力状态低于原岩强度,则矿柱保持完整。当矿柱发生破裂时,采矿所关心的通常是矿柱峰值承载能力上。其次关心的是矿柱峰值后,或是最终的荷载位移特性。</FONT></FONT></P>
< align=center><FONT size=3>图<FONT face="Times New Roman"> </FONT>矿柱轴线方向应力分量随着采场采矿的重分布</FONT></P>
<><FONT size=3><FONT face=宋体>矿柱对采矿所引起荷载的整体响应取决于该矿柱的绝对或相对大小。矿柱岩体的地质构造和围岩对矿柱所施加的表面约束特性,图</FONT><FONT face=宋体>为矿柱变形性状的主要模式。
<p></FONT></FONT>
<p>
< align=center><WRAPBLOCK><v:shape><FONT size=3><FONT face=宋体><v:imagedata></v:imagedata><w:wrap type="topAndBottom"></w:wrap></FONT></FONT></v:shape></WRAPBLOCK><BR clear=all><FONT size=3>图<FONT face="Times New Roman">   </FONT>矿柱变形性状的主要模式</FONT></P>
<><FONT size=3><FONT face=宋体>值得指出的是,矿柱在外载荷达极限值虽可能出现破裂,但并未立即丧失全部承载能力,其发展结果有两种:
<p></FONT></FONT>
<p>
<>(<FONT face="Times New Roman">1</FONT>)破坏不再发展,矿柱继续保持稳定。
<p>
<p>
<><FONT size=3><FONT face=宋体>若顶板载荷随其下沉变形迅速降低,则矿柱屈服后仍可依靠残余强度支承地压,即继续保持自身的稳定。
<p></FONT></FONT>
<p>
<><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>2<FONT face=宋体>)矿柱的破坏继续发展直至丧失稳定
<p></FONT></FONT>
<p>
<><FONT size=3><FONT face=宋体>若顶板载荷随顶板的下沉变化很小,矿柱屈服后的残余强度不足以支承地压,故矿柱一旦屈服或破裂,必然一直发展至完全坍塌为止。
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>以上分析了矿柱设计的一般性原则,本次安全评价中采用了理论计算法对XXXXX矿柱的稳定性分析。
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><B><FONT face="Times New Roman">3.1</FONT></B><B>矿柱稳定性影响因素</B><B>
<p></B>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>影响矿柱稳定性的因素较多,本次矿柱稳定性分析计算所考虑的影响因素主要有如下几项:
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>1<FONT face=宋体>)矿柱受载大小;
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>2<FONT face=宋体>)矿柱的高宽比;
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>矿柱宽高比大的矿柱稳定性好,常常以宽高比做为矿柱设计的主要指标。
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>3<FONT face=宋体>)矿房的尺寸与矿柱尺寸;
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>矿房尺寸与矿柱分布应相互协调,矿柱的分布及尺寸宜保持均匀一致,否则尺寸小的或支护面积大的矿柱,可能先期破坏而将载荷转嫁于相邻矿柱,造成大面积垮塌。
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>4<FONT face=宋体>)构造因素
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>对空场及矿柱中的结构面调查分析。
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>5<FONT face=宋体>)矿体自身的强度:包括单轴抗拉强度和单轴抗压强度。
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><B><FONT face="Times New Roman">3.2 </FONT></B><B>矿柱稳定性计算</B><B>
<p></B>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>矿柱的布置形式有两种,一种是连续条带式矿柱,另一种是不连续的断面为圆形或方形的矿柱;显然,研究矿柱的力学性能,正确进行矿柱设计,须解决作用于矿柱的荷载、矿柱中的应力分布和矿柱本身强度等问题。
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><st1:chsdate w:st="on" Year="1899" Month="12" Day="30" IsLunarDate="False" IsROCDate="False">3.2.1</st1:chsdate> <FONT face=宋体>矿柱的平均应力
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT face=宋体 size=3>矿柱的面积承载理论认为:矿柱所承受的载荷是其所支撑的顶板范围内直通地表的上覆岩柱的重力,该岩柱的底面积S即是按岩柱分摊的开采面积与矿柱自身面积之和,由此假设计算矿柱的平均应力。</FONT></P>
<P><FONT face=宋体 size=3>图列出了几种不同的矿柱布置方式中平均应力的计算公式。在所有情况下,σp值均用一个单独矿柱上岩柱的重量与该矿柱的平面图面积之比来表示。</FONT></P>
<P align=center><WRAPBLOCK><v:shape><FONT size=3><FONT face=宋体><v:imagedata></v:imagedata><w:wrap type="topAndBottom"></w:wrap></FONT></FONT></v:shape></WRAPBLOCK><BR clear=all><FONT size=3>图<FONT face="Times New Roman">   </FONT>几种典型的房柱法方案中矿柱的平均垂直应力</FONT></P>
<P><FONT face=宋体 size=3>式中:r —岩石的单位重量;</FONT></P>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>      z —埋藏深度;</FONT></FONT></P>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>Wo,Wp—分别为矿房和矿柱的宽度。</FONT></FONT></P>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>由于公式的前提假定,导致其计算结果要比实际载荷高</FONT>40<FONT face=宋体>%(</FONT>Hustrulid<FONT face=宋体>和</FONT>Swanson<FONT face=宋体>,</FONT>1981<FONT face=宋体>年)。但由于该种方法计算公式简单易行,成为全美最通用的矿柱载荷计算公式(</FONT>Bieniawski<FONT face=宋体>,</FONT>1984<FONT face=宋体>年),在其他国家也得到了较广泛的应用。
<p></FONT></FONT>
<p>
<P><FONT size=3><FONT face=宋体>正确估算矿柱所受的载荷,是矿柱设计的关键步骤之一,对于如何计算矿柱所承受的荷载,国内外相继提出了一些假设和理论,除了上述面积承载理论外,还包括压力拱理论(北英格兰开采支护委员会,</FONT>1930<FONT face=宋体>年;</FONT>Holland<FONT face=宋体>,</FONT>1963<FONT face=宋体>年;</FONT>Woodruff<FONT face=宋体>,</FONT>1966<FONT face=宋体>年)、有效区域理论(</FONT>Rowlands<FONT face=宋体>,</FONT>1969<FONT face=宋体>年;</FONT>Richards<FONT face=宋体>,</FONT>1978<FONT face=宋体>年;</FONT> King<FONT face=宋体>,</FONT>1970<FONT face=宋体>年)和</FONT>Wilson<FONT face=宋体>理论(</FONT>1972<FONT face=宋体>年)。
<p></FONT></FONT>
<p>
[此贴子已经被作者于2005-1-16 11:47:36编辑过]

 楼主| 发表于 2005-1-17 00:31 | 显示全部楼层
< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; LINE-HEIGHT: 150%"><FONT size=3><st1:chsdate w:st="on" Year="1899" Month="12" Day="30" IsLunarDate="False" IsROCDate="False">3.2.2</st1:chsdate> <FONT face=宋体>矿柱强度<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>为了计算矿柱的强度,一个多世纪以来,世界各主要采矿国家均进行了大量的实验室和现场原位实验。在实验研究和实例调查的基础上,结合理论分析,提出了</FONT>10<FONT face=宋体>余种矿柱的强度计算公式。但这些计算公式大多都是对煤矿矿柱的研究结果,而对金属矿山矿柱的研究较少。<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>1<FONT face=宋体>)</FONT>Bunting<FONT face=宋体>公式(</FONT>1911<FONT face=宋体>年)<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>煤岩的单轴抗压强度是早期岩石力学研究首先探讨的问题之一。</FONT>Bunting<FONT face=宋体>最早提出了计算煤柱强度的经验公式:<p></p></FONT></FONT></P>< 6pt 0cm; TEXT-INDENT: 21.85pt; LINE-HEIGHT: 18pt; TEXT-ALIGN: center; mso-para-margin-left: 0cm; mso-para-margin-top: .5gd; mso-para-margin-right: 0cm; mso-para-margin-bottom: .5gd; mso-line-height-rule: exactly" align=center><FONT face="Times New Roman">              </FONT><v:shape><v:imagedata><FONT face="Times New Roman"></FONT></v:imagedata></v:shape><FONT face="Times New Roman">                     </FONT>(<FONT face="Times New Roman">6-9</FONT>)<p></p></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>式中:</FONT> Sp <FONT face=宋体>—</FONT> <FONT face=宋体>矿柱的强度,</FONT>Mpa<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>       S<SUB>l</SUB> <FONT face=宋体>—</FONT> <FONT face=宋体>矿岩强度参数,</FONT>Mpa<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>       Wp<FONT face=宋体>—</FONT> <FONT face=宋体>矿柱的矿度,</FONT>m<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>        H <FONT face=宋体>—</FONT> <FONT face=宋体>矿柱的高度,</FONT>m<FONT face=宋体>。<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>Bunting<FONT face=宋体>通过原位煤柱破坏分析,确定无烟煤的强度参数</FONT>S<SUB>l</SUB>=7Mpa<FONT face=宋体>。</FONT>Bunting<FONT face=宋体>关于煤柱强度的计算方法对后来煤柱强度的研究产生了非常重要的影响。<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>2<FONT face=宋体>)</FONT>Zern<FONT face=宋体>公式(</FONT>1928<FONT face=宋体>年)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>1928<FONT face=宋体>年</FONT>Zern<FONT face=宋体>在其编写的《煤矿工人手册》(《</FONT>Coal Miners Pocketbook<FONT face=宋体>》)中建议煤柱的强度用下式计算:<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>                 </FONT><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>                             </FONT><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6-10<FONT face=宋体>)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>参数意义同式(</FONT>6-9<FONT face=宋体>)。<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>Zern <FONT face=宋体>建议煤柱强度参数</FONT>S<SUB>l</SUB><FONT face=宋体>取值为</FONT>4.8<FONT face=宋体>~</FONT>7Mpa<FONT face=宋体>。<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体> </P><p></p></FONT></FONT>
 楼主| 发表于 2005-1-17 00:32 | 显示全部楼层
< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>3<FONT face=宋体>)</FONT>Holland <FONT face=宋体>—</FONT> Gaddy<FONT face=宋体>公式(</FONT>1964<FONT face=宋体>年)<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>1956<FONT face=宋体>年,</FONT> Gaddy<FONT face=宋体>等人通过实验室实验的得出了煤岩试块强度σ</FONT>c<FONT face=宋体>随试块尺寸的增加而减小的规律:<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>                          </FONT><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>                            </FONT><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6-11<FONT face=宋体>)<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>式中:</FONT>  k <FONT face=宋体>—</FONT> Gaddy<FONT face=宋体>常数;<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>        <FONT face=宋体>σ</FONT>c <FONT face=宋体>—</FONT> <FONT face=宋体>边长为</FONT><st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="in" SourceValue="1" HasSpace="True" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">1 in</st1:chmetcnv>(<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="cm" SourceValue="2.5" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">2.5cm</st1:chmetcnv>)<FONT face=宋体>立方试块的强度;<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>        d <FONT face=宋体>—</FONT> <FONT face=宋体>试块的尺寸,</FONT>in<FONT face=宋体>。<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>Gaddy<FONT face=宋体>的公式使得如下</FONT>Hollad<FONT face=宋体>—</FONT>Gaddy<FONT face=宋体>煤柱强度公式得到广泛的应用:<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>                     </FONT><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>                         </FONT><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6-12<FONT face=宋体>)<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>Hollad<FONT face=宋体>—</FONT>Gaddy<FONT face=宋体>公式适合于宽高比为</FONT>2<FONT face=宋体>~</FONT>8<FONT face=宋体>的煤柱。<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>4<FONT face=宋体>)</FONT>Salamon <FONT face=宋体>—</FONT> Munro<FONT face=宋体>公式(</FONT>1967<FONT face=宋体>年)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>Salamon<FONT face=宋体>与</FONT>Munro<FONT face=宋体>于</FONT>1967<FONT face=宋体>年对南非失稳和稳定的煤柱作了一次调查,总结出计算方形煤柱强度的经验公式如下:<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>                     </FONT><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>                         </FONT><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6-13<FONT face=宋体>)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>式中:</FONT>k<FONT face=宋体>,α,β</FONT> <FONT face=宋体>—</FONT> <FONT face=宋体>常数;<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>式(</FONT>6-14<FONT face=宋体>)中的常数是根据南非煤矿的经验数据与调查统计资料。在全部调查的</FONT>125<FONT face=宋体>个煤柱中,</FONT>98<FONT face=宋体>例为稳定煤柱,</FONT>27<FONT face=宋体>例为已遭受破坏的煤柱。所提出的煤柱强度公式为:<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>                    </FONT><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>                       </FONT><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6-14<FONT face=宋体>)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>南非煤矿使用该公式时建议的安全系数取</FONT>1.6(1.31<FONT face=宋体>~</FONT>1.88)<FONT face=宋体>。<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>5<FONT face=宋体>)</FONT>Obert<FONT face=宋体>—</FONT>Duvall/Wang<FONT face=宋体>公式(</FONT>1967<FONT face=宋体>年)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>Obert <FONT face=宋体>—</FONT> Duvall/Wang<FONT face=宋体>于</FONT>1967<FONT face=宋体>年根据硬岩和弹性理论提出,矿柱强度可按下式计算:<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>                    </FONT><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>              </FONT><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6-15<FONT face=宋体>)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>式中:σ</FONT>m <FONT face=宋体>—</FONT> <FONT face=宋体>原位临界立方体单轴强度,</FONT>Mpa<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>1975<FONT face=宋体>年</FONT>CSM<FONT face=宋体>(科罗拉多矿业学院)研究证明:公式(</FONT>6-15<FONT face=宋体>)适用于宽高比为</FONT>1<FONT face=宋体>~</FONT>8<FONT face=宋体>的矿柱。<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6<FONT face=宋体>)</FONT>Bieniawski<FONT face=宋体>公式(</FONT>1968<FONT face=宋体>年)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>Bieniawski<FONT face=宋体>(</FONT>1969<FONT face=宋体>年,</FONT>1975<FONT face=宋体>年)与</FONT> Van Heerden(1975<FONT face=宋体>年</FONT>)<FONT face=宋体>通过对南非</FONT>Witbank<FONT face=宋体>煤田宽高比为</FONT>0.5<FONT face=宋体>~</FONT>34<FONT face=宋体>的</FONT>66<FONT face=宋体>个煤柱试件的大规模原位测试求出的煤柱强度计算公式如下:<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>                   </FONT><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>                 </FONT><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6-16<FONT face=宋体>)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>上式应用了“临界尺寸(</FONT>critical size<FONT face=宋体>)”的概念,即:当试块的尺寸超过“临界尺寸”以后,试块的强度将不再随尺寸的增加而减小。浩兰德(</FONT>1973<FONT face=宋体>年)认为,美国矿山应用这一公式时,安全系数为</FONT> 2.0<FONT face=宋体>已足够,房柱法采矿可取安全系数为</FONT>1.5<FONT face=宋体>~</FONT>2.0<FONT face=宋体>。<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>1981<FONT face=宋体>年,</FONT>Bieniawski<FONT face=宋体>再次推荐的煤柱强度计算公式为:<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>                  </FONT><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>                 </FONT><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6-17<FONT face=宋体>)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>式中</FONT>   <FONT face=宋体>α—</FONT> <FONT face=宋体>常数;<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>在美国宾洲进行的实验研究表明:当煤柱的宽高比大于</FONT>5<FONT face=宋体>时,α</FONT>=1.4<FONT face=宋体>;而当煤柱的宽高比小于</FONT>5<FONT face=宋体>时,α</FONT>=1.0<FONT face=宋体>。<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>从以上计算公式可看出,各学者所提出的公式均考虑了矿柱宽高比(</FONT>w<SUB>p</SUB>/h<FONT face=宋体>)对矿柱强度的影响。<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>除了以上各计算矿柱强度的公式外,国内外学者还提出了其它一些强度的计算公式,如格罗布拉尔于</FONT>1970<FONT face=宋体>年提出的核区强度不等理论,</FONT>Wilson<FONT face=宋体>(</FONT>1972<FONT face=宋体>年)在“核区强度不等理论”的基础上,提出了“两区约束理论”。近</FONT>20<FONT face=宋体>年来,国内学者也提出了包括基于弹性断裂力学的大板裂隙理论(白矛、刘天泉,</FONT>1983<FONT face=宋体>年)、基于</FONT>Allamif<FONT face=宋体>(</FONT>1967<FONT face=宋体>年)理论,发展和完善了极限平衡理论(马念杰,</FONT>1989<FONT face=宋体>年;吴立新,</FONT>1994<FONT face=宋体>年)。<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; LINE-HEIGHT: 150%"><FONT size=3><st1:chsdate w:st="on" Year="1899" Month="12" Day="30" IsLunarDate="False" IsROCDate="False">3.2.3</st1:chsdate> <FONT face=宋体>矿柱稳定性计算分析<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 0cm 6pt; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0; mso-para-margin-bottom: .5gd">根据采场结构参数,在<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="188" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">188m</FONT></st1:chmetcnv>水平,矿房宽<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="8" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">8m</FONT></st1:chmetcnv>,长<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="50" HasSpace="True" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">50 m</FONT></st1:chmetcnv>,高<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="8" HasSpace="True" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">8 m</FONT></st1:chmetcnv>,留有<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="8" HasSpace="True" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">8 m</FONT></st1:chmetcnv>连续矿柱,留顶柱<FONT face="Times New Roman">3</FONT>~<FONT face="Times New Roman">5m</FONT>;在<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="173" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">173m</FONT></st1:chmetcnv>、<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="153" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">153m</FONT></st1:chmetcnv>、<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="140" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">140m</FONT></st1:chmetcnv>水平及<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="50" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">50m</FONT></st1:chmetcnv>水平南端,采场宽<FONT face="Times New Roman">10</FONT>~<FONT face="Times New Roman">12m</FONT>,高<FONT face="Times New Roman">8</FONT>~<FONT face="Times New Roman">12m</FONT>,长<FONT face="Times New Roman">30</FONT>~<FONT face="Times New Roman">50m</FONT>,永久矿柱宽<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="6" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">6m</FONT></st1:chmetcnv>,留有<FONT face="Times New Roman">3</FONT>~<FONT face="Times New Roman">5m</FONT>顶柱。<FONT face="Times New Roman">116</FONT>水平与<FONT face="Times New Roman">140</FONT>水平走向方向留有<FONT face="Times New Roman">15</FONT>~<FONT face="Times New Roman">30m</FONT>的连续矿柱,<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="116" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">116m</FONT></st1:chmetcnv>水平和<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="65" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">65m</FONT></st1:chmetcnv>水平北端采场宽<st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="12" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0"><FONT face="Times New Roman">12m</FONT></st1:chmetcnv>,高<FONT face="Times New Roman">8</FONT>~<FONT face="Times New Roman">12m</FONT>,留<FONT face="Times New Roman">8</FONT>~<FONT face="Times New Roman">11m</FONT>连续矿柱,留青XX顶柱<FONT face="Times New Roman">3</FONT>~<FONT face="Times New Roman">5m</FONT>。即按条形矿柱计算矿柱的安全系数。<p></p></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>根据以上计算公式的使用条件及XXX矿所留矿柱的宽高情况,本次矿柱稳定性计算中采用条带时矿柱的平均应力计算方法,采用</FONT>Bieniawski<FONT face=宋体>推荐的煤柱强度计算公式计算矿柱的强度。</P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>XXXX矿矿岩强度参数的取值方法为,根据室内强度参数试验结果和岩层完整性状况,按下式计算:<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 168pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 14.0"><v:shape><v:imagedata><FONT face=宋体 size=3></FONT></v:imagedata></v:shape><FONT size=3>                       </FONT><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>6-18<FONT face=宋体>)<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT face=宋体 size=3>式中:</FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>Rc——<FONT face=宋体>室内岩石试验强度,</FONT>Rc =29.6Mpa<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3>K<SUB>v</SUB>——<FONT face=宋体>岩体完整性系数,</FONT>K<SUB>v</SUB>=0.75<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P><P 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>根据采场结构参数计算的矿柱稳定性结果如下表</FONT>6-4<FONT face=宋体>。<p></p></FONT></FONT></P><p></p></FONT></FONT>
 楼主| 发表于 2005-1-17 00:36 | 显示全部楼层
< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; LINE-HEIGHT: 150%; TEXT-ALIGN: center" align=center><FONT size=3><FONT face=宋体>采场顶板临界稳定厚度的计算结果</FONT>      <FONT face=宋体>表</FONT></FONT><FONT size=3><st1:chsdate w:st="on" Year="1899" Month="12" Day="30" IsLunarDate="False" IsROCDate="False">.2.4</st1:chsdate> <FONT face=宋体>国内外矿柱设计安全系数的选取<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>当选取</FONT>Bieniawski<FONT face=宋体>矿柱强度进行矿柱设计时,如果不考虑矿柱的长期稳定性问题,即只考虑矿柱生产期间的稳定性,</FONT>Bieniawski<FONT face=宋体>(</FONT>1992<FONT face=宋体>年)建议取如下的安全系数作为矿柱设计的依据:<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>房柱式开采(不回收矿柱):安全系数</FONT>ks=1.5<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>主要巷道矿柱以及回收矿柱:安全系数</FONT>ks=2.0<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>边界矿柱:安全系数</FONT>ks=2.5<FONT face=宋体>。<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>当需要考虑由于矿柱长期负载而失稳可能对地表建筑物造成损害时,在对矿柱强度的长时效应以及矿柱所受的载荷和矿柱强度随时间的变化进行仔细的评估的情况下,矿柱的安全系数取值如下:<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>公共道路、机动车房:安全系数</FONT>ks=1.5<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>住宅、办公室、工业建筑:安全系数</FONT>ks=2.0<FONT face=宋体>;<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>医院、学校、寺庙、水坝:安全系数</FONT>ks=2.5<FONT face=宋体>。<p></p></FONT></FONT></P>< 0cm 5.1pt 0pt 0cm; TEXT-INDENT: 24pt; LINE-HEIGHT: 150%; mso-char-indent-count: 2.0"><FONT size=3><FONT face=宋体>根据XXXX矿的情况,对现有矿柱系统不考虑回收,由现有矿柱来保证上覆岩层及地表的长期稳定性,在评价现有实际状况的稳定性时,取安全系数</FONT>2.0<FONT face=宋体>作为评价标准。根据矿柱稳定性计算结果,</FONT><st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="188" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">188m</st1:chmetcnv><FONT face=宋体>、</FONT><st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="173" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">173m</st1:chmetcnv><FONT face=宋体>和</FONT><st1:chmetcnv w:st="on" UnitName="m" SourceValue="153" HasSpace="False" Negative="False" NumberType="1" TCSC="0">153m</st1:chmetcnv><FONT face=宋体>老采区矿柱的安全系数大于</FONT>2.0<FONT face=宋体>,矿柱稳定;但现有新采区如采场结构参数布置不当,在长期风化和徐变作用下,有可能造成矿柱失稳,因此矿山应严格按设计的采场参数施工。</FONT></FONT><p></p></P>
 楼主| 发表于 2005-1-17 00:37 | 显示全部楼层
<>矿柱稳定性分析和评价
矿柱不仅用于维护矿房的稳定,也用于隔离大面积空场与保护井巷、地表及建筑物的安全, 矿柱形状及尺寸的选择既关系到采场的稳定性又关系到矿石回收率的高低,在实际工作中必须兼顾这两方面的因素,既能维护采场的稳定性,又能使矿石回收率最高。从维护采场稳定性方面考虑,矿柱间距应小于极限跨度,矿柱横断面尺寸应满足强度要求。如果个别矿柱尺寸过小,一旦被压跨,势必使采场实际跨度过大而导致冒顶,与此同时覆岩压力转移到其它相邻矿柱上也可能迫使这些矿柱破坏,引起连锁反应。</P><>在矿体采矿引起了应力重新分布和矿柱荷载的增加,如图 所示。如果矿柱中的应力状态低于原岩强度,则矿柱保持完整。当矿柱发生破裂时,采矿所关心的通常是矿柱峰值承载能力上。其次关心的是矿柱峰值后,或是最终的荷载位移特性。</P><>
图 矿柱轴线方向应力分量随着采场采矿的重分布</P><>矿柱对采矿所引起荷载的整体响应取决于该矿柱的绝对或相对大小。矿柱岩体的地质构造和围岩对矿柱所施加的表面约束特性,图6-3为矿柱变形性状的主要模式。</P><>
图   矿柱变形性状的主要模式</P><>值得指出的是,矿柱在外载荷达极限值虽可能出现破裂,但并未立即丧失全部承载能力,其发展结果有两种:</P><>(1)破坏不再发展,矿柱继续保持稳定。</P><>若顶板载荷随其下沉变形迅速降低,则矿柱屈服后仍可依靠残余强度支承地压,即继续保持自身的稳定。</P><>(2)矿柱的破坏继续发展直至丧失稳定</P><>若顶板载荷随顶板的下沉变化很小,矿柱屈服后的残余强度不足以支承地压,故矿柱一旦屈服或破裂,必然一直发展至完全坍塌为止。</P><P>以上分析了矿柱设计的一般性原则,本次安全评价中采用了理论计算法对XXXX矿柱的稳定性分析。</P><P>3.1矿柱稳定性影响因素</P><P>影响矿柱稳定性的因素较多,本次矿柱稳定性分析计算所考虑的影响因素主要有如下几项:</P><P>(1)矿柱受载大小;</P><P>(2)矿柱的高宽比;</P><P>矿柱宽高比大的矿柱稳定性好,常常以宽高比做为矿柱设计的主要指标。</P><P>(3)矿房的尺寸与矿柱尺寸;</P><P>矿房尺寸与矿柱分布应相互协调,矿柱的分布及尺寸宜保持均匀一致,否则尺寸小的或支护面积大的矿柱,可能先期破坏而将载荷转嫁于相邻矿柱,造成大面积垮塌。</P><P>(4)构造因素</P><P>对空场及矿柱中的结构面调查分析。</P><P>(5)矿体自身的强度:包括单轴抗拉强度和单轴抗压强度。</P><P>3.2 矿柱稳定性计算</P><P>矿柱的布置形式有两种,一种是连续条带式矿柱,另一种是不连续的断面为圆形或方形的矿柱;显然,研究矿柱的力学性能,正确进行矿柱设计,须解决作用于矿柱的荷载、矿柱中的应力分布和矿柱本身强度等问题。</P><P>3.2.1 矿柱的平均应力</P><P>矿柱的面积承载理论认为:矿柱所承受的载荷是其所支撑的顶板范围内直通地表的上覆岩柱的重力,该岩柱的底面积S即是按岩柱分摊的开采面积与矿柱自身面积之和,由此假设计算矿柱的平均应力。</P><P>图6-4列出了几种不同的矿柱布置方式中平均应力的计算公式。在所有情况下,σp值均用一个单独矿柱上岩柱的重量与该矿柱的平面图面积之比来表示。</P><P>
图   几种典型的房柱法方案中矿柱的平均垂直应力</P><P>式中:r —岩石的单位重量;</P><P>      z —埋藏深度;</P><P>Wo,Wp—分别为矿房和矿柱的宽度。</P><P>由于公式的前提假定,导致其计算结果要比实际载荷高40%(Hustrulid和Swanson,1981年)。但由于该种方法计算公式简单易行,成为全美最通用的矿柱载荷计算公式(Bieniawski,1984年),在其他国家也得到了较广泛的应用。</P><P>正确估算矿柱所受的载荷,是矿柱设计的关键步骤之一,对于如何计算矿柱所承受的荷载,国内外相继提出了一些假设和理论,除了上述面积承载理论外,还包括压力拱理论(北英格兰开采支护委员会,1930年;Holland,1963年;Woodruff,1966年)、有效区域理论(Rowlands,1969年;Richards,1978年; King,1970年)和Wilson理论(1972年)。
</P>
 楼主| 发表于 2005-1-17 00:37 | 显示全部楼层
<>公共道路、机动车房:安全系数ks=1.5;</P><>住宅、办公室、工业建筑:安全系数ks=2.0;</P><>医院、学校、寺庙、水坝:安全系数ks=2.5。</P><>根据XX经X矿的情况,对现有矿柱系统不考虑回收,由现有矿柱来保证上覆岩层及地表的长期稳定性,在评价现有实际状况的稳定性时,取安全系数2.0作为评价标准。根据矿柱稳定性计算结果,188m、173m和153m老采区矿柱的安全系数大于2.0,矿柱稳定;但现有新采区如采场结构参数布置不当,在长期风化和徐变作用下,有可能造成矿柱失稳,因此矿山应严格按设计的采场参数施工。</P>
发表于 2005-1-17 01:27 | 显示全部楼层
<>太厉害了,佩服,有个业余问题,对于采空区,如果下面还有矿,或者上面还有矿,如何开采!</P><>还有,所谓回采,究竟如何保证采空区地表不塌陷!</P>
发表于 2005-1-18 22:55 | 显示全部楼层
<><b><FONT color=#0000ff>风萧萧,你不是学采矿的吧?</FONT></b></P><><b><FONT color=#0000ff>分层充填开采.或者矿产厚度不大的话,可以不充填.</FONT></b></P>
发表于 2005-2-26 06:07 | 显示全部楼层
谢谢
发表于 2005-3-23 21:56 | 显示全部楼层
谢谢了,不错啊
发表于 2007-6-21 12:52 | 显示全部楼层
谢谢,先下下来,再研究研究。
发表于 2007-6-21 13:56 | 显示全部楼层
图和公式为什么看不到?
发表于 2007-11-25 12:57 | 显示全部楼层
好人,好事,太好了。谢谢!
发表于 2010-12-7 16:02 | 显示全部楼层
谢谢
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