251采区安全煤柱及各种煤柱的留设和计算方法
煤柱留设说明
xxx采面保安煤柱留设说明一、xxx采面位置xxx综采工作面位于一采区西翼，北部为5919采面未开拓区域；南部为5915采空区,东部为采区边界保护煤柱。
xxx采面走向长度(运巷)：675m；倾向长度185m；煤层平均厚度2.8m。
二、xxx采面回采现状xxx综采工作面相对应地面位置为四面山，地面均为荒山土坡，无大型建筑及水体，但有部分矿区公路、杨家沟部分河沟及少数居民将会受xxx采面回采的影响。
现xxx运巷剩余可采长度77m，xxx风巷剩余可采长度118m，累计剩余可采煤量7.9万吨。
三、xxx采面保护煤柱留设依据根据《煤矿安全规程》、《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，结合xxx采面的实际生产情况，采面地表矿区公路、河沟及居民房屋呈条带状分布，现根据《采矿工程设计手册上册》第七章保护煤柱留设设计第二节保护煤柱的留设方法来对xxx采面的保护煤柱进行留设,针对xxx采面本矿采用垂直剖面法留设保护煤柱，被保护对象的等级及围护带宽度的选择取定见下表：不易确定者，可组织专门论证，并报省、直辖市、自治区煤炭主管部门审定。
垂直剖面法计算示意图：如图可知：L--为需要留设保护建筑的总长度L1--为建筑物的围护带宽度L2--为表土层需要留设的宽度L3--为基岩层需要留设的宽度a--为表土层的移动角a1--为基岩层的移动角H--为表土层至基岩层的垂高H1--为基岩层至煤层的垂高则有：L=L1+L2+L3=L1+H*cota+H1*cota1结合xxx采面的实际回采情况及煤层赋存条件，xxx采面煤层沿煤层走向布置，煤层倾角变化不大，属于近水平煤层。
相对地面建筑物为砖木、砖混结构平房或变形缝区段小于20m的两层楼房，属于矿区建筑物保护等级Ⅲ类，围护带取10m。
根据贵州煤安工程技术咨询服务有限公司提供的《龙凤煤矿扩建初步设计（变更）》说明书第四章第三节内容可知，表土段移动角取45°，走向移动角取70°。
251采区安全煤柱和各种煤柱的留设和计算方法
251采区安全煤柱及各种煤柱的留设和计算方法：1、防水煤（岩）柱种类；本采区田地质构造较中等,无岩浆活动，井田内无河流。
根据本矿的煤层赋存特征，采区防水煤（岩）柱的种类确定如下：⑴井田边界煤柱；⑵井筒及大巷煤柱：⑶采空区隔离煤柱；⑷地面工业广场及村庄煤柱；⑸断层煤柱⑹陷落柱煤柱⑺风氧化带煤柱2、防水煤（岩）柱留设与计算结果根据采区防水煤（岩）柱的种类，按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的有关规定留设煤柱。
⑴田边界煤柱：依据《采区初步设计》本矿留设20m。
⑵副井广场：副斜井、回风斜井均沿煤层反倾向掘进，地面工业广场煤柱保护等级确定为II级，围护带宽度确定为20m，按照表土层岩层移动角45°，基岩移动角73°进行计算。
最大垂深为（1350-880）=470，其中表土层按20m，基岩按450m，计算结果为158m，加上围护带的宽度20m。
所以副井广场留设的煤柱宽度最大为158+20=178米。
③大巷煤柱：本矿1030m 水平运输大巷、辅助运输大巷均沿2#煤层附件布置，距离5#煤层45m ，岩石为中硬，小于8-10倍煤层厚度(8-10M=60.48-70.56m)，所以需留设煤柱，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》76、83条规定采用下式进行计算：S=2S 1+2a f 0.6M)H(2.51+=S式中：a —受护井筒或巷道宽度的一半，（m ），2.4S —保护煤柱，（m ）S 1—保护煤柱的水平宽度（m ）H —煤层距离巷道的最大垂深，（m ）,最大65m 。
M —煤厚，（m ），平均7.56mf —煤的强度系数，10Rc 1.0=fRc —煤的单向抗压强度，Mpa,本矿煤性软，取10Mpa 则10Rc 1.0=f =1.00S 1=21.4S=2S 1+2a2=21.4×2+2.4×2=47.6m即1030运输大巷下侧需留煤柱47.6m ，设计留设煤柱50m 。
煤柱尺寸留设
各种煤柱留设尺寸
井田边界煤柱：30米
阶段煤柱：斜长为60米，若在两阶段留设，则上下阶段各留30米
井田浅部防水煤柱：斜长为50米
断层煤柱：每侧各为20米
工业广场煤柱：根据工业广场占地面积，按几何作图法确定；
斜井井筒保护煤柱：两井中间为30米，两侧各为30米；
煤层大巷护巷煤柱：对近水平煤层，运输大巷与回风大巷布置在开采水平时，两巷水平间距为20米，垂距为10米，回风大巷上方留斜长为20米的煤柱。
采区边界煤柱：20米
采区煤层上山：两巷中间为20米，两侧各为20米；
区段煤柱：斜长10米
平巷掘进速度
说明书内容：
1、采区概况
2、采区设计方案
3、采区各系统
4、采煤方法及回采工艺
5、工作面主要设备
6、通风与安全
7、巷道断面设计。
煤矿编制采区设计和采掘工作面布置及安全煤柱留设的规定
编制采区设计和采掘工作面布置及安全煤柱留设的规定1.设计是采掘工程施工的依据和目标。
没有设计的施工是盲目的施工，轻者造成无效进尺、资源的浪费和经济损失，严重时可导致发生各类事故。
近些年来部分乡镇、个体煤矿开采前不按规定进行设计或设计不科学，不按规定程序审批，胡采乱掘造成事故者屡屡发生。
因此，《规程》规定，采区开采前必须编制采区设计。
(1)采区设计方案必须符合《规程》和《煤炭工业技术政策》以及有关技术文件规定。
编制采区设计方案必须具备的文件：经矿总工程师审批的采区地质报告书；矿井设计文件；矿井的长远规划；采区接替图表；矿压观测资料。
(2)编制采区设计方案，应进行多方案论证和对比，以求达到安全可靠、技术可行、经济合理。
(3)采区设计方案由矿总工程师组织编制，对编制完毕后的设计进行签字，报集团公司总工程师审批。
2．一个采区内同一煤层布置3个（含3个）以上回采工作面和5个（含5个）以上掘进工作面同时作业，增加了开采强度，通风阻力增大，不利于通风管理，还可能造成应力叠加，给顶板控制带来一定困难。
在采煤工作面范围内再布置另一采煤工作面同时作业，可造成循环风，不利于瓦斯事故的防治，另外也不利于顶板管理。
3．矿井内的各种煤柱的设计是根据矿井的具体情况，经过计算后划定的，有充分的科学根据，是预防矿井灾害提高矿井应变能力的需要。
同时也是保持矿井稳产、高产、提高回采率，保证生产接替提高矿井服务年限的需要。
⑴任意扩大设计规定的煤柱，打乱了设计布置，降低了矿井回采率、采区回采率、回采工作面回采率。
“三量”达不到国家规定，采掘接替紧张，回采工作面搬家倒面的次数增加。
另外，任意扩大设计规定的煤柱增加了煤炭自然发火条件，在采区内任意留煤柱，还会形成所谓的“孤岛”，孤岛煤柱能把上方的应力集中向下传递，使下部的煤层巷道，硐室受到不同程度的影响。
如果任意留设的煤柱下方有近距离煤层，其下方的煤层将处在高应力区内开采，尤其在有冲击危险的煤层中采掘，影响更大。
关于我矿保安煤柱留设参数及留设量的报告
关于我矿保安煤柱留设参数及留设量的报告六枝特区煤炭局：根据30万吨t/a 开采方案设计（变更）相关设计规定，我矿各类保安煤柱留设参数及留设量如下：一、矿区各类防水煤（岩）柱留设详细计算如下： 1、矿井边界防水煤（岩）柱的留设矿井水文地质条件属中等类型，可用下述公式计算煤柱宽度：L ＝0.5KM P K P /3式中：L ——顺层防水煤柱宽度（m ）；M ——煤厚或采高（m ）；K P ——煤的抗强度（kgf/cm 2），K P 取10kgf/cm 2；P ——水头压力（kgf/cm 2），P ＝50kgf/cm 2； K ——安全系数，一般取2～5，本设计取5。
1、2、3、7、17、18、19煤层的厚度分别为：0.82、0.71、1.49、4.52、0.71、2.21、1.18。
则： L1＝0.5×5×0.8210/503 ＝7.9（m ）L2＝0.5×5×0.7110503⨯＝6.9（m）/L3＝0.5×5×1.49103⨯＝14.5（m）/50L7＝0.5×5×4.5210/3⨯＝43.8（m）50L17＝0.5×5×0.71103⨯＝6.9（m）/50L18＝0.5×5×2.21103⨯＝21.4（m）50/L19＝0.5×5×1.1810503⨯＝11.5（m）/根据上述计算，7号煤层矿井边界煤柱留设44m煤柱，其它煤层矿井边界煤柱各留30m。
相邻水平和采区边界防水保护煤柱留设20m。
2、水淹区(小窑积水区)防水煤柱的留设本矿不存在水淹区下采煤，不留设该煤柱。
3、煤层露头防水煤（岩）柱的留设根据该矿煤层露头情况，煤层露头防水煤（岩）柱的留设按以下公式计算：H防=H裂+H保≮20m式中：H防——防水煤岩柱高度（m）；H裂——垂直煤层的导水裂隙带最大高度（m）；根据《煤矿防治水规定》，取中硬岩层可根据下式计算：H裂1=100Mh/（7.5h+293）=100×0.82×56÷（7.5×56+293）=6.4mH裂2=100Mh/（7.5h+293）=100×0.71×56÷（7.5×56+293）=5.6mH裂3=100Mh/（7.5h+293）=100×1.49×56÷（7.5×56+293）=11.7mH裂7=100Mh/（7.5h+293）=100×4.52×56÷（7.5×56+293）=35.5mH裂17=100Mh/（7.5h+293）=100×0.71×56÷（7.5×56+293）=5.6mH裂18=100Mh/（7.5h+293）=100×2.21×56÷（7.5×56+293）=17.4mH裂19=100Mh/（7.5h+293）=100×1.18×56÷（7.5×56+293）=9.3mH保――保护层厚度，取5A，m。
煤柱的留设
一、护巷煤柱的稳定性7-1）。
煤柱的宽度一般为10～30m 。
图7-1 留煤柱护巷示意图（一） 煤柱的载荷1．煤柱载荷的估算煤柱上的总载荷为：()γδ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯+=42ctg L H L B p (7-1)式中 p —煤柱上的总载荷，kN ；B —煤柱宽度，m ；δ—采空区上覆岩层垮落角；γ—上覆岩层平均容重，kN ／m 3。
煤柱单位面积的平均载荷即平均应力：()[]γδσ⨯-⨯+==B ctg L H L B B p 42 (7-2)图7-2 计算煤柱载荷示意图 2．煤柱宽度的理论计算()⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯+h B R ctg L H L B B C 222.0778.04110002δγ（7-3） ()⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯+h B R c t g L H L B B C 36.064.041100012δγ（7-4）（二） 煤柱的应力分布1．一侧采空煤柱（体）的弹塑性变形区及垂直应力的分布假设采空区周围的煤柱（体）处于弹性变形状态，煤柱的垂直应力σy 的分布如图7-3中1所示。
σy 随着与采空区边缘之间距离x 的增大，按负指教曲线关系衰减。
在高应力作用下，从煤体（煤柱）边缘到深部，都会出现塑性区（靠采空区侧应力低于原岩应力的部分称为破裂区）、弹性区及原岩应力区（图7-3）。
弹塑性变形状态下，煤柱（体）的垂直应力σy 的分布如图7-3中2所示。
图7-3 煤柱（体）的弹塑性变形区及垂直应力分布1—弹性应力分布；2—弹塑性应力分布；Ⅰ—破裂区；Ⅱ—塑性区；Ⅲ—弹性区应力升高部分；Ⅳ—原始应力区支承压力峰值与煤体（煤柱）边缘之间的距离x 0的方程式为：()φξφγξCctg p Cctg H K f M x ++=10ln 2 （7-5）式中 K —应力增高系数；p 1—支架对煤帮的阻力；M —煤层开采厚度；C —煤体的粘聚力；φ—煤体的内摩擦角；f —煤层与顶底板接触面的摩擦系数；ξ—三轴应力系数， φφξsin 1sin 1-+=。
保护煤柱留设与防水安全煤岩柱计算规范标准
天健矿业集团股份保护煤柱留设及防水安全煤岩柱计算规天健矿业集团股份二0一二年七月十五日目录一、保护煤柱的留设 (3)（一）基本概念和参数 (3)1、岩层移动角 (3)2、下沉系数（η） (4)3、围护带宽度 (5)（二）保护煤柱的留设方法 (5)二、防水安全煤岩柱的计算 (7)1、目的和意义 (7)2、计算公式 (8)一、保护煤柱的留设（一）基本概念和参数1、岩层移动角指在充分采动情况下，采空区上方地表最外侧的裂缝位置和采空区边界的连线与水平线之间在煤壁一侧的夹角。
符号为：下山移动角β；上山移动角γ；走向移动角δ；急倾斜煤层底板移动角λ；表土移动角ψ。
详见附图一。
附图一岩层移动角参数表附表1 序号名称符号取值围备注1 下山移动角ββ=δ-（0.6-0.7）αβ与煤层倾角成反比。
α为煤层倾角2 上山移动角γ55-60°3 走向移动角δ55-60°4 底板移动角λ55-60°用于急倾斜煤层5 表土移动角ψ45-50°干燥土层取大值，含水土层取小值说明：因本公司下属煤矿暂无实测岩移数据，表中数据仅供参考。
2、下沉系数（η）指在充分采动情况下，开采水平煤层时的地表最大下沉量与采高（多煤层开采时取累计采高）之比。
在开采倾斜煤层时，由于上覆岩层大致沿岩层法线方向弯曲，最大下沉区的移动基本上是法向移动，最大下沉量应为法向移动量的垂直分量，因此，下沉系数等于最大下沉量除以煤层倾角余弦值与采高的乘积。
下沉系数的大小与上覆岩层的坚固性系数成反比，与采煤方法、顶板管理方式和开采面积有关，与采深关系不大。
下沉系数表附表23、围护带宽度指建筑物边界与保护边界线之间的安全距离，一般取10-15m。
（二）保护煤柱的留设方法1、当建筑物、水体或其它保护对象的保护边界线与煤层走向基本平行时，可直接参照附表1中的参数确定保护煤柱边界。
作图方法如附图二。
2、当保护边界线与煤层走向斜交时，应根据附表1中的基岩移动角求得垂直于保护边界线方向（伪倾斜）的上山移动角γ＇和下山移动角β＇，然后再确定保护煤柱边界。
保护煤柱留设标准
井田边界煤柱:30m;阶段煤柱:斜长为60m,若在两阶段留设,则上下阶段各留30m;井田浅部防水煤柱:斜长为50m; 断层煤柱:每侧各为20m;工业广场煤柱:根据工业广场占地面积,按几何作图法确定; 斜井井筒保护煤柱:两井中间为30m,两侧各为30m; 煤层大巷护巷煤柱:对近水平煤层,运输大巷与回风大巷布置在开采水平时,两巷水平间距为20m,垂距为10m,回风大巷上方留斜长为20m 的煤柱采区边界煤柱:20m;采区煤层上山:两巷中间为20m,两侧各为20m; 区段煤柱:斜长10m;矿井煤柱留设煤矿开采中,确定合理的煤柱尺寸,其影响因素就是煤层所受压力以及煤体强度。
通常,煤层埋藏深度与厚度较大、围岩较软时,煤柱承受的压力就较大。
煤柱强度主要取决于煤层的物理力学性质,并与煤柱的形状尺寸、巷道的服务年限及巷道支护情况有关。
目前,尚无计算煤柱尺寸的可靠方法,主要依靠现场实际经验确定。
井田边界煤柱:30m;阶段煤柱:斜长为60m,若在两阶段留设,则上下阶段各留30m; 井田浅部防水煤柱:斜长为50m;断层煤柱:断层煤柱的尺寸取决于断层的断距、性质、含水情况,落差很大的断层,断层一侧的煤柱宽度不小于30m;落差较大的断层,断层一的煤柱宽度一般为10~15m;落差较小的断层通常可以不留设断层煤柱。
工业广场煤柱:根据工业广场占地面积,按几何作图法确定; 斜井井筒保护煤柱:两井中间为30m,两侧各为30m;煤层大巷护巷煤柱:对近水平煤层,运输大巷与回风大巷布置在开采水平时,两巷水平间距为20m,垂距为10m,回风大巷上方留斜长为20m的煤柱采区边界煤柱:采区边界煤柱的作用就是:将两个相邻采区隔开,防止万一发生火灾、水害与瓦斯涌出时相互蔓延;避免从采空区大量漏风,影响正在生产的采区风量。
一般取10m;采区煤层上山:两巷中间为20m,两侧各为20m;区段煤柱:斜长10m;1、采区上(下)山间的煤柱宽度(沿走向):对薄及中厚煤层为20m;对厚煤层为20～30m。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
251采区安全煤柱及各种煤柱的留设和计算方法：
1、防水煤（岩）柱种类；
本采区田地质构造较中等,无岩浆活动，井田内无河流。
根据本矿的煤层赋存特征，采区防水煤（岩）柱的种类确定如下：
⑴井田边界煤柱；
⑵井筒及大巷煤柱：
⑶采空区隔离煤柱；
⑷地面工业广场及村庄煤柱；
⑸断层煤柱
⑹陷落柱煤柱
⑺风氧化带煤柱
2、防水煤（岩）柱留设与计算结果
根据采区防水煤（岩）柱的种类，按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的有关规定留设煤柱。
⑴田边界煤柱：
依据《采区初步设计》本矿留设20m。
⑵副井广场：
副斜井、回风斜井均沿煤层反倾向掘进，地面工业广场煤柱保护等级确定为II级，围护带宽度确定为20m，按照表土层岩层移动角45°，基岩移动角73°进行计算。
最大垂深为（1350-880）=470，其中表土层按20m，基岩按450m，计算结果为158m，加上围护带的宽度20m。
所以副井广场留设的煤柱
宽度最大为158+20=178米。
③大巷煤柱：
本矿1030m水平运输大巷、辅助运输大巷均沿2#煤层附件布置，距离5#煤层45m，岩石为中硬，小于8-10倍煤层厚度(8-10M=60.48-70.56m)，所以需留设煤柱，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》76、83条规定采用下式进行计算：
S=2S1+2a f 0.6M)
H(2.5 1+
=
S
式中：a—受护井筒或巷道宽度的一半，（m），2.4
S—保护煤柱，（m）
S1—保护煤柱的水平宽度（m）
H—煤层距离巷道的最大垂深，（m）,最大65m。
M—煤厚，（m），平均7.56m
f—煤的强度系数，10Rc
1.0
=
f
Rc—煤的单向抗压强度，Mpa,本矿煤性软，取10Mpa
则10Rc
1.0
=
f=1.00
S1=21.4
S=2S1+2a2=21.4×2+2.4×2=47.6m
即1030运输大巷下侧需留煤柱47.6m，设计留设煤柱50m。
上侧最大垂深为45m,需留煤柱为40.4m，设计留设煤柱40m。
⑶采空区隔离煤柱：
1159工作面积水面积15692m2，积水量别约37660m3当开拓其下
方的煤层时需要先排、疏放采空区积水，并留足保安煤柱。
煤层开采时采空区防透水隔离煤柱暂按50m 留设，开采施工过程中，须按井下探放水技术规范（MT/T632—1996）的要求进行采空区探水作业。
（4）村庄煤柱
251采区西部有梁家沟村，因其在朔黄铁路的500米煤柱内，就不再考虑村庄保护煤柱。
⑸断层煤柱
A 、本采区田范围内断层发育，断层不同程度地存在导水性，按照煤层开采造成的底板破坏深度不小于底板高峰应力线与断层交点的深度来计算断层煤柱，以对井田开采影响较大的F1断层为例进行计算：
m Xg h B 5.2176.5223
cos 60sin )2360cos(102cos sin )cos(=⨯+⨯-⨯=+-≥θαθα 式中：α—断层倾角，60°
θ—底板应力高峰线传播角，一般为21-25°,取23°
h —矿山压力对采场底板的破坏深度，取10m
Xg —采场弹性区、破碎区宽度，取开采煤层厚度值7.56m 的1.5倍11.34m
断层一侧煤柱留设宽度应大于27.08m ，。
B 、若断层导通奥灰水，需留设的煤柱计算为：
L=0.5KM √(3P/Kp)≧20m
式中L 为：煤柱留设的宽度，m:
K为：安全系数，一般取2-5m.
M为：煤层的厚度或采高，m;
P为：水头压力，MPa；1168-780=388m=3.88 MPa，
Kp为：煤的抗拉强度，MPa；0.3-0.5
L=0.5*2*7.56√(3*3.9/0.4)=40m； K取2
L=0.5*5*7.56√(3*3.9/0.4)=100m； K取5
如果断层导通奥灰水，则251采区底部需要对断层两侧留足不少于40米的隔水煤柱，但在采区建设过程中，施工的暗斜井和采区下山，层位在2#煤层附近，断层均未导通奥灰水。
但在5#煤层底板附近是否有奥灰水顺断层导上来，目前还没有做这方面的工作，需要在巷道掘进过程中同时安排钻探工程，对断层提前打钻探明其导水性。
251采区突水系数小于0.06的底板等高线为955米。
此处的水头压力为P：水头压力，MPa；1168-955=213m=2.13 MPa，L=0.5*2*7.56√(3*2.13/0.4)=30m； K取2
L=0.5*5*7.56√(3*2.13/0.4)=75m； K取5
在251采区5#底板标高高于955的区域，若断层导奥灰水，则煤柱留设在30-75m之间。
251采区5#煤层对奥灰水的最小隔水层厚度为41.68米。
若按导高15米计算，如果断层为26米，则结果为：41.68-26=15.45
所以当断层落差大于26米时，断层的上盘已经基本上和奥灰水的导高联通，留设煤柱就按断层导水进行考虑。
因此根据251采区的情况，25103运输顺槽的下方F3断层，其底板标高在1030附近，水头压力，MPa；1168-1030=138m=1.38 MPa，L=0.5*2*7.56√(3*1.38/0.4)=24m； K取2
L=0.5*5*7.56√(3*1.38/0.4)=61m； K取5
因F3断层从目前的揭露情况看，其上部不导水，所以F3断层暂时按奥灰顶部15米以上部分不含水。
则F3断层下盘41.68-15=26.68米不含水，
则：26>24m,
所以25103运输顺槽给F3断层留设的煤柱按最小要求20米确定，向下的布置的工作面必须对断层及底板进行改造后，依据改造后的隔水层厚度进行重新计算，才能施工。