19 保护煤柱留设规范(隔水煤柱)

贵州省瓮安县龙腾焦化有限责任公司银堂煤矿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

二0一六年三月十五日

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 (7)

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 β β=δ-（0.6-0.7）α

β与煤层倾角成反比。α为煤层

倾角

2 上山移动角 γ 55-60°

3 走向移动角 δ 55-60°

4 底板移动角 λ 55-60° 用于急倾斜煤层

5

表土移动角

ψ

45-50°

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2

序号 下沉系数 采煤方法 顶板管理 覆岩类型 适应范围

1 0.6 长壁式 全部陷落法 坚硬 辉绿岩、石灰岩、石英岩、砾岩、砂砾岩、砂质页岩

2 0.6-0.8 长壁式 全部陷落法 中硬 砂质页岩、泥质砂岩、页岩等 3

0.8-1.0

长壁式

全部陷落法

软弱

风化带岩石、粘土岩、第三系

第四系表土层

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＇和下山移动角β＇，然后再确定保护煤柱边界。计算公式如下： θδθγγ2222sin cos ctg ctg ctg +='

θδθββ

2

222s i n c o s c t g c t g c t g +='

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、上山方向和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。作图方法如附图三和附图四。

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和最高点各作一剖面，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、目的和意义

防水安全煤岩柱是评判在水体下采煤时，地表水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，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是水体下开采的主要依据，但不是唯一依据。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和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

坚硬

石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩

H 冒=

5.2161.2100±+∑∑m m

中硬

砂岩、泥质砂岩、砂质页岩、页岩

H 冒=

2.2197.1100±+∑∑m m

软弱

泥岩、泥质砂岩

H 冒=

5.132

2.6100±+∑∑m m

极软弱

铝土岩、风化泥岩、风化页岩、粘土、

砂质粘土

H 冒=

2.163

0.7100±+∑∑m m

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

顶板岩性

计算公式

冒落带高度

坚硬 H 裂=

4.81331.4100±+h Mh

H 冒=（0.4—0.5）H 裂

中硬、软弱

H 裂=

3.7293

5.7100±+h Mh

H 冒=（0.1—0.5）H 裂

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

顶板岩性 计算公式

坚硬

H 裂=

9.80.22.1100±+∑∑m m

中硬 H 裂=

6.56

.36.1100±+∑∑m m

软弱 H 裂=

∑∑+0

.51.3100m m

极软弱 H 裂=

0.30

.80.5100±+∑∑m m

注明：表中∑m ——累计采厚；公式的适应范围：单层采厚为1-3m ，累计采厚不超过15m ，薄及中厚近水平、缓倾斜、倾斜煤层的导水裂隙带高度也可按附表5中的公式计算。 3）保护层厚度H 保：

（1）近水平、缓倾斜、倾斜煤层的保护层厚度参照附表6 倾角为0—54°的煤层保护层厚度参数表 附表6

顶板岩性 保护层厚度 （m ） 松散层底部粘土层厚度大于累计

采厚

松散层底部粘土层厚度小于累计采厚

松散层底部 无黏土层 （河流）

松散层全厚 小于累计采厚

坚硬

4A 5A 7A 6A

中硬 3A 4A 6A 5A

软弱 2A 3A 5A 4A

极软弱

2A 2A 4A 3A

注明：n

m

A ∑=； ∑m ——累计采厚；n ——分层层数，对于一次采全高的

单一煤层n=1。

（2）急倾斜（55—90°）煤层的保护层厚度按照《采矿工程设计手册》第五章《三下开采规程》附表3—5—34查取。

4）地表裂隙带深度H 地：地表裂隙带深度可按0.5倍H 裂取值。 5）风化带厚度H 风：风化带厚度可查阅《地质勘查报告》，如无地质勘查数据，一般可取10—30m 。

说明：本规范未尽事宜，请参照《建筑物、铁路、水体下压煤开采规程》（简称《三下开采规程》）。