<H2>矿柱稳定性分析和评价
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< ><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。
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< ><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。
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< 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:
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< >(<FONT face="Times New Roman">1</FONT>)破坏不再发展,矿柱继续保持稳定。
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< ><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。
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< ><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
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< ><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。
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<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。
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<P><B><FONT face="Times New Roman">3.1</FONT></B><B>矿柱稳定性影响因素</B><B>
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<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:
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<P><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>1<FONT face=宋体>)矿柱受载大小;
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<P><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>2<FONT face=宋体>)矿柱的高宽比;
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<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。
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<P><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>3<FONT face=宋体>)矿房的尺寸与矿柱尺寸;
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<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。
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<P><FONT size=3><FONT face=宋体>(</FONT>4<FONT face=宋体>)构造因素
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<P><FONT size=3><FONT face=宋体>对空场及矿柱中的结构面调查分析。
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<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。
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<P><B><FONT face="Times New Roman">3.2 </FONT></B><B>矿柱稳定性计算</B><B>
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<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。
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<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
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<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。
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<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)。
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