頂柱

隨着礦山露天開採深度的增加，開採成本同時也在增加。從開採技術和經濟利益角度分析，露天開採越來越不適合。為了保持開採礦量的穩定，礦山一般採用露天和地下聯合開採方案。露天轉地下的方案很多，根據石人溝鐵礦的實際情況(採用場內排渣，將要採用地下開採的南區其露天坑已作為北區露天開採的排渣場) ，採用留設境界頂柱的開採方案，在露天坑底留有一定厚度的境界頂柱，以保證開採的正常進行。境界頂柱厚度的確定需要考慮很多因素，留設過小會影響地下開採的安全；留設過厚又會造成礦產資源的嚴重浪費(礦柱回採率只有40 %左右) 。所以，境界頂柱厚度的確定是一項非常重要而又複雜的工作 ^[1]  。

頂柱是指一種安全礦柱。是由地下采場頂部的終止回採水平至上鄰階段的運輸巷道底板之間，為安全而保留的那部分礦體。頂柱的作用是保護上鄰階段運輸巷道的安全，隔離已採區崩落的岩石。

影響境界頂柱安全厚度的因素較多，不同因素的組合及參數的不確定性，使得難以用理論方法計算。國內外確定採空區處理所需境界礦柱厚度的方法主要有以下幾種：

(1) K. B. 魯別涅依他等人的公式；

(2) B. И. 波哥留波夫的公式；

(3) 平板梁理論推導；

(4) 鬆散係數理論；

(5) 經驗類比法等。

綜合來看，這些公式都有一定的假定條件和片面性，存在一定的適用範圍，並不能完全真實地反應實際情況。因此，這些公式不完全適合確定境界礦柱的厚度 ^[2]  。

(1)線斷面由於礦柱較薄，採空區寬度小，預留的頂柱厚度較大，開採引起的頂柱拉應力區較小，穩定性較好，使得其比較安全，當採高達30～40 m 以上時，兩幫可能出現局部塑性區，不會影響安全生產。

(2)線斷面礦柱較厚(16～20 m 左右) ，尤其是空區寬度大，開採引起的頂柱拉應力區較大，在上覆巖體自重作用下，頂柱的兩側接觸面局部破壞，但沒有形成自下向上到坑底的連通面，穩定性較好，不會形成突然冒頂災害。考慮到地下水對底板面弱化作用，間柱的保護作用顯得格外重要，要加強間柱的維護，並注意觀測其變形破壞狀況。

(3) 斷層是危害採礦順利進行的主要控制因素。空區穿越斷層，將引起圍巖破壞，並誘發頂柱冒落和突湧危害，現場風巷施工時確發生了類似危害事故。建議巷道掘進通過線斷面時，遇到斷層前，要打超前探測孔，觀測斷層與地表的水力聯繫和湧水量，為進一步分析突湧災害提供可靠依據。為了確保間柱的足夠尺寸，測量間柱變形破壞情況，建議在巷道掘進時，觀測巷道巖壁的裂隙分佈、產狀和淋水情況。

(4) 頂柱和兩側圍巖的不整合接觸面是突冒、突湧失穩模式的控制邊界，它的抗剪強度和滲透係數是頂柱穩定性的關鍵指標。在實際採礦時，需要測量該面的張開寬度、淋水和位移變化，修正計算模型的力學指標和分析結果 ^[3]  。