工业广场保护煤柱留设的方法-垂直剖面法
工业广场保护煤柱留设方法
开滦矿区 峰峰矿区 抚顺矿区
阜新矿区 枣庄矿区 绞河矿区
侏罗纪 石炭二叠纪 侏罗纪
Hale Waihona Puke 73 86.6－α 75－0.8α
75 76 75
72 76 75
40～50 45 45
5
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
“垂线法设计保护煤柱”在新建工程项目压覆矿产资源储量评估中的应用
“垂线法设计保护煤柱”在新建工程项目压覆矿产资源储量评估中的应用摘要：由于压覆矿产资源储量技术涉及工程地质、采矿技术和矿产勘查等多个领域，而目前全国没有相应的专门压覆储量技术规范作为指导，因此在实际工作中确定建设项目压覆范围的技术方法较为混乱。
“垂线法设计保护煤柱”适当范围广，参数取值容易，被用于新建工程项目压覆矿产资源储量评估工作中值得探讨与研究。
关键词：压覆矿产资源；技术方法；垂线法；压覆范围Abstract:Becauseofthepressureofmineralresourcestechnologyinvolvingengineeringgeo logy,miningandmineralexplorationandotherfields,butcurrentlythereisnocorrespondings pecialpressingreservesspecificationasaguide,sointheactualworkofconstructionprojectte chnologymethodforpressurerangeisrelativelyconfused.”Vertical methoddesignprotectiv ecoalpillar”appropriatescope,parameterseasily,beusedforanewprojectofpressureofmine ralresourcesassessmentworkworthyofstudyandresearch.Keywords:pressuremineralres ources;technology;verticalmethod;pressurerange0 引言近年来，随着我国经济建设的高速发展和改革开放的进一步深入，开工建设的各种项目日益增多。
根据各地方的经济发展规划，产业布局，新开工建设的项目必不可少的要压覆部分重要矿产资源。
2-3-减少开采沉陷影响的技术措施
采空区充填 冒落区充填 离层区充填
自溜充填 风力充填 机械充填 水力充填
按充填位置
按充填量
充填 开采
按充填动力
按充填物质
第30页，共48页。
全部充填 部分充填
水砂充填 矸石充填 膏体充填 高水充填
1.下沉控制技术——部分充填开采
部分充填开采，是相对全部充填而言的，其充填量和充填范围 仅是采出煤量的一部分，它仅对采空区的局部或离层区与冒落区 进行充填，靠覆岩关键层结构、充填体及部分煤柱共同支撑覆岩 控制开采沉陷。
第2页，共48页。
一、留 设 保 护 煤 柱
1.保护煤柱设计概述
2.保护煤柱设计原理
3.垂直剖面法设计保护煤柱
4.垂线法设计保护煤柱
第3页，共48页。
1.保护煤柱设计概述
（1）保护煤柱概念
为保护地貌、工业场地、地面建筑物、铁 路、堤坝等而保留不采的实体煤。 （2）留设保护煤柱优点
是保护地面建筑物不受采动损害的最有效 措施。 （3）留设保护煤柱缺点
4.垂线法设计保护煤柱
计算 从保 护边 界所 做的 垂线 长度
s = hcot
β′
qc1 q
b
C
qc2 c c′
β′
150
B 100
c"
b lb
b′ b"
0
D
qd d d′ d"
a"
θ
-100
γ′
-200
ld la 2
a′
a
-300
γ′
la 1
-400
A
第17页，共48页。
4.垂线法设计保护煤柱
β′
qc1 q
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。
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
煤层露头保护煤柱的留设方法
煤层露头保护煤柱的留设方法随着我国对环境的不断重视，对于能源的需求也不断扩大，在对传统能源的保护与开采方面进行了多项改革，通过产业结构高速的方式不断对煤矿生产模式与规模进行规范。
煤矿在地表的延伸处为煤层露头，保护煤柱是为了保护上方的岩层内部与其他不进行开采遥结构煤体，而对地面建筑与结构不造成破坏的一种具体措施。
在探明的煤矿之上有可能会居住建筑存在，对煤柱的设置可以有效避免对人身安全财产安全造成隐患。
标签：煤层露头保护煤柱留设0引言随着我国对于事故发生概率较高的煤矿生产企业关注度不断提高，通过一定的政策对煤矿进行规范化管理。
传统的煤矿在开采过程中生产模式不够规范，不但容易造成浪费的现象，而且还容易对周围的居民生活环境造成严重破坏。
随着我国对煤矿生产的重视程度不断加深，對煤矿的生产模式也不断进行探索创新。
在煤层的露头保护煤柱设置留设方面进行了较多的研究。
本文对煤层露头保护煤柱的留设方法以及影响因素进行分析。
我国目前已经探明在存在于建筑物下以及水体下的压煤问题非常普遍，近年来压煤开采技术也取得了不错的进步。
有一些工业建筑或政府建筑不易迁移，或者居住人群数量少，没有搬迁的必要时，就需要采用保护煤柱的方法。
在采矿过程中，覆岩变形破坏是因为原岩应力状态下无法保持平衡稳定时导致的后果，在露头线附近的煤层开采中，为了确保安全，需要留设一定高度的安全煤柱，留设越大，压煤量越多。
对于倾斜的煤层开采中更为突出。
煤柱过小，有可能会造成灾害性溃水或溃沙事故，使正常的采矿生产难以继续。
要充分认识到煤层保护煤柱的重要性，安全煤柱主要是指保持正常劳动环境所留设的最小限度的煤柱高度。
煤层上覆盖一些含水层构成了煤层开采主要充水含水层时，留设保护煤柱的目的是在于减少上水下渗的途径，因采煤导致的冒落不会直接导通上部水体发生灾害性的溃水事故，影响到人身与财产安全。
1影响煤层露头煤柱留设的主要因素分析安全煤柱主要有以下几种类型。
首先是防水安全煤柱，当上部的水量非常大时，需要留设防水为目的的保护煤柱，安全煤柱的高度与导水裂隙带的最大发育高度与保护层厚度之和；第二是防沙安全煤柱，当松散层底部有一些粘塑性隔水层分布时，可以留设防沙为目的的安全保护煤柱，最后是防塌安全煤柱。
风井工业广场保护煤柱设计
2 垂直剖面法计算 2.1 松散层厚度的确定（h）
风井工业场地周边施工的勘探钻孔中揭露松散层 厚度的有3个，松散层厚度介于0~43m间，根据矿井钻 孔柱状图计算的围护带外推各边界点的松散层厚度h， 计算结果见表1。
表1 围护带边界点松散层厚度计算结果表
基岩层顶板 围护带外推点号 地平标高/m
标高/m
保有储量/ 万t
61
采空消耗/ 万t
-
122b-压1 83905
91
-
122b-压2 783
1
-
空-压1
18943
-
19
空-压2
2159
-
3
4 结束语
垂线法是矿井常用的保护煤柱确定方法，文中以 正文矿风井工业保护煤柱确定为对象，详细说明了保 护煤柱的确定计算方法，计算过程。为保护煤柱的合 理确定提供了科学依据，合理确保了风井工业广场设 备的稳定运行。 参考文献
式中，h――松散层厚度，m； H――煤层垂深，m； α――煤层倾角，°
根据本矿井上下对照图，和上文确定的松散层厚
度，可计算出保护边界各处基岩层的标高（H-h）。
保护煤柱的设计
为 a = H ⋅ ctgβ 和 b = H ⋅ ctgδ 。
取 x 轴为煤层的走向，y 轴为煤层的倾向。若保护边界 EF 位于开采单元的下山方向， 且与影响椭圆切于 M 点，即从保护边界向伪上山方向作保护煤柱。保护边界线与煤层走向
的夹角为θ ，设保护边界至开采单元的水平垂距为 p．按斜向移动角 β′ 来确定斜向断面 oG
（4）在受护边界点 m、n 作松散层移动角 ϕ=45°，与基岩面相交于 m1、n1，再从 m1、n1 点分别作基岩移动角 γ=73° 和 β=55°，与煤层底板相交于 m2、n2 点，点 m2、n2 分别为沿煤
93
层倾向剖面上保护煤柱的上下边界。将 m2、n2 投影到平面图上，即得点 M、N； （5）将平面图上Ⅰ-Ⅰ线与保护边界的交点 q、k 投影到走向剖面Ⅰ-Ⅰ上，得 q、k 点。
按斜向移动角来确定斜向断面og上煤柱的边界时有而椭圆方程为求导得因为?ctghp12222byaxyaxbdxdy22?在椭圆上该点斜率为所以直线ef的方程为11yxm11212xxyaxb??42112121xxyaxbyy???该点的切线方程表示为4312121ybyxax设g点的坐标为由于g点在切线ef上则00yxg441sincosypxp或者45???????sincos2121pbypax将式45及代入42得?ctghp462222sincosctgctgctg同理也可以求出保护边界向伪下山方向作保护煤柱的斜向移动角即93472222sincosctgctgctg式中的角是保护煤柱边界线与煤层走向线所夹的锐角
B θ"
C
C
θ´
D 图 4-5 保护边界与煤层走向的夹角
四、保护煤柱留设所需的资料 1．保护对象（如工业广场、房屋、铁路、立井等）的特征及使用要求，矿区的地质
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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
开滦矿区 峰峰矿区 抚顺矿区
阜新矿区
侏罗纪
73
75
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40～50
枣庄矿区
绞河矿区
石炭二叠纪
侏罗纪
砂岩、页岩为主
砂岩、页岩为主
86.6－α
75－0.8α
76
75
76
75
45
45
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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。
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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。
工业场地保护煤柱留设过程如下图所示：
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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
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工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
3、表岩移动角值
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 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