煤柱尺寸留设
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°。
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。
防隔水煤(岩)柱的尺寸要求
防隔水煤（岩）柱的尺寸要求
一、煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设
煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按下列公式计算：
1.煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时：
H f＝ H k＋H b（3-1）
2.煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图3-1）：
H f＝H L＋H b （3-2）
式中H f--防隔水煤（岩）柱高度，m；
H k--采后垮落带高度，m；
H L--导水裂缝带最大高度，m；
H b--保护层厚度，m；
α--煤层倾角，（°）。
根据式（3-1）、式（3-2）计算的值，不得小于20 m。
式中H k、H L的计算，参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定。
图3-1 煤层露头被松散富水性强含水层覆盖时防隔水煤（岩）柱留设图（略）
二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设
含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设（图3-2）可参照下列经验公式计算：
/---
/ 3P
L＝0.5KM √------ ≥20 m
Kp
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；
Kp--煤的抗拉强度，MPa。
1。
防隔水煤柱留设规定
防隔水煤柱留设规定隔水煤柱是煤矿安全生产中的紧要设施，用于减小采空区域的面积，支撑地层，稳定采空区域，并防止地面塌陷。
隔水煤柱的留设规定是指在隔水煤柱的设计、选择、布设、稳定、监测等方面的一系列规定和引导。
本文将防隔水煤柱留设规定划分为设计规定、工程实施规定、监测规定、维护保养规定四个方面进行详述。
一、设计规定1.煤柱尺寸的设计。
煤柱所需的规模和尺寸应当认真计算和掌控，应依据煤柱所处地层的性质、煤层赋存规律，还应依据煤柱所处地质地貌、开采方式等因素定量确定其大小。
同时应当依据不同地质条件、地质地貌、开采方式，进行煤柱的强度设计和稳定评估。
2.煤柱材料的选择。
煤柱材料的选择应依据地质条件、地质地貌、开采方式、煤层类型等多种因素合理选择。
应当选择凭借良好机械性能的天然岩石，由于它具有良好的刚性和完美的稳定性。
选用材料应具有良好的耐水性和耐腐蚀性，能够在地下水和酸性环境中长期稳定，避开败坏。
3.煤柱留设密度与间距的掌控。
煤柱应依据煤层稳定性和煤柱的载荷特性，尽可能实现最大限度的留设密度，缩短煤柱间距，防止采空区域开裂、变形，从而使煤柱稳定。
但是，当煤矿埋深较大或其特定地质条件不同时，煤柱的留设密度需相应减小，以确保煤矿的稳定性。
二、工程实施规定1.煤柱安装的工艺。
安装煤柱应尽可能削减对地下扰动和对原生地层的破坏，在遵守安全规定和环保要求的情况下，应运用多种安装工艺，如吊装、支架、顶板修筑等。
在安装煤柱的工艺过程中，应注意防止煤柱的损坏和质量问题。
2.施工现场应急预案。
在煤柱的施工过程中，可能会显现多种突发情况，这些情况有可能会对施工安全和质量造成影响，因此，必需订立完善的应急预案，在紧急情况下实行措施紧急处理事态，保障煤矿的生产安全。
三、监测规定1.煤柱稳定性监测。
在煤柱留设后，应用科学技术对其进行稳定性监测，如使用应变测量装置、应力计、震动计等工具对煤柱进行长期监测和数据记录，依据实际情况适时调整煤柱的设计和留设标准。
厚煤层工作面区段煤柱留设尺寸的合理确定
国内外学者对于区段煤柱进行过大量研究，归 结起来主要有如下几种方法：现场实测及统计推理; 利用矿压规律归纳总结经验公式；对煤柱支承压力 分布的理论分析;通过数值模拟寻求煤柱合理尺寸。 国外的研究情况为：Gaddy等人提出了 HollandGaddy煤柱强度公式;Poulsen提出煤柱经验公式, 证实煤柱强度与其宽度和高度的比值相关；Hsiung 通过有限元法分析出煤柱与顶板的关系；科诺年科 和阿尔拉麦夫提出了极限平衡理论。国内研究情况
收稿日期:2021-04-17 作者简介：冯凡丁（1999 —）,男，山西运城人，在读本科，研究方向为矿山压力及其岩层控制,E-mail;2672649405@qq. com
第2 期
冯凡丁：厚煤层工作面区段煤柱留设尺寸的合理确定
71
为：谢和平等人通过理论试验分析，提出煤柱的破坏 过程是非线性的；余忠林等人分析出了大采高工作 面窄煤柱沿空掘巷条件下的煤柱分布规律；柏建彪 等人通过FLA&d数值模拟分析出了沿空掘巷后巷 道围岩的变形破坏规律及合理尺寸等弘5〕。
同理可得：
_ B ]「2C° +BkYHtan°0] 狓0 2tan°ln[2BC0 + 2狆狓tan輕]' 7
2.3区段煤柱尺寸的确定
雄山煤矿15号煤物理力学参数如表1所示。
结合式（1）、式（6）、式（7）可得煤柱最小的宽度b =
$4・ 4. $ x°+l + 狓1 37 + 2X3 87 + 68 16・ 79 m。
（太原理工大学矿业工程学院，太原030024）
摘 要：根据雄山煤矿15303工作面煤层的埋藏特征、煤体强度等工程地质条件，运用极限平
衡理论得出巷道一侧煤柱塑性区的宽度为4. 37 m,采空区一侧煤柱塑性区宽度为4. 68 m,弹性核
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。
保安煤柱留设
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，其影响因素是煤层所受压力以及煤体强度。
通常，煤层埋藏深度和厚度较大、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、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。
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是：将两个相邻采区隔开，防止万一发生火灾、水害和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。
工作面停采线至上（下）山的煤柱宽度：对薄及中厚煤约为20m；对于厚煤层约为30～40m。
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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。