保护煤柱设计
××××煤业有限公村庄保安煤柱设计最终
羊道坡村庄保护煤柱设计一、编制目的为了合理科学的利用有限的煤炭资源，同时保护地表建筑物不受煤炭开采带来的地质灾害，根据针对羊道坡村庄的实地数据采集，现对北翼采区羊道坡村庄保护煤柱设计。
二、概况羊道坡村位于××××煤业有限公司北翼采区中部，根据我公司对该区进行实地测量，并填绘至采掘工程平面图。
该村主要建筑物为砖结构民宅，为了使该村庄内房屋不受地下采掘影响，依据《建筑物、水体、铁路和主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》要求，对该村庄及建筑物进行保护煤柱设计。
三、设计区的地质条件根据煤岩层对比图所示，该村边界8米处东南方8米处，H7点钻孔，该区域2＃煤层位于山西组中部，上部岩层主要下石盒子组，为泥岩、砂质泥岩互层，同时夹有细粒砂岩组成、岩层上为第四系黄土层，煤层厚度1.5m—1.8m，平均厚度1.6米，夹矸0.1-0.2米，属稳定可采煤层，煤层埋藏深度为250-340米，煤层倾角4°-5°，2#煤层顶底板均为泥岩、砂质泥岩、中细粒砂岩及煤层。
四、选取参数及编制依据1.资料收集（1）实测实测羊道坡村建筑物坐标（2）灵石××××煤业有限公司地形地质图（3）灵石××××煤业有限公司采掘工程平面图（4）H7号钻孔柱状图（5）保护煤柱垂线计算示意图表1-1 羊道坡村庄边界拐点坐标表1-2 羊道坡村围护带拐点地质资料2、依据规范本设计根据：《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（煤炭工业出版社2000年6月第一版）、《煤矿测量手册》（煤炭工业出版社1990年12月第二版）。
3、参数一般，当没有本矿资料时，地表移动参数可以通过类比取得，本次设计中的岩层移动科研成果资料，是参考附近矿井太原煤气化公司东河煤矿地形地质构造研究的成果资料，通过对该地表观测站特定地形、开采和移动关系的实测资料分析，提出重复采动条件下地表移动变形的基本规律。
保安煤柱设计
保
计算
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。
关于建筑物（村庄）保护煤柱设计方法的思路解析
关于建筑物（村庄）保护煤柱设计方法的思路解析摘要：为了合理开采煤炭资源，保护建筑物（构筑物）、水体、铁路、主要井巷和地面生态环境，按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（安监总煤装〔2017〕66号）规范要求，根据不同的地形地貌及地质条件，选用垂线法计算保护煤柱，并通过公式变换，进一步提高保护煤柱设计的合理性及经济性。
关键词：建筑物、保护煤柱、垂线法、移动角为了合理开采煤炭资源，保护建筑物（构筑物）、水体、铁路、主要井巷和地面生态环境，根据《煤炭法》《矿产资源法》《土地管理法》《煤矿安全规程》等法律，2017年5月17日国家安全监管总局、国家煤矿安监局、国家能源局、国家铁路局四部委联合下发了《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（安监总煤装〔2017〕66号）。
本文主要根据“规范”，并结合东峰煤矿实际地形地貌及地质条件，简述建筑物（村庄）保护煤柱的留设方法。
一、参数确定根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》第十五条规定，特级建筑物保护煤柱按边界角留设，其他建筑物保护煤柱按移动角留设。
矿区内村庄保护等级为Ⅲ级，村庄保护煤柱按移动角留设。
松散层及基岩厚度参照邻近钻孔的资料确定。
根据煤炭工业出版社出版煤炭科学研究总院中国煤炭学会煤矿开采损害技术鉴定委员会组织编写的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指南》中提供的地表移动实测数据，晋城（二叠系）东峰煤矿3108工作面的实测数据计算为，松散层移动角φ取45°，上山移动角β、下山移动角γ、走向移动角δ均取72°。
二、受保护建筑物调查及维护带确定受护对象为避免煤矿开采影响破坏而需要保护的对象。
围护带设计保护煤柱划定地面受护对象范围时，为安全起见沿受护对象四周所增加的带形面积。
建筑物受护范围边界用下列方法确定：（一）在平面图上通过受护对象角点作矩形，使矩形各边分别平行于煤层倾斜方向和走向方向；在矩形四周作围护带，该围护带外边界即为受护范围边界。
垂线法设计保护煤柱
垂线法设计保护煤柱一、斜向移动角的求法图 5-6 斜向移动角图5-6表示煤层底板等高线与保护对象的位置关系。
在沿保护对象长轴方向的断面图上作保护煤柱时，不能采用主断面的移动角，而要用斜向移动角度'γ和'β来设计煤柱。
'γ和'β分别表示任意斜向断面上的上山方向和下山方向的移动角。
对于每一开采单元ΔS 它在走向方向、上山方向和下山方向的采动影响范围可用移动角βγδ、、来确定，如图5-7 。
图5-7 单元开采影响图5-8 斜向移动角影响图5-10 保护边界与煤层走向之间相对关系假定开采单元面积对地表的影响范围为一个椭圆形面积，这个椭圆由两个半椭圆合成（如图5-8），上山方向半椭圆的半轴分别为：γHctg c = δH c t g b =下山方向半椭圆的半轴分别为：βHctg a = δH c t g b = 式中H 为单元开采深度。
在图5-8中，x 轴为煤层倾向方向，y 轴为走向方向，假设保护边界位于开采单元的下山方向，并且切影响椭圆于M 点，保护边界线与煤层走向的夹角为θ。
保护边界至开采单元的水平距为'βHctg P =。
已知下山方向半椭圆的半轴分别为：βHctg a = δH c t g b =椭圆方程式为12222=+by ax椭圆上任一点)(11y x M ，的切线方程式为1x 2121=+y by x a由图5-8知，切线方程又可写为P y x =+θθsin cos由此可得θδθββ2222'sin cos ctg ctg ctg +=同理，可求出从保护边界向下山方向划煤柱的斜向移动角'γθδθγγ2222'sin cos ctg ctg ctg +=应该指出，式中的θ角是保护边界线与煤层走向所夹的锐角。
对于矩形建筑物，θ角有两个角值θ和'θ，（如图5-10）θ是保护边界AB 与煤层走向之间的夹角，'θ是保护边界BC 与煤层走向之间的夹角。
下合煤业村庄保护煤柱设计最终版
村庄保护煤柱设计2017年9月25日村庄保护煤柱设计一、保护煤柱留设目的和任务保护煤柱是指专门留设在井下不予采出的、目的是保护其上方岩层内部和地表的上述保护对象不受开采影响的那部分煤体。
留设保护煤柱是保护各类防水、上覆岩层和地面建筑、构筑物不受开采影响。
为了煤矿能够安全生产建设避免因地下采矿引发的房屋裂缝、倒塌等威胁居民生命财产安全的地质灾害发生，我矿对所有煤矿井田内的所有村庄范围进行测绘、调查对村庄保护煤柱重新进行测量。
二、依据规范1、国家安全监管总局2017年5月颁布的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设和压煤开采规范》；2、井上下对照图；3、煤层底板等高线图；4、批准的初步设计和安全设施设计；5、批准的地质报告（内附补-1钻孔各种数据）；6、《煤矿安全规程》。
三、地质条件根据山西同地源地质矿产技术有限公司2012年2月提交的《山西下合煤业有限公司补充勘探矿井地质报告》中，在补-1号钻孔采取的15号煤层的顶底板岩石样岩石物理、力学性质试验结果，叙述15号煤层顶底板力学性质如下：15号煤层：顶板以泥岩为主，厚度6.76-6.80m,平均6.79m，泥岩抗压强度在17.6～20.0MPa之间，平均18.7MPa，抗拉强度0.5～0.6MPa，平均0.6MPa，为较软岩，属易冒落的松软顶板；15号煤层底板以泥岩为主，厚度2.00-3.48m,平均2.74m，泥岩抗压强度22.0～24.0MPa，平均22.7MPa，抗拉强度0.6～0.8MPa，平均0.7MPa，属较软岩。
15号煤层顶底板岩石物理、力学性质详见表。
1、含煤性根据山西同地源地质矿产技术有限公司2012年2月提交的《山西下合煤业有限公司补充勘探矿井地质报告》，矿区主要含煤地层为上石炭统太原组和二叠系山西组。
山西组地层平均厚度86.41m，含煤5层，自上而下依次为1、2上、2、3、3下号煤层，均为不可采煤层，煤层平均总厚1.42ｍ，含煤系数1.64％。
保护煤柱的设计理工大
保护煤柱的设计理工大引言在煤矿开采过程中，煤柱承载着巨大的地压力，起着支护和瓦斯抽放的作用。
为了保障矿工和煤矿设备的安全，设计合理的煤柱保护方案是至关重要的。
本文将介绍一个保护煤柱的设计理工大。
背景煤矿开采过程中，地质条件的不同会导致煤柱的受力和破坏模式各异。
一些地质条件较差的煤矿，煤柱易于受到地压力的影响，可能产生压碎、冲击或剪切破坏。
而且，煤矿开采导致地表下沉，煤柱的受力状态会随之发生变化。
因此，设计合理的煤柱保护方案具有重要的实际意义。
设计原则设计合理的煤柱保护方案应该遵循以下原则：1.煤柱保护方案应该基于科学的煤柱力学分析。
通过对煤柱受力破坏机理的了解，可以准确评估煤柱的稳定性，并制定相应的保护策略。
2.煤柱保护方案应该适应不同的地质条件。
由于煤矿地质条件的复杂性，不同的地区可能存在不同的煤柱保护需求。
设计方案应该考虑到地质条件的差异性，以确保保护措施的有效性。
3.煤柱保护方案应该与煤矿开采计划相匹配。
煤矿开采计划涉及到巷道的布置和开采进度的安排，设计方案应该与开采计划相一致，以确保保护措施的实施。
设计内容保护煤柱的设计包括以下几个方面：1. 巷道支护设计巷道支护是保护煤柱的重要措施之一。
合理的巷道支护设计可以增强煤柱的稳定性，减轻地压力对煤柱的作用。
常见的巷道支护形式包括钢架支护、钢筋混凝土支护和压实巷道支护等。
根据地质条件和矿井开采要求，选择合适的巷道支护形式是设计的重要内容。
2. 瓦斯抽放系统设计瓦斯是煤矿开采过程中的常见危害因素。
设计合理的瓦斯抽放系统可以有效减少瓦斯的积聚和爆炸风险，保障煤柱和矿工的安全。
瓦斯抽放系统应该被安装在具有瓦斯生成和积聚潜力的地点，并且具备足够的容量和抽放效率。
3. 煤柱监测系统设计煤柱监测是及时评估煤柱状态和采取必要措施的关键。
设计合理的煤柱监测系统可以通过测量煤柱位移、应力等指标，提供及时的监测数据，并实时告警。
监测数据可以用于评估煤柱的稳定性，预测煤柱破坏的潜在风险，从而指导保护措施的实施。
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
深部开采保护煤柱的设计方法
深部开采保护煤柱的设计方法随着科技的发展和工业的进步，煤炭资源的开采已经成为许多国家经济发展的支柱之一。
然而，煤炭资源开采的过程中，存在深部开采对于煤柱的损伤和破坏问题。
为了保护煤柱，保障煤炭资源的可持续开采，需要采用深部开采保护煤柱的设计方法。
一、深部开采保护煤柱的概念及意义煤柱是指煤层开采中未开采的煤体残留部分，其保持完好对于煤层稳定和采空区控制都具有重要的意义。
随着煤炭资源的不断开采，深部开采越来越普遍，煤柱的损伤和破坏也变得更加普遍。
煤柱的严重损伤和破坏会导致煤层塌陷和采空区的扩散，不仅会给安全和环境带来严重影响，而且也会影响煤炭资源的可持续开采。
因此，保护煤柱具有重要的意义。
深部开采保护煤柱的设计方法包括了一系列的理论和技术手段，旨在保护煤柱的完整性，减少煤柱的损伤和破坏，保障煤炭资源的可持续开采。
二、深部开采保护煤柱的设计方法1.合理的采动方式在深部开采中，采动方式是保护煤柱的重要手段之一。
具体而言，可以采用局部长壁或者分层开采等方式，通过对煤层的划分，减少煤柱的受力范围，从而保障煤柱的完整性和稳定性。
2.合理的支护方式在深部开采中，合理的支护方式可以保障煤柱的完整性和稳定性。
具体而言，可以采用锚杆、喷锚等支护方式，加强煤柱的内部结构，从而减少煤柱的变形和破坏。
3.合理的注水方式在深部开采中，合理的注水方式可以起到保障煤柱完整性和稳定性的作用。
具体来说，可以采用充水注浆等方式，对煤柱进行加固，控制煤柱的变形和破坏。
4.合理的监测手段在深部开采中，合理的监测手段可以帮助及时发现煤柱的变形和破坏，从而采取相应的措施进行修缮和加固。
具体而言，可以采用测量位移和应力等方法进行监测。
同时，也可以采用数值模拟技术进行预测和分析。
5.合理的管理和维护在深部开采中，合理的管理和维护可以保障煤柱的完整性和稳定性。
具体而言，需要严格执行安全规程，加强现场管理，对于煤柱的损伤和破坏进行及时的维护和修缮，从而保障煤炭资源的可持续开采。
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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
.
铁路保护煤柱留设
Ⅰ
20
0
q BS
-20
θ
-40
T S A
l
B
φ
HB β′
ⅠⅠ T
S
S
A φh
γ′
α′ h q q
Ⅰ
HA
α′
hl
l
S=hctg
铁路直线段保护煤柱总宽度 W=T+. 2S+l+q
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
已知条件: 铁路与煤层斜交，交角为θ 表土层厚h，移动角， 基岩移动角为，和 煤层各点的埋深Hi和真倾角 铁路路基和其两侧围护带宽度之和为T
•埋深变化，垂线长 度不同
β′
qc1 q
b
C
qc2 c
c′
β′
150
B 100
c"
b lb
b′ b"
0
ld la 2
qd d d′d"
a"
γ′
θ a′ a
la 1
θ
-100
γ′
-200
-300
-400
A
铁路保护煤柱留设
以下情况需要留设铁路保护煤柱： 1、国家一级、二级铁路； 2、国家三级铁路：薄及中厚煤层H/M≤60 厚煤层及煤层群H/M≤80； 3、工矿专用铁路：薄及中厚煤层H/M≤40 厚煤层及煤层群H/M≤60； 4、铁路隧道：全长大于20m的铁路桥，一、二
-50 -100 -150 -200
建筑物受保护面积
•地面建筑物本身的面积 •建筑物周围增加了围护带后扩展的面 积
增加围护带的目的： •抵消留设保护煤柱时移动角的误差 •抵消井上下位置关系确定不准确误差
.
建（构）筑物保护等级与围护带宽度
建筑物保
护等级
Ⅰ
围护带宽
度(m)
20
Ⅱ
III Ⅳ
15
10
5
围护带尺寸取决于建筑物的重要性和破坏后 的后果。
.
毕业设计为保护地面建筑物需留设的煤柱
工业广场煤柱； 风井煤柱； 铁路煤柱； 村庄煤柱。
保护煤柱留设参数
1）移动角 岩层（基岩）移动角 、、 煤层倾角α<50时， = = 煤层倾角α>50时, = , = -0.5α
黄土层= 55 松散层移动角 风化堆积物 =45
富水坡积物或砂层=35
.
缺点：
1、有一部份煤炭留在地下暂时或永远不能 采出，造成大量煤炭资源的损失，缩短 矿井生产年限；
2、由于留设保护煤柱，是采掘工作复杂化 和采掘工程量增大，还会导致局部矿压 集中，给矿井生产造成危害。
.
需要留设保护煤柱的地面建筑物
•工业场地建筑物和构筑物，矿井主要通风机 房及其风道等设施。 •国务院明令保护的文物、纪念性建（构）筑 物。 •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。
a"
θ
-100
γ′
-200
ld la 2
a′
a
-300
γ′
la 1
-400
A
.
垂线计算
过a、b、c、d角点，分别作垂直ab、bc、
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
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
β′
c"
b lb
b′ b"
0
l (H i h) ctg ' 1 ctg ' tg cos
D
qd d d′d"
a"
θ a′ a
θ
-100
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-200
-300
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γ′
la 1
-400
.
A
垂线法设计保护煤柱分析
•涉及单独线条的保 护
•对于每条线来说， 只有伪倾斜上山方 向的移动角或伪 D 倾斜下山方向的移 动角；
2-2 建筑物保护煤搬迁 ✓减小开采引起的变形 ✓提高建筑物抗变形能力
.
.
.
.
.
.
保护煤柱是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上述保护 对象不受开采影响的那部分煤炭。
留设保护煤柱是保护岩层内部和地表建筑物 、构筑物免受开采影响的一种比较可靠的方 法。
k 3 -350
ⅠⅠ
ⅠⅠ
A(q3)
a
q b B(q2)
a′ b′
Ⅰ m2
m
n n2
d′ c′
d kc
C(k 3)
D(k 2)
结果为对称的梯形。
注意的问题：梯形上 Ⅰ 下边与煤层走向平行。
作图法比较简单，但 增大了煤柱尺寸，煤 柱损失较大。
.
-100
-150
-200
ⅠⅠ
-250 -300 -350
垂直剖面法煤柱尺寸的计算
Bm φ γ HB
ls
nA φ β
αs
q
h
倾 H A 向 剖 面 上
q (HA h)
tg tg .
l (HB h)
tg tg
4、垂线法（计算法）设计保护煤柱
计算从保 护边界所 做的垂线 长度
s = hctg
β′
qc1 q
b
C
qc2 c
c′
β′
150
B 100
c"
b lb
b′ b"
0
D
qd d d′d"
.
需要留设保护煤柱的地面建筑物
• 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。
• 高速公路、机场跑道。 《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设
与压煤开采规程》 中华人民共和国国家煤炭工业局，2000.6
.
保护煤柱留设原理
在保护对象的下方留一部分煤炭不开采，使其 周围的煤炭开采对保护对象不产生危险性的移 动和变形。
.
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。