民國115年 高考三級 採礦工程 石油探採學與採礦學
第4題
有一地下礦場以房柱法（Room and Pillar）來開採煤礦，其礦柱強度（Pillar Strength）與礦柱應力（Pillar Stress）之評估非常…
題目
有一地下礦場以房柱法（Room and Pillar）來開採煤礦，其礦柱強度（Pillar Strength）與礦柱應力（Pillar Stress）之評估非常重要，請詳細說明評估 流程。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、流程總覽與資料收集：房柱法（Room and Pillar）礦柱評估可概括為資料收集、礦柱應力計算、礦柱強度計算、安全係數判定、設計調整與監測回饋五個步驟。首先須調查地層柱狀、覆岩厚度與平均重度、煤層厚度與傾角、煤岩單軸抗壓強度（UCS）、岩體評分（RQD、RMR）、節理位態，以及開採配置（房寬、柱寬、柱高、採收率）。
- 二、礦柱應力計算：常以影響面積法（tributary area theory）估算：σp = σv × (A_total / A_pillar) = γH × (W_o + W_p) / W_p，其中γ為覆岩平均重度、H為深度、W_o為房寬、W_p為柱寬。此法假設覆岩荷重均勻分配、各柱均勻承載且盤區外圍無支撐，適用於規則配置之大面積盤區；鄰近盤區邊界、斷層帶或淺部者須以數值分析修正。
- 三、礦柱強度計算：礦柱強度（pillar strength）多以經驗公式配合寬高比（W/h）修正：Obert-Duvall式 Sp = Sc(0.778 + 0.222 W/h)；Bieniawski式 Sp = Sc(0.64 + 0.36 W/h)；Salamon-Munro煤柱式 Sp = 7.18 W^0.46 / h^0.66（MPa，W、h以公尺計）。Sc為現地尺度岩體強度，須由岩心試驗值配合尺寸效應與節理折減係數修正。
- 四、安全係數與穩定性判定：安全係數 FS = Sp / σp，煤礦一般要求FS ≥ 1.5，重要結構或人員密集區宜 ≥ 2.0。判定尚須檢核礦柱表面剝落（spalling）、頂板容許跨度、柱基承載（punch）與底鼓（heave）、盤區整體穩定性（panel stability），以及採收率是否滿足經濟要求。
- 五、設計調整與監測回饋：若FS不足，可採增大柱寬、縮小房寬、降低採高、調整盤區配置、施作岩栓與噴漿，或以充填（backfill）與人工支柱補強。開採期間應以收斂計（convergence）、微震監測（microseismic）、聲射（AE）與地表沉陷觀測回饋，並以有限元素或有限差分數值模擬複核，形成閉環設計。
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