关于村庄煤柱留设的计算
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。
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。
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 。
保护煤柱的留设
农村木结构承重房屋，简易仓库等
注：凡未列入表内的建（构）筑物，可依据其重要性、用途等类比其等级归属。对于不易确定者，可组织专门讨论，并报省、自治区、直辖市煤矿主管部门审定。
围护带宽度/m
建筑物保护等级
围护带宽度/m
Ⅰ
20
Ⅲ
10
Ⅱ
15
Ⅳ
5
围护带宽度根据受护对象的保护等级而定，一般按表2确定：
表2矿区建（构）筑物保护等级划分
保护等级
主要建（构）筑物
Ⅰ
国务院明令保护的文物和纪念性建筑物；一等火车站，发电厂主厂房，在同一跨度内有两台重型桥式吊车的大型车房，平炉，水泥厂回转窑，大型选煤厂主厂房等特别重要或特别敏感的、采动后可能发生重大生产、伤亡事故的建（构）筑物；铸铁瓦斯管道干线，大中型矿井主要通风机房，瓦斯抽放站，高速公路，机场跑道，高层住宅楼等
保护煤柱的留设原则：
1、在一般情况下，保护煤柱应根据受护面积边界和移动角值进行圈定。移动角值按建筑物下列允许变形值确定：
倾斜i=±3mm/m
曲率k=+0.2×10-3·m-1
水平变形ε=+2mm·m-1
2、地面收护面积包括受护对象及其周围的维护带宽度可按下表确定：
表1建构物保护煤柱的化炉，220kV以上高压输电线路杆塔，矿区总变电站，立交桥；钢筋混凝土结构的工业厂房，设有桥式吊车的工业厂房，铁路煤仓、总机修厂等较重要的大型工业建（构）筑物；办公楼，医院，剧院，学校，百货大楼，二等火车站，长度大于20m的二层楼房和
Ⅲ
无吊车设备的砖木结构工业厂房，三、四等火车站，砖木、砖混结构平房或变形缝区段小于20m的两层楼房，村庄砖瓦民房；高压输电线路杆塔，钢瓦斯管道等
断层防护煤柱留设
附录五 “安全隔水厚度”和“突水系数”计算公式：4L t KP =式中：t----安全隔水厚度（m ）；L----采掘工作面底板最大宽度（m ）；r----隔水层岩石的容重（t/m3）;KP---隔水层岩石的抗张强度（t/m3）;H----隔水层底板承受的水头压力（tf/cm2）。
附图4—1（略）s P p T M C=- 式中 Ｔｓ-----突水系数〔kgf/(cm 2.m)〕;P-------隔水层承受的水压（kgf/cm2）;M-------底板隔水厚度（m ）；CP------采矿对底板隔以的扰动破坏厚度（m ）。
按式（1）计算，如底板隔水层实际厚度小于计算值时，就是不安全的。
按式（2）计算，就全国实际资料看，底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.6，正常块段不大于1.5。
附录入 各类防隔水煤（岩）柱的留设一、煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按以下公式计算：1、煤层露头无覆盖或被粘微透水松散层覆盖时：H 防=H 冒+H 保2、煤层露头被松散富含水层覆盖时（见附图8-1）；H 防=H 裂+H 保根据上两式计算的值，不得小于20米。
式中（H 冒）、裂高（H 裂）的计算参照附录七。
式中 H 防-----防水煤（岩）柱高度（m ）H 冒-----采报冒落带高度（m ）；H 裂-----垂直煤层的导水裂隙带最大高度（m ）；H 保-----保护层厚度（m ）；a------煤层倾角（°）。
二、含水或导水断层防隔水煤柱的留设（附图8—2）可参照以下经验公式计算：0.5L = ≮20m式中： L----煤柱留设的宽度（m ）K----安全系 （一般取2—5）；M-----煤层厚度或采高（m ）；P-----水头压力（kgf/cm2）；KP----煤的抗张强度（kgf/cm2）。
三、煤层与强含水层或导水断层接触，并局部被覆盖时（附图8—3），防水煤柱的留设：（图）1、当含水层顶面高于最高导水裂隙带上限时，防水煤柱可按附图8—3a 、b 留设。
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-+=。
下合煤业村庄保护煤柱设计
抄山西下合煤业有限公司村庄保护煤柱设计地测科2017年9月25日保护煤柱设计一、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与压煤开采规范》；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22.0〜24.0MPS,平均 22.7MPS,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 1.42 m,含煤系数1.64 %。
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。