4. 采场结构参数初步设计

分段空场采矿法的采场结构参数不是孤立选取的，而是由矿岩稳固性、矿体厚度与倾角、分段凿岩设备能力、出矿设备规格以及地压管理方式共同约束的一组几何尺寸。初步设计的任务，是在掌握矿岩稳固性分级的基础上，先给出分段高度、采场长度、矿柱尺寸（间柱、顶柱、底柱）的合理初值，再通过结构草图把各参数的相互位置关系固定下来，为后续凿岩爆破设计、回采顺序设计和稳定性验算提供几何基准。本节按“参数含义—确定原则—初选取值—草图表达”的顺序展开。

一、分段高度

分段高度指相邻两个分段凿岩巷道（或分段凿岩硐室）之间的垂直距离，它直接决定一个分段内一次爆破的崩矿高度。分段高度越大，采准工程量越小、分段数目越少、回采效率越高；但分段过高会使下向平行深孔长度增大，孔底偏斜和夹制作用加剧，爆破块度变差，同时顶板暴露面积与暴露时间增加，对矿岩稳固性要求更高。

确定原则可归纳为三条：其一，受凿岩设备能力控制，中深孔下向凿岩的合理孔深一般为 15～25 m，因此分段高度通常取 10～20 m；其二，受矿岩稳固性控制，矿石与上盘围岩稳固性差时取小值（8～12 m），稳固时取大值（15～20 m）；其三，受矿体倾角控制，缓倾斜矿体分段过高会造成底板残留和放矿困难，宜适当降低。工程初选中，稳固性中等、矿体倾角 60°～80° 的典型条件，分段高度可取 12～15 m。

二、采场长度

采场长度沿矿体走向布置，是分段空场法中最敏感的参数之一。采场过长，顶板跨度大、暴露面积大，空场稳定性下降，且一旦发生大面积冒落影响范围广；采场过短，则间柱数量增多、矿柱矿量损失增大、采准切割工程量上升。

初选原则是：以空场允许暴露面积为主要判据。矿岩稳固性差时，单采场暴露面积宜控制在 600～1000 m²，采场长度取 30～40 m；稳固性中等时取 40～50 m；矿岩坚硬稳固、顶板完整时可达 50～60 m 甚至更大。同时应结合矿体厚度校核：厚大矿体可垂直走向布置采场、以矿体厚度作为采场长度方向，此时长度由矿体厚度决定，需另行验算跨度。此外，采场长度还应与出矿设备运距、通风线路长度协调，避免过长导致通风阻力和耙运距离过大。

三、矿柱尺寸：间柱、顶柱与底柱

分段空场法留下的矿柱包括间柱、顶柱和底柱，其作用是支撑空场、隔离采空区、保护阶段运输巷道。三者尺寸的确定原则各不相同。

间柱布置在相邻采场之间，沿走向留设，主要承受上覆岩层压力和相邻空场的侧向压力。初选时按矿岩稳固性取值：稳固矿石间柱宽度取 6～8 m，中等稳固取 8～10 m，不稳固或地压较大时取 10～12 m。间柱宽度还应与采场长度匹配，一般控制在采场长度的 1/6～1/8，避免间柱过窄被压垮或过宽造成矿石损失。

顶柱位于采场顶部、阶段回风巷或上阶段运输巷之下，用于保护上阶段巷道并隔离采空区。顶柱厚度一般取 6～10 m，矿岩稳固性差或上阶段有重要工程时取上限。顶柱过薄易在回采后期被拉裂冒落，过厚则矿石损失增加。

底柱位于采场底部、阶段运输巷之上，承担放矿漏斗、底部结构及出矿设备的荷载，并保护运输巷道。底柱厚度通常取 8～12 m，需满足底部结构（漏斗、堑沟、电耙道或铲运机进路）的布置要求。底柱一旦留设，多数情况下难以回收，因此应在满足结构要求的前提下尽量减小厚度。

四、结合矿岩稳固性的参数初选

实际初选中，通常先按矿岩稳固性分级给出参数区间，再结合矿体厚度、倾角和设备条件微调。下表为教学示例用的初选参考值（属合理假设的示例参数，实际工程须以现场工程地质调查和岩石力学试验为准）。

以某示例条件说明初选过程：矿体倾角 70°，平均厚度 18 m，矿石 f=8，上盘围岩中等稳固，采用中深孔分段凿岩、铲运机出矿。按中等稳固一档初选：分段高度 13 m，采场沿走向长度 45 m，间柱 9 m，顶柱 9 m，底柱 11 m。校核暴露面积：45×18≈810 m²，处于中等稳固允许范围内；间柱与采场长度之比 9/45=1/5，略偏大，可调整为 8 m 以减小矿量损失。这一“取值—校核—微调”的过程，就是初步设计的核心操作。

五、采场结构草图

参数确定后，应绘制采场结构草图，把分段高度、采场长度、间柱、顶柱、底柱以及分段凿岩巷道、底部结构的位置关系表达清楚。草图不必按比例精确，但必须标注参数名称与数值，并明确方向约定：图中以竖直方向为矿体倾向方向（上为顶、下为底），水平方向为矿体走向，间柱沿走向留设于采场两端。下图为本节示例条件下的结构草图示意。

草图完成后应做三项检查：一是参数是否齐全，分段高度、采场长度、间柱、顶柱、底柱是否均有标注；二是几何关系是否自洽，各分段巷道是否落在空场区范围内、底部结构与底柱厚度是否匹配；三是方向约定是否唯一，倾向与走向标注是否与后续凿岩爆破设计图一致。检查通过后，该草图即可作为采准切割设计和回采顺序设计的几何依据。需要强调的是，本节给出的参数均为初步设计值，回采过程中还应根据现场地压显现、爆破块度和贫化损失情况对间柱宽度、分段高度进行动态复核与调整。