DC-3-2-1-2-1工业广场保护煤柱图
第九章 保护矿(岩)柱的留设
第九章保护矿（岩）柱的留设在现有的开采技术条件和煤炭赋存的地质条件下，地下开采的影响不可避免地会波及上覆岩层与地表，从而对影响范围内诸如河流、湖泊、铁路、公路、民用住宅和工业厂房、管道、农田水利设施以及井下工程等造成损害。
为了减少和避免地下开采的有害影响，必须采取有效的预防和保护措施。
留设保护矿（岩）柱就是其中的措施之一。
第一节保护矿（岩）柱的概念与类型保护矿（岩）柱是指专门留在井下不予开采的、承担隔离和支撑作用、保护影响范围内被保护对象不受损害的那部分煤炭或矿床。
从矿（岩）柱的留设功能角度划分，保护矿（岩）柱可以分为两大类：即保护地表建（构）筑物、水体和铁路、公路为主的永久性保护矿（岩）柱和井下安全生产需要的起隔离、护巷和支撑作用的临时性隔离矿（岩）柱。
根据井下开采过程的矿（岩）柱作用和存在的时间长短，保护矿（岩）柱做如下分类：建筑物、构筑物下保护矿（岩）柱防水安全煤岩柱湖泊、河流等水体下保护矿（岩）柱防砂安全煤岩柱公路、铁路下保护矿（岩）柱防塌安全煤岩柱工业广场保护煤柱防滑煤柱井筒保护煤柱大巷保护煤柱防偏煤柱采区隔离煤柱盘区隔离煤柱上下山保护煤柱留设保护矿（岩）柱虽然是保护岩层内部和地面建筑物、构筑物免受开采影响的一种比较可靠的方法，但也存在一些缺点。
比如一部分煤炭或其他矿物资源被永久地留在地下，造成资源的浪费和损失，缩短矿井的生产年限；由于矿柱的留设使得采掘衔接工作复杂化和增大采掘工作量。
鉴于上述缺点，我们留设矿（岩）柱的原则是，在满足生产和安全的前提下，采取措施尽可能地减小矿柱的尺寸，最大限度地采出地下资源。
所以，学习开采沉陷矿（岩）柱留设参数的知识和掌握保护矿（岩）柱的留设方法是必要的。
保护矿（岩）柱第二节 开采沉陷矿（岩）柱留设参数的确定一、矿（岩）柱留设原则和原理随着地下矿物的采出，地表会产生诸如沉陷、水平移动和倾斜等损害现象。
留设煤柱可以避免和减少保护对象损害，但必须遵循一个原则，即：在满足地表建（构）筑物、水体和铁路、公路，以及主要井巷安全的前提下，煤柱留设范围应为最小。
251采区安全煤柱及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=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），2.4S—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7.56mf—煤的强度系数，10Rc1.0=fRc—煤的单向抗压强度，Mpa,本矿煤性软，取10Mpa则10Rc1.0=f=1.00S1=21.4S=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。
煤矿矿井保护煤柱设计说明
d
HB
(sin 3cos 2tan')cot 3 2(tan'cos 2sin 2)
KH B
中国矿业大学
• 式中：ρ’ —软弱面（有时为岩层与煤层的 接触面）上的内摩擦角，当无实测值时， 取ρ’=13°；
• α3 —煤层露头至α=ρ’的点其间煤层的平均 倾角；
• α2 —向斜无建筑物一翼的煤层倾角； • HB —α=ρ’的点处的煤层埋藏深度； • K —系数，可查表获得。
中国矿业大学
• 3）建筑物位于背斜轴部上方时，保护煤柱边界的圈 定。
– 背斜两翼煤层倾角α≤55°时（图d）。
»（1）在倾向剖面上，由受护面积边界以φ角 在冲积层内作直线，以γ角在基岩内作直线， 与煤层底板相交于m、n点，此二点即为保护 煤柱边界。
»（2）在走向剖面上，保护煤柱边界圈定方法 同前。
中国矿业大学
M φ βI I β II II
m
N φ
I βI II β II
n
(a)
M ¦Υ
¦Β m
N φ γ Aβ n
(b)
MN
φ
φ
m
γ=α1
Aβ n
(c)
m' Om
ห้องสมุดไป่ตู้
M φ β γ
m
N φ β γ
n
(f)
n' On
M φ γ
m
N φ γ
n
300
M φ γ
N φ γ
750 矿井设计深度
(d)
(e)
• 保护煤柱边界圈定方法如下（图9）：
• （1）过工业场地角点作平行煤层走向和倾向的直线 得四边形1234。在四边形外留20 m宽围护带，得受护 面积边界1’2’3’4’。
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 。
对《采矿工程设计手册》中工业场地保护煤柱留设方法的优化建议
对《采矿工程设计手册》中工业场地保护煤柱留设方法的优化建议保护煤柱留设方法正確与否将影响井田的设计质量、煤炭损失量、安全生产与经济效益，应引起人们重视。
本文对《采矿工程设计手册》中有关工业场地保护煤柱留设方法给出优化建议。
标签：工业场地；保护煤柱；设计留设保护煤柱是对工业广场、井筒及地面建构筑物进行保护的有效措施[1-2]，目前主要是按照《采矿工程设计手册》[3]对煤柱留设进行设计。
笔者认为《采矿工程设计手册》关于工业场地保护煤柱的留设过于保守，可进一步优化，请读者特别是从事采矿工程设计的同志给予足够重视。
1 手册中工业场地保护煤柱的留设方法手册344-355页关于工业场地保护煤柱的留设方法如下（图1）：①自建筑物轮廓外侧留15m宽围护带，得受护面积边界a′b′c′d′e′f′；②沿煤层倾向作剖面I-I，Ⅱ-Ⅱ，并将工业场地的受护边界投影到剖面图上，得a′、f′和b′、c′点；③由a′、f′和b′、c′点以ψ=45°作直线与基岩面相交。
再由这四个交点分别β或γ角，分别与煤层底板相交于a1、f1和b1、c1点。
将a1、f1和b1、c1点投影到平面图上，即为煤柱在倾向上的边界点；④沿煤层走向作剖面Ⅲ-Ⅲ，Ⅳ-Ⅳ，并将工业场地的受护边界投影到剖面图上，得a′、b′和e′、c′；⑤按给定的ψ、δ角值和第3条所述的方法，可求得与煤层底板的交点a2、b2和e2、c2。
将a2、b2和e2、c2投影到平面图上，即为煤柱在走向上的边界点；⑥在平面图上连接a1、b1和b2、c2点，并延长之；同时过a2、e2、f1、c1分别作相应受护边界的平行线，则可得保护煤柱的边界ABCDEF。
2 建议煤柱留设方法建议将第（6）条改正一下，按下述步骤留设保护煤柱（图2）：①自建筑物轮廓外侧留15m宽围护带，得受护面积边界a′b′c′d′e′f′；②沿煤层倾向作剖面I-I，Ⅱ-Ⅱ，并将工业场地的受护边界投影到剖面图上，得得a′、f′和b′、c′点；③由a′、f′和b′、c′点以ψ=45°作直线与基岩面相交。
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。
保护煤柱设计ppt课件
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 hφ
n1 β
n2
m2
q
φ δ
q1
q2
q3 ⅠⅠ
k
h
φ
k δ 1
-100
k2
-150 -200
-250
-300
•采用不搬迁或就地重建采煤在技术上不可能 或经济上不合理，搬迁又无法实现或在经济 上严重不合理的建筑物或构筑物。
需要留设保护煤柱的地面建筑物
• 采后重要建筑物或构筑物所在的地表可能产 生抽冒、切冒、滑坡等形式的塌陷漏斗坑、 突然下沉或滑动崩塌，造成对重要建（构） 筑物地基严重破坏的。
• 建（构）筑物所在的地表下面潜水位较高， 采后因地表下沉导致建（构）筑物及其附近 地面积水，又不能自流排泄或采用人工排泄 方法经济上不合理的。
h
h
采深不同，煤柱留设宽度不同，采深愈大，煤柱留设 宽度愈大。冲积层愈厚，煤柱留设宽度愈大
2）围护带
保护面积=建筑物本身+围护带
围护带的：
抵消移动角的误差测量中井上下 位置不准确误差
围护带尺寸取决于建筑物的重要 性和破坏后的后果。
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
级铁路线上的一、二级铁路车站； 5、采用其他方法处理，技术上不可能或经济上
不合理的铁路及其建筑物； 6、有严重滑坡危险又难以处理的铁路线；
铁路保护煤柱留设
以铁路保护煤柱为例推导任意剖面处垂线 长度
保护煤柱设计.ppt
建（构）物所在的地表下面潜水位较高，采 后因地表下沉导致建（构）物及其附近地面 积水，又不能自流排泄或采用人工排泄方法 经济上不合理的。
重要河（湖、海）堤、库（河）坝、船闸、 泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑 工程。
ⅠⅠ
m
n
φ γ m1
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
ห้องสมุดไป่ตู้
ⅠⅠ
A(q 3)
a
q b B(q 2)
a′ b′
Ⅰ
Ⅰ
m2 m
n n2
d′ c′
d kc
C(k 3)
D(k 2)
-100
-150
-200
ⅠⅠ
-250 -300 -350
cd和ad直线的垂线，la1和lb，qb和qc1，qc2
和qd，la2和ld
C
β′
150
qc1 q
b
qc2 c
c′
B 100
q
(Hi
1 ctg '
h) ctg ' tg cos
β′
c"
b lb
b′ b"
0
l (H i h) ctg ' 1 ctg ' tg cos
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