保护煤柱留设及防水安全煤岩柱计算规范

贵州天健矿业集团股份有限公司

保护煤柱留设及防水安全煤岩柱计算规范

贵州天健矿业集团股份有限公司

二0一二年七月十五日

目录

一、保护煤柱的留设 (1)

(一)基本概念与参数 (1)

1、岩层移动角 (1)

2、下沉系数(η) (3)

3、围护带宽度 (3)

(二)保护煤柱的留设方法 (3)

二、防水安全煤岩柱的计算.............................................................................................. 错误!未定义书签。

1、目的与意义 (6)

2、计算公式 (6)

一、保护煤柱的留设

(一)基本概念与参数

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与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 序号名称符号取值范围备注

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°

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就是法向移动,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、顶板管理方式与开采面积有关,与采深关系不大。

下沉系数表附表2

3、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＇与下山移动角β＇,然后再确定保护煤柱边界。计算公式如下:

γ2

γ

θ

θ

δ

2sin

2

2

ctg+

='

ctg

cos ctg

β

β2

δ

θ

θ

2sin

2

2

ctg+

='

cos ctg

ctg

式中θ——保护边界线与煤层走向方向所夹的锐角;

δ、γ、β——分别为走向方向、上山方向与下山方向的基岩移动角,对于急倾斜煤层的底板移动角λ＇,其计算公式与γ＇相同。作图方法如附图三与附图四。

3、在作剖面图时,剖面线必须与建筑物保护边界线垂直,而且应沿建筑物纵、横方向至少各作两个剖面。

4、若对某一巷道进行保护,则应先沿巷道的纵向作一剖面,计算出巷道两端的保护煤柱边界。再沿巷道的横向分别在最低点与最高点各作一剖面,并将各个剖面在煤层上的交点投影到平面图上,然后将平面图上的交点用线段连接起来即可。

5、若某一剖面与煤层走向大致平行,则该方向的岩层移动角可直接按

走向移动角δ取值。

6、对于煤层群开采,则应分别圈定各煤层的保护煤柱边界,并绘制在平面图中。若各煤层的产状基本一致,则岩层移动角可取相同数值。

二、防水安全煤岩柱的计算

1、目的与意义

防水安全煤岩柱就是评判在水体下采煤时,地表水就是否会导通井下并构成安全威胁的主要依据,留设防水安全煤岩柱的目的,就是不允许裂隙带波及水体。即防水安全煤岩柱的高度必须小于或等于最高开采上限至水体最低标高之间的高度。否则,就不能在水体下开采,应按保护煤柱留设的方法留设保护煤柱。

防水安全煤岩柱虽然就是水体下开采的主要依据,但不就是唯一依据。在进行水体下采煤之前,必须对矿区水源、充水特征、上覆岩层富水性、矿井涌水量、岩溶分布、构造断裂形态、覆岩性质等进行充分的调查分析,并进行专门的安全、技术、经济论证,同时,应编制专门的水体压煤开采设计与安全技术措施报总公司审批后实施。

2、计算公式

本公司多数煤矿的上覆岩层均为强或中等松散含水层(玉龙山组或飞仙关组地层),地表水体底部无粘土隔水层,而就是直接与煤系基岩风化带接触(长兴组,中等含水层),因此,防水安全煤岩柱(H防水)应大于或等于冒落带高度(H冒)+导水裂隙带高度(H裂)+保护层厚度(H保)+地表裂隙带深度(H地)+风化带厚度(H风),即:H防水≥H冒+H裂+H保+H地+H风

1)冒落带高度H 冒:

(1)对于倾角为0-54°的薄及中厚煤层,且顶板为坚硬岩层,采后能形成悬顶时, H 冒=()α

cos 1-K M 式中:M ——煤层采高;K ——顶板冒落时的碎胀系数,一般取1、2-1、3;

(2)对于顶板覆岩为坚硬、软弱互层时,H 冒=

()α

cos 1--K W M 式中:W ——顶板预计的下沉量。

（3）对于厚煤层分层开采的煤层,冒落带高度按附表3计算。

厚煤层分层开采的冒落带高度计算公式 附表3 顶板岩性 岩石分类 计算公式

注明:表中∑m——累计采厚。公式中±号后面的数值取正数,下同。

2)导水裂隙带高度H裂:

(1)薄及中厚急倾斜煤层导水裂隙带高度H裂按附表4计算。

薄及中厚急倾斜煤层导水裂隙带高度计算公式附表4

注明:h——回采阶段垂高;M——煤层法线高度(真厚)。

(2)厚煤层分层开采的导水裂隙带高度H裂按附表5计算。

厚煤层分层开采的导水裂隙带高度计算公式附表5