采矿顶柱稳定性(Mine Crown Pillar Stability)分析方法

1 引言

采矿顶柱【露天顶柱(Surface Crown Pillar)的形式及其厚度影响因素；"双子矿"露天开采转为地下开采岩石力学方面的考虑】由位于矿井最上方的几何形状各异的岩体组成，用于永久或暂时地确保地层的稳定，包括地下水、土体和降水等，因此顶柱的稳定性分析和监测非常必要。

2 解析分析

除了使用现代数值模拟方法外，经典的基于弹性理论的解析解目前还在实践中使用。主要的分析方法有:

(1) 刚性板分析(Rigid Plate analysis)，破坏模式为剪切破坏； 

(2) 弹性板分析(Elastic Plate analysis), 破坏模式为剪切破坏和弹性弯曲；

(3) 砌体梁分析(Voussoir Plate analysis)，破坏模式为剪切破坏、拱形折断以及局部挤压破坏。

岩体强度破坏准则使用Mohr-Coulomb和Hoek-Brown，可以进行确定性分析，也可以进行概率分析，最终可以确定出顶柱的安全系数。

3 经验分析

经验分析法主要使用的是比例跨度法(scaled span empirical approach)，这种经验分析方法由Golder Associates的Carter(1992, 2008, 2014)提出，最初是为极倾斜矿体而开发的, 这种方法使用了Q-System进行岩体质量评价，参考文献中的大部分案例研究基于加拿大的采矿项目，少部分案例基于智利和澳大利亚的采矿项目。

4 参考文献

[1] Carter, T. G. (1992) A new approach to surface crown pillar design.

[2] Carter, T.G. et al. (2008) Logistic Regression improvements to the Scaled Span Method for dimensioning Surface Crown Pillars over Civil or Mining Openings.  

[3] Carter, T. G. (2014) Guidelines for the use of the Scaled Span Method for Surface Crown Pillar Stability Assessment. 

[4] Dale R. et al. (1999) Nickel Rim Site Closure Study – Phase I Crown Pillar Stability Investigation.

[5] Hoek, E. (1989) A limit equilibrium analysis of surface crown pillar stability. 

[6] Hunt, W.G. (1989) Geomechanics methods employed to evaluate near-surface crown pillar stability at the old Moneta mine, Timmins, Ontario. 

[7] Hutchinson, D.J. et al. (2002) Risk considerations for crown pillar stability assessment for mine closure planning. 

[8] McKinnon, S.D. et al. (2002) Crown Pillar Design at INCO's South Mine.

[9] Nguyen P.M.V. et al. (2019) Determination of the Crown Pillar Thickness Between Open Pit and Underground for Coal Mining.

[10] Stornoway Diamond Corporation (2016) Updated Renard Diamond Project Mine Plan and Mineral Reserve Estimate Québec, Canada  

[11] Tavakoli M. (1994) Underground Metal Mine Crown Pillar Stability Analysis. Ph.D Thesis, University of Wollongong.