第7章 防水煤柱的留设
防治水煤柱的留设头及计算
桐梓县鸿森煤矿防治水煤（岩）柱留设及计算二◦一三年九月根据防水煤（岩）柱所处的位置，可以分成不同的种类。
结合兴隆煤矿实际，就本矿井而言主要有: 断层煤柱、井田边界煤柱、采空区防水煤（岩）柱、煤层露头风氧化带煤柱及采区边界煤柱、封闭不良钻孔煤柱一、防治水煤（岩）柱的留设原则1）在有突水威胁但又不宜疏放（疏放会造成成本大大提高时）的地区采掘时，必须留设防水煤（岩）柱。
2）防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度，以提高资源利用率。
3）留设防水煤（岩）柱必须与当地的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。
4）一个井田或一个水文地质单元的防水煤（岩）柱应该在它的总体设计中确定，即开采方式和井巷布局必须与各种煤柱的留设相适应，否则会给以后煤柱的留设造成极大的困难，甚至无法留设。
5）在多煤层地区，各煤层的防水煤（岩）柱必须统一考虑确定，以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤（岩）柱，致使整个防水煤柱失效。
6）在同一地点有两种或两种以上留设煤（岩）柱的条件时，所留设的煤（岩）柱必须满足各个留设煤（岩）柱的条件。
7）对防水留设煤（岩）柱的的维护要特别严格，因为煤（岩）柱的任何一处被破坏，必将造成整个煤（岩）柱无效。
防水煤（岩）柱一经留设即不得破坏，巷道必须穿过煤柱时，必须采取加固巷道、修建防水闸门和其它防水设施，保护煤（岩）柱的完整性。
8）留设防水煤（岩）柱所需要的数据必须在本地区取得。
邻区或外地的数据只能参考，如果需要采用，应适当加大安全系数。
9）防水煤（岩）柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。
二、防水煤（岩）柱的计算依据（1）矿井水文地质条件属中等类型；（2）因未获得煤的抗张强度资料，类比我省煤炭指标取K=10kgf/cm2考虑。
防水煤柱设计
第一章概况第一节目的和任务为认真贯彻落实《国家安监总局，国家煤矿安监局关于进一步加强煤矿水害防治工作的通知》的通知，进一步加强水害防治工作，采取切实有效措施，杜绝透水事故的发生，确保安全生产。
一、主要地质依据：1、1990年山西省煤炭地质144勘察院（原山西煤田地质勘探144队）编制的《山西省沁源县详查勘探地质报告》；2、2009年2月山西省煤炭地质144勘查院编制的《山西黄土坡煤焦有限责任公司一矿矿井调查报告》；3、2010年3月，山西省煤炭地质114勘查院编制的《山西黄土坡鑫能煤业有限公司水文补充勘探报告》；4、依据《煤矿防治水规定》、《煤矿安全规程》二、编制设计的技术要求1、符合矿井实际，科学合理。
2、对不同的水文地质区域及地质构造进行防水隔离煤柱设计。
第二节煤矿位置一、位置黄土坡鑫能公司位于山西省沁源县小岭底村以东500ｍ处，行政区录属聪子峪乡管辖。
地理坐标为：北纬：36°48′47″--------36°50′20″=东经：112°11′16″------112°13′01″矿区范围由以下5个坐标连线圈定：（1980西安坐标系）1、X=4080372.23 Y=19612080.952、X=4076481.39 Y=19612080.953、X=4076481.36 Y=19605930.964、X=4078651.36 Y=19605930.955、X= 4079441.38 Y=19608480.95矿区形态为一直角梯形，南北长2170--3891ｍ，东西宽6150ｍ，面积18.8723Kｍ2，开采矿井2#—11#号煤，开采深度由1480ｍ至1020ｍ标高。
二、交通汾（阳）-屯（留）公路线从矿区西部通过，向北60K ｍ可达南同蒲铁路的平遥车站，也可与大（同）-运（城）高速公路接运，向南经郭道镇可达沁县城关与太焦铁路线相连。
本矿交通比较方便（见1-2-1交通位置图）。
建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采指导规范(2017年5月)
第二节 构筑物压煤的开采 ............................. 12
第四章 铁路保护煤柱留设与压煤开采 ...................... 16
第一节 铁路保护煤柱的留设 ........................... 16
第二节 铁路压煤的开采 ............................... 17
第二十一条 符合下列条件之一者，建筑物压煤允许开采： （一）预计的地表变形值小于建筑物允许地表变形值。 （二）预计的地表变形值超过建筑物允许地表变形值，但本 矿区已取得试采经验，经维修能够满足安全使用要求。 （三）预计的地表变形值超过建筑物允许地表变形值，但经 采取本矿区已有成功经验的开采措施和建筑物加固保护措施后， 能满足安全使用要求。 第二十二条 符合下列条件之一者，建筑物压煤允许进行试 采： （一）预计地表变形值虽然超过建筑物允许地表变形值，但 在技术上可行、经济上合理的条件下，经过对建筑物采取加固保 护措施或者有效的开采措施后，能满足安全使用要求。 （二）预计的地表变形值虽然超过建筑物允许地表变形值， 但国内外已有类似的建筑物和地质、开采技术条件下的成功开采 经验。 （三）开采的技术难度虽然较大，但试验研究成功后对于煤 矿企业或者当地的工农业生产建设有较大的现实意义和指导意 义。
10mm
自然间砖墙上出现宽度小于 15mm 的裂缝，多条裂缝总宽度小于 30mm；钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于 1/3 截面高度；梁端抽出 II 小于 20mm；砖柱上出现水平裂缝，缝长大于 1/2 截面边长；门窗略 有歪斜
≤2.0 ≤4.0
地表变形值 倾斜 i/
mm²m-1 ≤3.0
≤6.0
自然间砖墙上出现宽度小于 30mm 的裂缝，多条裂缝总宽度小于 III 50mm；钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于 1/2 截面高度；梁端抽出
急倾斜坚硬煤层开采防水煤岩柱留设方法
急倾斜坚硬煤层开采防水煤岩柱留设方法摘要：文章综合分析福建省高陂井田急倾斜煤层开采的实际特点，就开采急倾斜坚硬煤层防水煤岩柱留设方法进行总结与分析，提出预防措施，从而减少或杜绝采掘工作面水害事故的发生。
关键词：急倾斜坚硬煤层隔水煤岩柱留设矿井水害事故是危及矿井安全生产的五大灾害之一，它不但影响该矿井安全生产，而且还造成矿井作业人员的人身安全，甚至还对周边的矿井造成重大财产损失和人员的伤亡，地表水、矿井水和裂隙水灰岩水从矿井采空区、钻孔和砂岩裂隙等导水通道进入井下采掘工作面，通过导水通道的各种矿井水的涌水量超过矿井中央泵房的最大排水能力时，就会造成重大水灾事故。
2011年龙岩市新罗区某矿，由于水文地质情况不明，又未采取必要的措施，巷道掘进遇导水断层导通地下灰岩水。
灰岩水通过导水通道进入采掘工作面，造成井下涌水量突然超过矿井的中央泵房最大排水能力，导致全矿被淹的重大水灾事故。
1 急倾斜坚硬煤层赋存条件福建煤电公司高陂煤矿矿区中井田属童子岩组三段地层，井田范围内有4层急倾斜煤层（13#、18#、19#、23#），岩性为细砂岩、砂质泥岩、泥岩，地层稳定性好，岩石质量好，岩体较完整。
矿区内岩层均为富水性弱至中等的裂隙水，对工作面不会造成危害，含水层补给来源少。
但高陂煤矿周边小窑较多，且小窑入侵严重，存在部分小煤老空积水。
2 防水煤岩柱留设原则①防水煤岩柱留设必须做到科学合理、安全、减少煤炭损失。
②防水煤岩柱留高设必须考虑高陂井田地质构造、水文地质条件、急倾斜煤层特性、开采方法等因素。
③多煤层开采，各煤层的防水煤岩柱必须统筹考虑，因高陂井田的13#和14#的层间距只有4 m，所以开采13#煤层时要同时留设好13#、14#两层煤的隔水煤岩层柱，以免开采13#煤层影响14#煤层的防水煤岩柱，造成防水煤层柱失效。
④防水煤层柱留设计算公式参数选择尽量选用本井田资料，并且适当加大安全系数。
3 高陂煤矿急倾斜坚硬煤层防水煤岩柱留设计算方法高陂井田F0断层接近灰岩水，所以当高陂井田煤层开采至深部时，极易与F0断层伴生断层相连，常常成为含水层间联系的通道，可能把灰岩水导入工作面，造成淹井事故，所以在地质构造比较复杂特别是有预测有断层出现的采掘工作面掘采时必须要考虑如何留设防水煤岩柱，确保矿井安全生产。
峰峰矿区煤层开采防水煤柱计算留设方法
峰峰矿区煤层开采防隔水煤（岩）柱计算留设方法冀中能源峰峰集团科技发展部关永强前言安全技术措施是指运用工程技术手段消除物的不安全因素，实现生产工艺和机械设备等生产条件本质安全的措施。
防止事故发生的安全技术措施是指为了防止事故发生，采取的约束、限制能量或危险物质，防止其意外释放的安全技术措施。
常用的防止事故发生的安全技术措施有：①消除危险源。
②限制能量或危险物质。
③隔离。
④故障——安全设计。
⑤减少故障和失误。
留设防隔水煤（岩）柱是目前最经济、最安全、效果最好、操作最简单、最常用的一种防治水安全技术措施，留好防隔水煤（岩）柱对保障矿井安全具有十分重要的意义，由于对防水煤柱的留设认识不足和管理不到位等多种原因导致的水害事故，是有着深刻的教训的，这里举2个峰峰集团的例子。
事例一：一矿奥灰突水淹井及损失情况：1960年6月4日一矿1532野青工作面，因接近断层，防水煤柱留设不足，加之采掘破坏，导致断层下盘奥灰强含水层突出，突水量达150m3/min，致使一矿淹井，造成停产9年零5个月，仅堵排水费用高达1660.22万元，损失极为严重。
事例二：孙庄矿奥灰突水淹井及损失情况：1996年11月24日23时40分，因峰峰矿区界城镇北界城小煤矿非法越层越界开采孙庄矿井田边界F6断层防水煤柱，引发断层下盘奥灰强含水层突出，突水量达150m3/min，造成孙庄矿淹井，停产1年零8个月，直接经济损失2.24亿元。
之所以介绍这2个例子无非是提醒在座的各位，从理念上提高对留设防水煤柱安全重要性和巨大经济价值以及对矿井安全的巨大危害的认识程度，提升安全警觉性，做好矿井防治水工作，确保矿井安全正常运转。
下面我就给大家讲一讲防隔水煤（岩）柱的有关问题。
1、防隔水煤（岩）柱的概念在受水害威胁的地段，预留一定宽度和高度的煤层不采，使工作面和水体保持一定的距离，以防止地下水溃人工作面，这部分不采的煤层称为防隔水煤（岩）柱。
2、防隔水煤（岩）柱的类型防隔水煤（岩）柱分为：冲积层防隔水煤（岩）柱，地表水体防隔水煤（岩）柱，煤层露头防隔水煤（岩）柱，水淹区和老空积水区防隔水煤（岩）柱，相邻井田边界防隔水煤（岩）柱、上下水平，相邻采区或相邻工作面防隔水煤（岩）柱，断层防隔水煤（岩）柱，陷落柱防隔水煤（岩）柱、封闭不良钻孔防水隔离煤柱等。
留设防隔水煤(岩)柱设计方案
留设防隔水煤柱设计方案二〇二一年二月防隔水煤（岩）柱设计方案一、巷道防隔水煤柱留设(一)、可采煤层概况（三）各煤层巷道留设煤柱设计（1）、3号煤层：1S=式中：S1—4号煤层巷道保护煤柱的水平宽度，m；H—巷道的最大垂深，m；（取？m）M—煤层厚度，m；（取最大厚度2.8m）f—煤的强度系数,MPa。
（取值2）128.9mS===因此，3号煤层巷道防隔水煤柱取30m。
（2）、10号煤层：2S=式中：S2—10号煤层巷道保护煤柱的水平宽度，m；H—巷道的最大垂深，m；M—煤层厚度，m；f—煤的强度系数。
223.70m S === 巷道煤柱取25m 。
（3）、11号煤层：3S =式中：S 3—11号煤层巷道保护煤柱的水平宽度，m ；H —巷道的最大垂深，m ；M —煤层厚度，m ；f —煤的强度系数。
331.4m S == 11号煤层巷道煤柱取35m 。
二、断层防隔水煤柱设计含水或导水断层防隔水煤柱的留设可参照下列经验公式计算：P35.0K p KM L = ≥20 m 式中：L--煤柱留设的宽度，m ；K--安全系数，一般取2-5;（留设时取5）；M--煤层厚度或采高，m;(留设时取煤层在断层附近的煤层最大厚度或最大采高)；p--水头压力，MPa ；K p --煤的抗拉强度，。
根据以上参数计算结果为：4、5、8号煤层断层煤柱宽度均取20m 。
《煤矿防治水规定》规定矿井防隔水煤（岩）柱应当由矿井地测机构组织编制专门设计，经矿井总工程师组织有关单位审查批准后实施，矿井防隔水煤（岩）柱一经确定，不得随意变动，严禁在各类防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动。
为确保我矿安全生产，特对我矿的防隔水煤柱进行设计。
一、煤矿简介及相关水文地质情况二、防隔水煤（岩）柱的留设设计根据煤矿防治水规定中第二章第四节“防隔水煤（岩）柱的留设”规定及附录三“防隔水煤（岩）柱的尺寸要求”，具体对我矿的防隔水煤岩柱留设设计如下：1、《煤矿防治水规定》第五十一条规定：相邻矿井的分界处，应当留防隔水煤（岩）柱。
防隔水煤柱留设设计
12302工作面和12200采空积水区防隔水煤柱留设设计书一、留设防水煤柱的目的：防止12200采空区积水（1.6万m3）溃入新布置的12302工作面。
二、12200采空区和12302工作面水文地质概况：三、煤柱留设的依据和设计计算：1、图纸：采掘工程平面图（1：2000）2、数据：岩移角利用赵坡煤矿岩层移动角资料：上山移动角δ上=δ1=72°下山移动角δ下=δ2=71°防隔水煤柱受到的侧向水头压力（kg/cm2）,2.89 kg/cm2。
12下煤的抗张强度（kg/cm2）,5.87kg/cm2（据《煤矿安全手册》）。
3、根据《矿井水文地质规程》第37条的规定，凡属下列情况之一者，必须留设防水煤（岩）柱：①煤层露头风化带。
②含水、导水或与富含水层相接触的断层。
③矿井水淹区。
④受保护的地表水体。
⑤受保护的通水钻孔。
⑥井田技术边界。
我矿属于上述第三种情况，因而应留设防水煤柱。
4、依据《规程》第38条规定，在水淹区下或老窑（老空）积水区同一煤层中进行开采时，若水淹区或老窑积水区的界限已基本查明，隔水煤柱的尺寸应按下列公式计算：L=0.5KM（3P÷K P）1/2≮20m5、煤柱留设宽度的计算：根据《水文地质规程》计算防隔水煤柱宽度的经验公式：L=0.5KM×（3P÷K P）1/2≮20m其中：L——煤柱宽度（m）K——安全系数（一般2～5），取K=5M——煤厚或采高（m），M=1.60mP——水头压力（kg/cm2），P=2.89 kg/cm2K P——煤的抗张强度（kg/cm2），K P =5.87 kg/cm2那么：L=0.5×5×1.6×（3×2.89÷5.87）1/2=4.86（m）同时《规程》规定：L不得小于20m，因此，所留设的煤柱宽度应为20m。
四、利用采动岩层移动角、冒落裂隙高度及最高水面岩柱宽度Ly验用：我矿单独开采12下煤层时，裂隙带高度依据《矿井中水文地质规程》中公式：H裂=100M÷（3.3n+3.8）+5.1M——累计采厚（取最大值1.65m）n——煤分层层数（取1）则：H裂=100×1.6÷（3.3×1+3.8）+5.1=27.6m12302和12200工作面防隔水煤柱示意图L1= H裂/tgδ1=27.6÷tg72°=9.0（m）L2= H裂/tgδ2=27.6÷tg71°=9.5（m）L= L1+Ly+ L2依据前面计算L=20m则Ly=L- L1- L2=20-9.0-9.5=1.5（m）即：12302和12200两工作面在最大冒落裂隙带处还有1.5m的岩柱，也即防隔水煤柱两边工作面的采空区在最大冒落裂隙带处没有“交手”。
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 (3)（一）基本概念和参数 (3)1、岩层移动角 (3)2、下沉系数（η） (5)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 (8)1、目的和意义 (8)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°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。
煤层与强含水层或导水断层接触防隔水煤(岩)柱的留设
煤层与强含水层或导水断层接触防隔水煤（岩）柱的留设煤层与强含水层或导水断层接触，并局部被覆盖时（图3-3），防隔水煤（岩）柱的留设要求如下：图3-3煤层与富水性强的含水层或导水断层接触时防隔水煤（岩）柱留设图（略）1.当含水层顶面高于最高导水裂缝带上限时，防隔水煤（岩）柱可按图3-3a、图3-3b留设。
其计算公式为：L＝L1＋L2＋L3＝H a cscθ＋H L cotθ＋H L cotδ（3-3）2.最高导水裂缝带上限高于断层上盘含水层时，防隔水煤（岩）柱按图3-3c留设。
其计算公式为：L＝L1＋L2＋L3＝H a（sinδ－cosδcotθ）＋（H a cosδ＋M）（cotθ＋cotδ）≥20 m（3-4）式中 L--防隔水煤（岩）柱宽度，m；L1，L2，L3--防隔水煤（岩）柱各分段宽度，m；H L--最大导水裂缝带高度，m；θ--断层倾角，（°）；δ--岩层塌陷角，（°）；M--断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度，m；H a--断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度，m。
H a值应当根据矿井实际观测资料来确定，即通过总结本矿区在断层附近开采时发生突水和安全开采的地质、水文地质资料，计算其水压（p）与防隔水煤（岩）柱厚度（M）的比值（T s＝p/M），并将各点之值标到以T s＝p/M为横轴，以埋藏深度Ｈ0为纵轴的坐标纸上，找出T s值的安全临界线（图3-4）。
H a值也可以按下列公式计算：PH（a下标）＝----------------＋10T（s下标）式中 p--防隔水煤（岩）柱所承受的静水压力，MPa；T s--临界突水系数，MPa／m；10--保护带厚度，一般取10 m。
图3-4 T s和Ｈ0关系曲线图（略）本矿区如无实际突水系数，可参考其他矿区资料，但选用时应当综合考虑隔水层的岩性、物理力学性质、巷道跨度或工作面的空顶距、采煤方法和顶板控制方法等一系列因素。
1。
留设防隔水煤(岩)柱设计方案
留设防隔水煤柱设计方案山西陆合集团基安达煤业有限公司二〇一四年二月基安达煤业留设防隔水煤（岩）柱设计方案一、巷道防隔水煤柱留设(一)、可采煤层概况根据《山西陆合集团基安达煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》第三章资料显示：井田内共含有11层煤，其中含可采煤层3层。
根据勘探程度及井田开拓布置根据勘探程度及井田开拓布置，3号煤层作为矿井的一个辅助水平，划分为一个采区；10号煤层划分为两个采区；井下11号煤层根据巷道布置共分为四个采区。
矿井首期开采地段位于井田西部的11号煤层，将该区域划为一采区（1101采区）。
全井田共划分为7个采区，采区编号为0301（3号煤层）；1001、1002（10号煤层）；1101、1102、1103、1104（11号煤层）。
采区接替顺序如下：1101采区（先期开采地段）→1001采区→1102采区→1002采区→1103采区→0301采区→1104采区。
①山西组的3号煤层为稳定全区可采煤层。
②太原组的10号煤层为较稳定大部可采煤层。
③太原组的11号煤层为稳定全区可采煤层。
现分述如下：1、3号煤层下距K7砂岩底5.30—10.70m，平均8.92m左右。
煤层厚度1.28—2.80m，平均2.39m；不含夹矸，结构简单。
属全区稳定可采煤层。
煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、局部为粉、细砂岩；底板大都为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩。
2、10号煤层位于太原组下部，上距7号煤层35.30—44.20m，平均39.06m。
厚度0—1.60m，平均1.29m，一般不含夹矸，结构简单。
煤层顶板为砂质泥岩、细砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。
在603号钻孔见该煤层，井田东南部矿井在开拓11号煤层时见该煤层，厚度在1.20—1.30m左右，属较稳定大部可采煤层。
3、11号煤层位于太原组下部，上距10号煤层5.32—9.83m，平均7.36m。
厚度2.60—3.65m，平均3.17m，一般不含夹矸，局部含1层夹矸，结构简单。