煤矿工业广场保护煤柱留设计算方法
保护煤柱的留设
保护煤柱的留设一、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保护对象不受开采影响的煤炭资源。
二、保护煤柱留设的原理在保护对象的下方留出一部分煤炭资源不予开采，使其周围煤炭的开采对保护对象不产生有危险性的移动和变形。
保护煤柱留设原理图三、保护煤柱留设所用参数（一）围护带宽度1、受护对象2、围护带围护带作用：①抵消参数误差，②抵消井上下位置关系误差。
围护带宽度根据受护对象的保护等级确定。
（二）移动角值参数1、基岩移动角：①走向移动角δ②上山移动角γ③下山移动角β2、松散层移动角（ψ）：①黄土层ψ=55°②风化坡积物ψ=45°③富水坡积物或砂层ψ=35°移动角值参数示意图四、保护煤柱留设方法（一）所需资料1、保护对象特征及使用要求；2、地质、采矿条件，煤层埋藏、地质构造情况；3、矿区移动参数；4、精度符合要求的必要图纸。
（二）保护煤柱留设方法垂直剖面法、垂线法和数字标高法。
1、垂直剖面法采用图解的方法，作沿煤层走向和倾向的垂直剖面，在剖面图上确定煤柱的边界宽度，并投影至平面图上而得保护煤柱边界。
步骤（1）确定受护面积边界①确定建（构）筑物保护边界②确定围护带③确定受护面积边界受护面积边界应与煤层走向、倾向平行。
垂直剖面法受护边界的确定示图（2）确定保护煤柱边界在受护面积边界与煤层走向平行或垂直时所作的垂直剖面上，在松散层内用ψ角画直线，在基岩层内直接用基岩移动角β、γ、δ画直线，即可作出保护煤柱边界。
垂直剖面法留设保护煤柱示意图注意：在倾向剖面上，往上山方向用β角，往下山方向用γ角。
（3）保护煤柱压煤量估算（略）2、垂线法用解析方法留设保护煤柱，先作受护面积边界的垂线，利用公式计算垂线的长度，再在平面图上量出垂线长度，从而确定保护煤柱边界。
步骤：（1）确定受护面积边界在平面图上直接作平行于受护对象边界的直线，构成多边形。
再在其外围画出围护带，得受护面积边界。
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 。
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。
矿井煤柱留设
矿井煤柱留设第一篇：矿井煤柱留设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、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：对薄及中厚煤层约为20m；对于厚煤层约为30～40m。
2、上下山区段平巷之间的煤柱宽度：对薄及中厚煤层约为8～15m。
对于厚煤层约为30m。
3、运输大巷一侧煤柱宽度：对薄及中厚煤层约为20～30m；对于厚煤层约为25～50m。
4、回风大巷一侧煤柱宽度：对于薄及中厚煤层约为20m；对于厚煤层约为20～30m。
5、采区边界两个采区之间的煤柱宽度为10m。
6、断层一侧煤柱宽度根据断层落差及含水等具体情况而定：落差大且含水时留30～50m；落差较大留10～15m；采区内落差小的断层通常不留煤柱。
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在平面图上通过被保护对象轮廓的角点分别作平行于煤层走向和倾向的四 条直线，得到矩形abcd，再按保护等级留设围护带，得受护边界a’b’c’d’。围护 带宽带按下表选取： 围护带宽度
保护等级
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
围护带宽度（m）
20 15 10 5 2
工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
2、确定工业场地保护煤柱
工业场地保护煤柱留设过程如下图所示：
3
工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
工 业 场 地 保 护 煤 柱 留 设 过 程
4
工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
3、表土移动角与基岩移动角值的选取
部分矿区的表土移动角与基岩移动角值
煤田特征 矿区名称 成煤年代 石炭二叠纪 石炭二叠纪 第三纪 覆岩性质 以砂岩为主、其次是 砂页岩、页岩 砂岩、砂页岩为主 厚层致密状油页岩和 厚层绿色页岩及泥灰 岩 砂页岩、砂岩、页岩 为主 砂岩、页岩为主 砂岩、页岩为主 下山基岩移动角 β 72－0.67α， 但不小于30 73－0.6α 59－0.2α 基岩移动角（0） 上山基岩移动角 γ 35～72 73 62 走向基岩移动角 δ 70 73 65 表土移动角 Φ（0） 35～45 58 45
开滦矿区 峰峰矿区 抚顺矿区
Hale Waihona Puke 阜新矿区 枣庄矿区 绞河矿区
侏罗纪 石炭二叠纪 侏罗纪
73 86.6－α 75－0.8α
75 76 75
72 76 75
40～50 45 45
5
工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
每个矿井，地面均布置地面生产系统和行政管理系统
《煤炭工业矿井设计规范》10.1.2规定，工业场地总平面布置应结 合地形、地物、工程地质、水文、气象等自然条件和工业场地竖向 布置，协调井下开拓部署、场面生产系统、铁路运输等主要生产环 节，做到有利生产、方便生活、节约用地、减少压煤。 《煤炭工业矿井设计规范》10.1.18规定，矿井工业场地围墙内用 地面积，应按《煤炭工业工程项目建设用地指标》的有关规定执行。
1
工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
1、确定工业场地受护边界
确定 工业 场地 面积 根据工业场地占地指标，确定工业场地占地面积。 大型井 0.8 ～ 1.1公顷/10万吨，中型井 1.3 ～ 1.8公顷/10万吨， 小型井 2.0 ～ 2.5公顷/10万吨。 根据《煤炭工业工程项目建设用地指标》和《煤炭工业矿井设计规 范》进行工业场地总平面设计，确定工业场地占地面积。
⑴ 通过建筑物中心，沿煤层倾向作剖面Ⅰ-Ⅰ，把建筑物及围护带投影到剖面图 上，由围护带边缘点m、n作冲积层移动角Φ，与基岩面相交与m1、n1点。然 后由m1点作上山移动角γ，由n1点作下山移动角β，分别交于煤层底板的 m2及n2点。再将m2、n2点投到平面图上，得M、N点，通过M、N分别作与 煤层走向平行的直线，此即保护煤柱在下山方向和上山方向的边界线。 ⑵ 通过建筑物中心，沿煤层走向作剖面II-II，把建筑物及围护带投影到剖面II-II上 得k、l两点。由k、l点作表土层移动角Φ，与基岩面交于k1、l1点，再由k1、 l1点作走向移动角δ,分别交煤柱上边界线k2、l2点和下边界线k3、l3点。再 将k2、l2及k3、l3点转投到平面图上，与由剖面I-I所确定的煤柱边界线投影 相交于A、B、C、D四点，ABCD即为所求的保护煤柱边界。