保护煤柱计算
防水煤（岩）柱常用计算公式
防水煤（岩）柱常用计算公式
防水煤（岩）柱常用计算公式
1、对于煤层厚度小于3.5m，倾角小于30°，可按下列经验公式计算：d=5m+0.05H+0.002L 式中：d—防水煤柱宽度（m）， m—煤层厚度（m），H—开采深度（m），L—由最近的井筒到需设防水煤柱之间的距离（m）如上式计算结果小于20m，要用20m，大于20m则用计算数，防水煤柱未经上级主管部门批准，不允许损坏。
2、井下一些区段受水威胁时，也常用煤柱给予隔离，其计算公式为：
L=0.5km√3P/kp 式中：L—煤柱留设宽度（m），k—安全系数（一般取2～5），m—煤层采高（m），P—作用在煤上的压力（MPa），kp—煤的抗张强度（MPa）、软煤3～5（MPa）、硬煤17～40（MPa）
3、多煤层矿井，倾角小，上煤层已开采且积有老空水，下煤层开采时就需计算上下煤层之间岩层能否构成安全隔水层厚，其计算公式为：h=nB√[（kp×b×L×m）/r1cosα+H×m/（kp+ r1m）] 式中：h—矿山压力和静水压力对隔水层的破坏深度（m），n—待定系数（一般采用1.5～1.6，集中压力段采用1.8），B—采空冒落体的体积常数，kp—底板岩石平均抗张强度（T/m2），b—第一次来压的控顶距（m），m—煤层开采厚度（m），r1—隔水层岩石平均容重（T/m3），α—煤层倾角，H—工作面底板含水层静水压力（水柱高m）
探水超前距和帮距经验值（参考数）。
巷道保护煤柱留设宽度计算方法
根据国内外有关井下实测资料及研究结果表明。（1）窄煤柱巷道位于回采引起的支撑压力峰值区附近，不仅在采动期间围岩变形十分强烈，而且在采动趋向稳定，支撑压力衰减期间围岩变形仍很大，巷道维护十分困难。（2）宽煤柱巷道在回采强影响期间变形比较缓和，且随采动影响的减弱，支撑压力下降，巷道围岩变形就趋向稳定，巷道维护较容易。
实测结果表明：在工作面周围采区上下山和大巷的护巷煤柱线上，由于两侧回采引起的支撑压力的分布曲线叠加为一“马鞍形”见图2，、见图3它与煤柱的宽度关系为（1）煤柱宽度较小（见图2），两侧采动时，煤柱中央不存在弹性区，煤柱都发生塑性变形而导致破坏。（2）若煤柱宽度比较大（见图3），两侧采动时，煤的中央存在一个较大的弹性区，即围岩变形比较平缓的区域，以维护煤柱主体不被破坏。
一、煤柱的用途及设计方法
煤柱是用于支护巷道，保持巷道稳定的，所以应设计成经历整个开采过程，即巷道掘进和工作面回采时承受荷载不被破坏。
1.煤柱的荷载煤柱受荷载过程分两个阶段
一是巷道开凿后立即产生的荷载。
二是回采过程中产生的支撑压力。
（1）开采前的荷载
巷道开掘后即在巷道周边煤岩柱上产生一荷载，开采前煤柱的荷载为煤柱体上方覆盖岩层的重量P。
对以上回采工作面所波及的巷道进行观测巷道变形量较小，主要表现在，局部片帮，喷层开裂脱落，底鼓变形量在20%—30%（32#层风道较严重，其绞车道变形较小，稳定性较好），巷道维修量减少60%以上，费用可节约70%以上，按此计算年可节支增效300万元以上。
作者简介：闻洪程（1963-），男，工程师，现在双鸭山方圆建筑安装有限公司工作。
综上所诉，要想使巷道保持稳定，不受采动压力影响而破坏，就必须把巷道布置在宽煤柱，围岩变形平缓区域内，使其只承受覆岩荷载或K值很小的支撑压力。
煤矿工业广场保护煤柱留设计算方法
提高稳定性的措施
优化设计
根据地质条件和采矿需求，合理设计煤柱的 尺寸和位置，提高其稳定性。
排水降压
降低地下水压力，减轻其对煤柱稳定性的影 响。
加强支护
在煤柱周围实施支护措施，如打设锚杆、喷 射混凝土等，增强煤柱的承载能力。
实时监测
对煤柱进行实时监测，及时发现不稳定迹象， 采取措施防止事故发生。
05
通过研究保护煤柱留设计的计算方法，可以更好地保障煤矿 工业广场的安全和稳定，提高煤矿生产效率，降低生产成本 ，为煤炭工业的可持续发展提供有力保障。
02
保护煤柱留设的基本原则
保护煤柱的概念
01
保护煤柱是指在矿井开采过程中 ，为了保护地面重要建筑、水体 、交通要道等设施的安全，在开 采空间中预留的一部分煤层。
技术。
基于可靠度理论的留设方法
总结词
该方法基于可靠度理论，通过分析煤柱在不同工况下的失效概率，确定其合理尺寸。
详细描述
基于可靠度理论的留设方法是一种基于概率的方法。它通过分析煤柱在不同工况下的失效概率，综合 考虑地质条件、采矿技术、安全系数等因素，确定煤柱的合理尺寸。这种方法能够更全面地评估煤柱 的安全性和可靠性，但需要较复杂的计算和分析。
为确保安全，对煤柱进行加固 处理，如注浆、锚杆等措施。
实施效果
通过数值模拟和实际监测数据对比，验证了煤柱 留设方案的合理性和有效性。
实施过程中未出现任何安全事故，保证了工业广 场内建筑物和设施的安全。
有效降低了周边环境的灾害风险，提高了矿区的 整体安全性。
06
结论与展望
研究结论
保护煤柱留设是保障煤矿工业广场安全的重要措施，合理的留设方法可以有效减少 采动损害，提高资源利用率。
垂线法留设保护煤柱
垂线法留设保护煤柱
1、 确定受护面积边界：
现在平面图上直接作平行于受护对象边界的直线、四边形或多边形等，再在它们的外围画出围护带，得到受护面积边界。
这种边界一般与煤层走向斜交。
2、 确定松散层保护边界
从受护面积边界向外量一段距离s ，得到松散层保护边界（见图1-1），s 的计算公式如下：
S=hctg φ
式中：S ——松散层保护边界宽度，m ；
h ——松散层厚度，m ；
φ——松散层移动角。
3、确定保护煤柱边界
垂线法留设煤柱，需要计算垂线长度，向上山方向的垂线长度为q ，向下山方向的垂线长度为l ，计算公式为：
θ
αββcos tg ctg 1)(∙∙'+'-=ctg h Hi q θαγγcos tg ctg 1)(∙∙'-'-=
ctg h Hi l 式中：Hi ——地表各点的埋藏深度，m ；
h ——松散层厚度，m ；
β',γ'——移动角；
α——煤层倾角；
θ——受护面积边界与煤层走向所交的锐角。
β'ctg =
θδθβ2222sin cos ctg ∙+∙ctg γ'ctg =θδθγ2222sin cos ctg ∙+∙ctg
式中：β，γ，δ——为峰峰矿区采用的下山、上山、走向移动角；分别采用
θ——受护面积边界与煤层走向所交的锐角。
论深井巷道保护煤柱留设宽度计算方法
近 的岩层 中 ， 留设 的保护 煤柱 宽度 较小 ， 而 一 般在 ４— ０ ０ ６ｍ。受采 动压 力影 响较 大 ， 巷道 支 护虽 采用 了 国 内外 先进 的高 强 度 、高预应 力 锚带 网＋ 锚索 ＋ 砼 等组合支 护 方式 ，但巷 道 喷 受采 动压 力影 响破 坏严 重 ，胃顶 片 帮底鼓 严 重 。巷道需 经 多次 维修 支护 ， 修量 大 ， 维 费用 高 每米 维修 费用 平均 达 １０ — ００ ，每 年 ５０ ２０ 元 支 出费用 高达 ４０多万元 ， 影 响生产 、 胁 ０ 且 威 安全 ， 严重 影响企 业健 康发展 。 以确定合 理 所 的煤柱 宽度 是确 保巷 道稳 减少 费用 降低 成 本 保 证 安全生 产 的一个 重要 途径 。 我 矿 现 采 用 的 煤 巷 设 计 方 法 及 计 算 公
式： 我 矿井 下巷 道 （ 区上 、 山、 采 下 主运 巷 、 石
门 ）留设保 护煤 柱采 用依 据 和计算 方法 是 我 国煤 炭 工业 局 制 定 的《 建筑 物 、 体 、 路 及 水 铁 主要 井 巷煤 柱 留设 与压 煤 开采 规程 》 之第 ８ １ 条一 ０ ９ 条有 关规 定 。
１概述
留设保 护煤 柱 是保 护巷 道 ，使 其不 受开 采 动压 影 响 ， 持巷 道 良好 稳定 状态 ， 足安 保 满 全 生产 的一 个重 要 方法 。 煤 柱 的强度 和 稳定 性对 煤 （ ） 的控制 岩 层 有 极大 的影 响 。它 的强 度必 须保 证 煤柱 承受 荷 载过 程不 受破 坏 ，方 可保 证 布置 在煤 柱 内 的巷道 不受 破坏 ， 保持 稳定 状态 。 在 特定 煤 （ ） 中 ， 柱 的强度 ， 决 于 岩 层 煤 取 煤 柱 的尺寸 ，而 煤柱 的 高度 一般 等 于煤 层 的 厚 度 ， 煤 柱的 强度 只取 决于其 宽度 。 故 因此 ， 理 确定 煤柱 宽 度 ， 合 留设 煤柱 是保 证 井下 巷道 良好 稳定 状 态的一 个重 要保 证 。 ２煤 柱 的用途 及设 计 方法 煤 柱是 用于 支护 巷 道 ， 持 巷道 稳定 的 ， 保 所 以应设 计 成经 历 整个 开采 过程 ，即巷 道掘 进 和工 作面 回采 时 承受荷 载不 被破 坏 。 ２１煤 柱 的荷 载煤 柱 受荷 载过 程 分 两个 ． 阶段 是 巷道 开 凿后 立 即产 生 的荷 载。二 是 回采 过程 中产 生 的支撑 压力 。 ２１ ． １开采 前 的荷载 ． 巷道 开掘 后 即在 巷道 周边 煤 岩柱 上产 生 荷 载 ，开采 前煤 柱 的荷 载 为煤 柱体 上方 覆 盖 岩层 的重 量 Ｐ 。 Ｐ （ ｐ Ｗｏ （ ＋ ） ＝Ｌ＋ ） Ｗｐ Ｗｏ ｈ ｒ （） １ 其 平均 应 力 ｏ － ａ
保安煤柱设计
保
1. 巷道煤柱按以下公式计算
()
f 0.6M 2.5H S 1+=
式中： S 1——巷道保护煤柱的水平宽度，m ； H ——巷道的最大垂深，取390m ；
M ——煤层厚度，m ，取4号煤层最大厚度3.10m ； f ——煤的强度系数，取2。
()f
0.6M 2.5H S 1+==()2 3.10.62.5390⨯+=29.16（m ） 巷道煤柱取30m 。
2. 断层煤柱按下列计算：
L=0.5KM P K 3P
式中: L ——煤柱留设的宽度，m ；
K ——安全系数（一般取2～5）；
M ——煤层厚度或采高，m ，取4号煤层最大厚度
3.10m ；
P ——水头压力，Mpa ，（877.7-550）×9.8×103-=3.21Mpa ；
Kp ——煤的抗张强度，取0.6Mpa 。
L=0.5KM p K P
3=0.5×4×3.106
.021.33⨯=24.84m
断层煤柱取30m
井田边界煤柱留20m，大巷之间留30m，大巷两侧留30m 煤柱，断层煤柱留30m，采空区边界留20m。
工业场地及井筒按一级保护，村庄按三级保护，按场地外沿外扩20m保护带，再根据表土层和基岩厚度（表土移动角45。
，基岩移动角72。
）计算保安煤柱。
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。
回采保安煤柱费用计算及原煤产量
回采保安煤柱费用计算及原煤产量
一、工程总造价：579.9万元（约580万元）
（一）掘两条大巷造价：
920×2=1840m+100m×2=2040m
2400m/元×2040m=489.6万元
（二）重新砌筑永久闭墙43道
1、料：
红砖：4600块×0.4元/块=1840元
水泥：1.5吨×400元/吨=600元
沙子：3方×100元/吨=300元
1840＋600＋300=2740元
2、人工费：
（1）下料：
土：(7方)10车砖：16车水泥：2车沙子：5车10+16+2+5=33车/3车1趟=12趟/2趟1班=6班
4人/班×6班=24人（工）
（2）运料（人/工）：
砖：10个工水泥：2个工沙子：7个工黄土：15个工10+2+7+15=34个工
（3）砌墙及装土：18个工
合计：76个工×200元/工=15200元
3、合计：
2740+15200=1740元≈1.8万元
4、43道（大巷西侧26道、东侧17道）闭墙供需
1.8万元/道×43道=77.4万元
（三）拆除旧闭墙：
15个工/道×43道×200元/工=12.9万元
（四）共计：（总造价）
489.6＋77.4+12.9=579.9万元
二、回采大巷煤柱产量：
50m（宽）×600m（长）×13m（高）×1.35×0.85×0.6（回踩率）=26.8万吨。
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*****工作面保护煤柱留设尺寸的计算
根据《煤矿防治水规定》中关于防隔水煤(岩)柱尺寸计算方法，结我矿煤层赋存特征、煤体强度、主要含水层水位标高等实际情况，针对*****上付巷北部的***正断层保护煤柱的留设尺寸，参照下面的经验公式进行计算：
20m K 3p 0.5KM L p
≥= 式中 L ——煤柱留设的宽度，m ；
K ——安全系数，一般取2～5；
M ——煤层厚度或采高，m ；
P ——水头压力，MPa ；
K p ——煤的抗拉强度，MPa 。
根据*****工作面以及*****上付巷掘进实揭地质资料，预测该地段煤层厚度为2～5.0m(取其最大值5.0m)，且我矿的煤体比较松软破碎，抗拉强度在0.46～1.0之间，水头压力：巷道标高-12～-30m 之间，取-30m 最低标高，L 1～L 4水位标高+45m ，水头压力为0.75MPa ，
以此来计算煤柱留设的尺寸。
方法Ⅰ：按K 取2、K p 取0.46计算
m)(06.1146
.075.03525.0K 3p 0.5KM L p 1=⨯⨯⨯⨯== 方法Ⅱ：按K 取2、K p 取1.0计算
m)(5.70
.175.03525.0K 3p 0.5KM L p 2=⨯⨯⨯⨯== 方法Ⅲ：按K 取5、K p 取0.46计算
m)(65.2746
.075.03555.0K 3p 0.5KM L p 3=⨯⨯⨯⨯== 方法Ⅳ：按K 取5、K p 取1.0计算
m)(75.180
.175.03555.0K 3p 0.5KM L p 4=⨯⨯⨯⨯== 根据上述计算结果，为确保安全，取其最大值30m 作为**正断层保护煤柱的留设尺寸。
计算人员：
总工程师：
****年***月****日。