岩盐矿井采矿(房柱法)
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第971页（7652字）
在20世纪50年代岩盐钻井水溶法兴起之前，房柱法是应用最广的开采地下岩盐的方法(旱采)。即使在今天，对于埋藏适中(数百米)、含NaCl品位高(95%以上)、采出矿石可直接利用的地下岩盐矿床，房柱法仍不失为重要的开采方法。
房柱法的优点是采准工作量小，采矿强度大，容易实现机械化，劳动生产率高，矿体内坑道不需人工支护，采矿成本低，矿石贫化率小。缺点是保留矿柱的矿量损失大(达50%或以上)，开采深度有限(千米以内)。
我国于1939年首先在云南一平浪盐矿采用房柱法，20世纪50年代在云南主要盐矿推广，70年代起，因各矿分别采用开下硐室水溶法和钻井水溶法而停止。
(一)岩盐矿山开拓 从地表向地下开拓一系列通达矿体的井、巷，形成提升、运输、通风、排水和动力供应等系统，以便开采地下岩盐矿床。
1．开拓方式 我国常见的岩盐矿山开拓方式有竖井开拓、斜井开拓、平硐开拓和联合开拓。
(1)竖井开拓 对于各种地质赋存条件的岩盐矿床适应性较强，对于开采深度和生产能力较大的矿山尤为适用。
在开拓近水平或缓倾斜矿床时，竖井可以直接通达矿层，称为“脉内开拓”。对于倾斜或起伏较大的矿体，竖井一般开凿在不受采动影响的底部岩层内，并从井底开凿石门，与开采水平连接，称为“脉外开拓”见图3－3－192。
图3－3－192 倾斜盐层竖井脉外开拓示意图
竖井井筒的断面形状，分为圆形、矩形及椭圆形三种。常用的是圆形井筒，内径约4．5～5．5m；其次为矩形井筒，断面尺寸一般为2×4～2×6m，大都用于开采深度不大的小型矿井。
采用竖井的优点是：井筒井壁受力均匀，稳定性较好，井筒通过含水层或弱地层的施工困难较少，井筒提升能力较大，服务年限较长，通风阻力小。缺点是井筒施工技术复杂，建井时间长，投资较大。
我国云南、湖北一带岩盐矿山曾采用竖井开拓。
(2)斜井开拓 适用于矿体埋藏较浅、围岩稳定、水文地质简单、无流沙层的岩盐矿床。对于倾斜矿床，井筒往往沿盐层底板开凿(脉外开拓)。井筒断面尺寸视井筒用途、提升方式和提升能力而定。井筒倾角，用矿车提升时，不宜超过30°；用箕斗提升时可在30°以上；用带式输送机提升时，一般不超过17°。
与竖井比较，斜井施工技术较简易，投资少，建井时间短。缺点是：井筒通过含水或泥沙层时施工困难；井筒沿矿体布置时(图3－3－193)，维护困难，需保留护井砂柱，因而服务年限较短，一般适用于生产规模不大的中、小型矿井。
图3－3－193 岩盐矿体斜井穿脉开拓示意图
我国云南省的小型岩盐矿山大都采用斜井开拓。
(3)平硐开拓 从地面开掘水平巷道直达矿体的开拓方式(图3－3－194)，适用于平硐标高以上赋存有足够矿量的山地或丘陵地区，我国只有云南某盐矿采用。
图3－3－194 岩盐矿体平硐开拓示意图
平硐主要担负运输、进风、排水、铺设管线、电缆等任务。在上部边界可以开凿回风井，以构成矿井通风系统。
平硐开拓较之竖井和斜井开拓经济，便于维护，地面设施简单，排水和运输费用低，建井进度快。
(4)联合开拓 竖井、斜井、平硐是岩盐矿山的主要开拓方式。有时根据矿山地质和地形条件，采用其中两种或三种方式，共同开拓一个矿山，称为“联合开拓”
此外，为了开拓深部矿体或矿体赋存条件变化时，可以采用盲井(不直接通达地面的竖井或斜井)与竖井或斜井、平硐联合的开拓方式。
2．井硐数目和位置选择 根据矿井安全生产规程：“每一个矿井至少要有两个能上、下人通到地面的安全出口”，因而一个岩盐矿山的开拓井硐应不少于两个；其中一个为专供运输的主井，另一个为担负辅助运输和通风任务的副井。
井硐位置的选择：
(1)井筒及地面建筑和构筑物应布置在地表岩层移动带之外，并在井下留有保安砂柱。
(2)井筒地表不受滚石、滑坡、洪水、雪崩等威胁；地表地形的土石方工作量不大，并使井口布置和运输系统合理。运输费用最低。
(3)应考虑表土、岩层特征，涌水量大小，有无溶硐、流砂层及地质构造条件。
(二)矿井生产能力与服务年限
矿井生产能力是指矿井每年采出到地面的矿石数量，通常以万吨／年表示。矿井服务年限是矿井能够维护使用的期限，通常以年计。
在进行矿山设计时，为了充分发挥井巷工程设施和建井投资的使用，要求矿井的服务年限最大限度地与矿井生产能力相适应。一般说来，生产能力大的矿井，服务年限较长；反之，则较短。表3－3－105是我国一般矿井设计生产能力与服务年限的划分方式。
表3－3－105 矿井设计生产能力与服务年限的划分
目前，美国最大的岩盐矿井生产能力为300万吨／年。
(三)采区划分及开采顺序
地下岩盐矿床，一般分布面广，储藏量大，因而必须将巨大的矿床划分为若干部分，进行分区分段开采。通常由一个矿井开采的部分，称为“井田”。井田应划分成沿矿层走向长度大、沿倾向长度较短的矩形。
对于近水平或缓斜的单一盐层，范围较大的井田再划分为若干盘区，盘区内按照矿山设计，布置连续的矿房和矿柱。
对于倾斜或厚度大的矿体，则沿厚度划分为若干段(又称为“水平分层”)，中段内划分盘区，布置矿房和矿柱。中段划分厚度视矿房回采高度而定。中段之间，开掘上、下山联系。设有主要运输、通风大巷的中段，称为“开采水平”。一个开采水平往往服务于两个以上的中段。
分中段开采的矿井，采取自上而下，并从井筒向井田边界推进的开采顺序。
(四)采矿准备
在划分的盘区内，规则地布置连续的矩形房柱系统。房、柱的长轴一般与盐层或盘区走向成垂直。分中段开采的系统，要求房、柱的中轴线上下对正。
为给矿房回采作准备，在完成划分盘区，并供运输、通风及敷设管线的盘区平巷(一般断面为10～12m2)后，沿设计的矿房中线和长度，开掘断面为6～8m2的矿房开切巷道，并按一定距离，在开切巷道之间开掘断面为4～6m2的回风巷。如采用底部割槽回采矿房时，就不需另开切巷道。
盘区平巷及开切、回风巷道统称为“采准巷道”。这些巷道都是在盐层中掘进，一般不需人工支护。
(五)矿房回采
岩盐矿房回采工作面宽度(即矿层设计宽度)，一般为12～20m，长度按设计规定，一般为100～200m，采高8～10m。厚度较大、采空后不易变形的矿体，矿房回采尺寸可以加大。在相邻矿房之间，保留等于或略小于矿房宽度的安全矿柱，不加回采，或在采矿后期，进行局部回采。矿房的顶、底板在矿层中留出，厚度一般为3～5m。
分中段开采的矿房，在上、下中段矿房之间，保留3～5m厚的“楼板”。
矿房回采时，沿开切巷道，按矿房设计宽度和采高，进行刷帮、挑顶的布眼、钻眼及爆破落矿工作，一直推进到矿房设计长度为止。如采用底部割槽，则无需开掘开切巷道，而是按矿房设计尺寸，采取全面推进或采用倒梯段方式推进，一般作业程序如下：
1．底部割槽 用割岩机(又称“底部截槽机”)沿矿房底板割出高0．12～0．20m，深2～3m，宽与矿房宽度相等的槽子，以增加爆破自由面。
2．布眼和钻眼 完成割槽后，进行布眼和钻眼。钻眼使用湿式电动钻眼机，功率为1．7～2．8kW，最大的4．5kW。
3．装药和起爆 炮眼钻完后，进行炮眼装填炸药和起爆。开采岩盐通常使用筒状硝铵炸药。每个炮眼的装药量，各排不同，总的要求是每个炮眼爆破的负担接近相等，产生的粉、碎盐最少。
炮眼起爆，一般使用50～60毫秒迟发的铝壳电雷管和钻导线。炮眼较少的工作面，也可使用普通工业雷管和避水引线，用人工顺次引火点放。
装药和起爆，必须按照矿井爆破说明书或爆破安全规程进行。
(六)井下装载和运输
岩盐矿石井下装载和运输，可分为有轨和无轨两种系统。
1．有轨装载和运输系统 这是过去比较常见的井下装运方式。在产量小、运距短时，可采用人工装载与人工推轨道矿车方式；产量大、运距长的矿井，则采用有轨或无轨装载机与电机车牵引轨道矿车的运输方式。
2．无轨装载和运输系统 无轨装载机包括履带式或橡胶轮装载机，以及经过改装的电铲、挖掘机等。无轨装载机可以接近岩盐矿石堆装载，灵活性较好，适于在宽敞高大的矿房内工作。但需要有坚硬的地板，因而需要增加井下修筑地板和保养费用。
无轨运输设备包括翻斗卡车和皮带运输机。前者与电铲或挖掘机配合作业，用于从工作面至井下初碎站的短距离运输，然后由皮带运输机送至井底矿仓或直接输送到地面(平硐或倾角小的斜井运输)。
(七)矿井提升
将井下岩盐矿石提升或输送到地面的方式视井型而定：
竖井提升：一般采用罐笼矿车提升。大型矿井也可采用竖井箕斗提升。
斜井提升：通常用箕斗提升，坡度小的斜井，也可采用串联矿车或皮带运输机提升。
平硐：用电机车牵引矿车或皮带运输机直接将矿石由井下工作面输送至地面。
矿车或箕斗提升用的电动卷扬机，功率由数十千瓦至数百千瓦不等。
(八)矿井通风和排水
岩盐矿井通风方式，分为自然通风和机械通风两种。前者只有盐体埋藏浅，采区范围小的矿井采用。对于埋藏深、采区范围广的矿井，必须采用机械通风，即利用通风机械(如离心式或轴流式通风机)产生的气柱压差，将地面新鲜风流输入井下，或将井下废气抽出地面。岩盐矿井大多采用抽出式通风。
不论采用自然或机械通风，对于距离井下通风大巷较远的工作面，需要装置辅助通风设备(如局扇)，并在坑道内装设风墙和风帘，以引导井下风流和封闭废弃坑道和矿房。
岩盐矿床的顶、底板岩层，往往含有地下水，因而除了可以互接排水的平硐外；竖井和斜井穿过含水层时，必须采取封闭地下水的措施，并在井底开凿水仓，以汇集失去控制的井筒淋水和井下渗出的卤水，然后用水泵排到地面。
在井下接近矿体边界和废弃坑道的掘进过程中，往往发生炮眼和爆破裂隙渗出卤水，这时应停止掘进，并采取堵塞炮眼或填充巷道的措施。如渗水量大而含盐浓度低时，必须考虑封闭采区的措施。
(九)矿山安全
地下旱采岩盐的矿山，历史上曾发生过不少砂井涌水、塌陷以及地表产生裂缝和沉降的例子。其主要原因是：
1．对矿山水文地质条件不清楚，在采掘过程中，没有采取防水的措施。
2．地下水沿井筒和盐层顶板窜入井下，未及时处理，日久溶蚀和破坏了安全矿柱。
3．采空区顶板暴露面积太大和未保留一定厚度的护顶盐，引起采区顶板发生大面积坍塌，波及地表。
4．坑道布置凌乱，或不留矿柱，盲目采掘，以致触及含水层及被水淹没的废弃坑道。
5．地表排水不畅，井口易受洪水威胁。
因此，为了岩盐矿山安全，必须注意：
1．查明矿山水文地质及矿床充水条件。
2．在采掘过程中，应避免地下水侵入井筒、坑道，以及防止井下涌水的措施。
3．根据岩盐矿床的赋存条件、岩盐和围岩的力学性质，确定回采矿房、矿柱及护顶盐层的合理尺寸；对于永久保留的安全矿柱，不得回采。
4．接近矿体边沿、采空区及废弃坑道的掘进工作面，应钻超前的探水眼，以防发生突然涌水。
5．已封闭的坑道和已采区，应进行定期检查；对顶板和矿柱不稳固的区域，应采取人工支护或加以充填。
6．坑道和矿房顶板，应通过布眼方式，在爆破后形成拱形，以增加稳定性。并及时清理爆破后的顶板浮矿，以防发生掉块。
(十)开采实例
云南某盐矿曾经采用水平分层(中段)房柱法开采。
1．该矿矿床地质特征为：
矿体产状，走向近南北的向斜西翼，倾角20°～40°；
矿体假厚11～126m。
矿体埋深(以井口标高起算)50～200m，
矿石含NaCl品位，35%～70%，平均43%；
顶、底板岩层为钙泥质粉砂岩；
矿床成因类型为泥砾质陆相石盐矿床。
2．开拓方式 脉内斜井开拓，主井和副井坡度，分别为28°和35°，辅助井(出风井)坡度20～35°。井角采用钢筋混凝土支架与木支架混合支护。
3．开采系统 分中段自上而下开采，中段高12～22m，中段之间用上、下山联系，每一运输水平服务于两个中段。矿房为距形，宽10～20m，设计采高8～15m，长40～70m。相邻矿房之间，保留与矿房等宽的矿柱。保留的护顶盐厚度为5m，上、下矿房之间的“楼板”厚度为4～7m。
4．采矿准备 按矿房设计长度，掘进开切巷道(断面6～8m)，及回风巷，同时敷设铁轨、供电、供水(湿式凿岩)线路。当上一中段进行矿房回采时，开始一中段的采准工作。
5．矿房回采 沿井切巷道刷帮、挑顶，逐步推进到矿房设计尺寸和长度为止。操作程序为：工作面布眼和钻眼(1．8～2．4kW支架温式电钻)→炮眼装填炸药(2号岩石硝铵炸药)→起爆(8号工业雷管，避水引线人工点放)→通风排烟→检查和清理浮矿。
台班采矿100～150t，回采率30～40%。
6．井下装载和运输 用人工或装岩机装载，人力推矿车至井底车场卸入箕斗装载溜槽。井下运距200～400m。
7．井筒提升 采用钩斜井箕斗提升，箕斗载重1．2t。主井每班(6h)平均提升矿石120t，副井每班提升80t。电动卷扬机功率分别为55和30kW。
8．通风 矿井采用自然通风，掘进坑道装置2．8～5．6kW局扇。井下不含爆炸性及有毒气体，常年保持20～22℃的温度。
9．排水和防水 井筒淋水汇集于水仓后，用水泵排出地面。接近矿体边沿的掘进巷道，先打超前探水眼，以防突然涌水。