矿柱尺寸计算

矿柱尺寸计算(calculation of pillar size)是指按矿柱的平均应力是否超过矿柱的许用抗压获强度来确定矿柱尺寸的计算方法。用空场采矿法开采缓倾斜矿体时用矿柱支撑上覆岩层；用空场采矿法开采倾斜或急倾斜矿体时，用间柱作为支撑上下盘岩体的主要构件1。

简介矿柱尺寸计算(calculation of pillar size)是指按矿柱的平均应力是否超过矿柱的许用抗压获强度来确定矿柱尺寸的计算方法。用空场采矿法开采缓倾斜矿体时用矿柱支撑上覆岩层；用空场采矿法开采倾斜或急倾斜矿体时，用间柱作为支撑上下盘岩体的主要构件1。

矿柱的抗压强度矿柱的抗压强度一般不是直接测出，而是通过对不同尺寸的小型岩体试块进行强度试验后推算出来的。推算时要考虑的因素和推算方法是：矿柱尺寸可按试块尺寸与强度的关系曲线将矿柱当作大试块推算出矿柱的抗压强度。矿柱支撑上覆岩层的时间长时，坚固岩石强度降低为80-70%。中等坚固以下岩石则降低为60%-40%。矿柱中的结构面可根据无结构面的岩体试块和结构面的表示剪应力与压应力关系的强度曲线推算有结构面岩体的强度。

采用岩体工程有限元法等数值模拟计算方法，可以更精确地确定矿柱尺寸1。

有效区域强度理论Bunting公式。在美国，为了计算矿柱强度、设计矿柱尺寸，早在1907 年Danieis 和Moore对煤岩试块进行强度试验后，发现试块的尺寸越大其强度越小；试块宽度不变的情况下，高度越大其强度也越小。1911年Bunting将这两种现象分别称为“尺寸效应”和“形状效应”2。

核区强度不等理论1970年，格罗布拉尔把矿柱核区强度与实际应力联系在一起，从而确定核区内不同位置的强度。该方法比较重视矿柱尺寸和形状，并认为矿柱核区各处强度不相等，核区平均应力即使高于极限值，由于破裂颗粒之间的内摩擦，也不会导致矿柱彻底破坏，但可能导致核区与顶、底板的连接性能降低，也可能引起矿柱突出或顶、底板在矿柱边缘附近出现超限移动2。

荷载理论压力拱理论最早由北英格兰开采支护委员会在1930年到1954年之间提出。用该理论设计矿柱时，根据上覆岩层的厚度来确定矿柱尺寸。

由于空区上方压力拱的形成，上覆岩层负荷只有少部分(开采层面与拱周边之间包含的岩层重量)作用到直接顶板上，其它覆岩重量会向采区两侧实体岩体(拱脚)转移。认为最大压力拱形状是椭圆形，其高度在采面上、下方分别是采面宽度的2倍3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学