保护煤柱计算方法
保护煤柱设计
保护等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
宽度(m)
20 15 10 5
三、垂直剖面法设计保护煤柱
作图法: 沿煤层走向和倾向作剖面，在剖面上由岩层移 动角确定煤柱宽度，并投影到平面图上，得到 保护煤柱边界。
所需资料： 移动角 煤层底板等高线 井田地质剖面 井上下对照图
ⅠⅠ
m φ γ m1
n
h
φ
n1 β
n2
m2
q
φ δ
q1
q2
q3 ⅠⅠ
k
h
φ
k1 δ
-100
k2
-150 -200
-250
-300
k 3 -350
ⅠⅠ
ⅠⅠ
A(q 3)
a
q b B(q 2)
结果为对称的梯形。
a′ b′
注意的问题：梯形上
Ⅰ
Ⅰ 下边与煤层走向平行。
m2 m
n n2
d′ c′
作图法比较简单，但
d kc D(k 2)
增大了煤柱尺寸，煤 柱损失较大。
x cos y sin 1
p
p
y1 b2
s in
p
x1 cos
a2
p
b2 sin
y1 p
x1
a2 p
c os
将x1,y1代入椭圆方程
(x1, y1)满足椭圆方程
b
bC
x12 a2
y12 b2
1
Y
θ
K
p
p′
o
c
a4 p2
cos 2
a2
b4 p2
s in
2
b2
1
C
·M·(x1,y1)
XL
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。
煤矿矿井保护煤柱设计精选文档
? ④煤层走向剖面保护煤柱边界的圈定方法是过向斜轴 面与煤层交点O处作走向剖面，以φ、δ角在松散层和 基岩内作直线，得出保护煤柱的上、下边界。
? （7）建筑物下有落差大于20 ~ 30 m断层时，保护 煤柱应考虑沿断层面滑移的可能性，适当加大煤柱 尺寸，使断层两翼均包括在保护煤柱范围之内；
? （8）立井保护煤柱应按其深度、用途、煤层赋存条 件以及地形特点留设。
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? 5.1.2 保护煤柱设计方法
– 对于必须留设保护煤柱的建筑物和构筑物、当其形状 规整，且长轴与煤层走向或倾向平行时，宜用垂直剖 面法圈定保护边界；
α
8
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–式中：
? Hi—a'、b'、c'、d' 各点位置的埋藏深度减去该 点的冲积层厚度h；
? θi —受护边界a'b ' c' d'各边与煤层走向之间所 夹的锐角；当求垂直于受护边界a' b'的垂线长度时， θi角为a' b' 与煤层走向线间所夹的锐角；当求垂 直于受护边界b'd' 的垂线长度时，θi角为b'd'
– 当保护对象形状复杂，且又与煤层走向斜交时，宜用 垂线法圈定保护边界；同时应用上述两种方法确定保 护煤柱边界时，其重叠部分为受护对象的最合理保护 煤柱；
– 煤层为向、背斜构造时，保护煤柱的留设方法一般用 垂直剖面法，但保护边界的圈定要根据保护对象所在 的构造位置和构造性质而定。
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2第二章 保护煤柱的设计
第二章保护煤柱留设第一节保护煤柱留设基础知识地下采煤引起岩层与地表产生沉陷、移动和变形，导致位于其影响范围内的井筒、巷道、地面建筑物和构筑物、地表水系及地下含水层等遭受不同程度的破坏。
为了保护有些重要的建筑物、水体等，使其免遭采动损害的影响，有时需要在井下留设保护煤柱。
保护煤柱：指专门留在井下不予采出的、旨在保护其上方岩层内部和地表的各种保护对象不受开采影响的那部分煤炭。
受保护对象包括：井筒、井下主要巷道和硐室、地面各类建（构）筑物、铁路、水体等。
留设保护煤柱的优点是能有效保护地表建（构）筑物，其缺点是：（1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限；（2）使采掘工作复杂化，增大掘进工作量，造成采掘关系紧张。
下列情况下需要留设临时性的或永久性的保护煤柱：（1）矿井工业场地及风井井口附近的建筑物、构筑物和其他重要设施；（2）国务院明令保护的文物、纪念性建筑物和构筑物；（3）采用不搬迁进行采煤在技术上不可行，而搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建筑物和构筑物；（4）煤层开采后，地表可能产生抽冒、切冒等形式的塌陷漏斗坑和突然陷落，对地基及上部建筑造成严重破坏的重要建筑物和构筑物；（5）所在地表下方潜水位较高，采后地表下沉将导致建筑物及其附近地面积水，而又不可自动排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的建筑物或构筑物；（6）对国民经济和人民生活有重大意义的、用其他保护方法不能确保安全的河(湖、海、水库) 堤坝、船闸、泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑工程。
一、保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理是在保护对象的下方留出一部分煤炭不开采，使其周围的煤炭的开采对保护对象不产生有危险性的移动和变形。
图2-1 保护煤柱留设原理图如图2-1：设煤层上方的地面有一建筑物，其受护面积为a0b0c0d0，为保护建筑物不受开采的有害影响，需要留设保护煤柱。
确定煤柱大小的方法具体如下：首先，通过建筑物中心作沿煤层走向和倾向的剖面图，如图所示。
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。