4第四章 保护煤柱的设计
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保护煤柱设计
保护等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
宽度(m)
20 15 10 5
三、垂直剖面法设计保护煤柱
作图法: 沿煤层走向和倾向作剖面，在剖面上由岩层移 动角确定煤柱宽度，并投影到平面图上，得到 保护煤柱边界。
所需资料： 移动角 煤层底板等高线 井田地质剖面 井上下对照图
ⅠⅠ
m φ γ m1
n
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
ⅠⅠ
A(q 3)
a
q b B(q 2)
结果为对称的梯形。
a′ b′
注意的问题：梯形上
Ⅰ
Ⅰ 下边与煤层走向平行。
m2 m
n n2
d′ c′
作图法比较简单，但
d kc D(k 2)
增大了煤柱尺寸，煤 柱损失较大。
x cos y sin 1
p
p
y1 b2
s in
p
x1 cos
a2
p
b2 sin
y1 p
x1
a2 p
c os
将x1,y1代入椭圆方程
(x1, y1)满足椭圆方程
b
bC
x12 a2
y12 b2
1
Y
θ
K
p
p′
o
c
a4 p2
cos 2
a2
b4 p2
s in
2
b2
1
C
·M·(x1,y1)
XL
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。
建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程有关规定
建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程有关规定1 矿区建（构）筑物保护煤柱等级划分Ⅰ级高速公路、国家一级铁路、一等火车站、机场跑道、高层住宅楼······Ⅱ级一级公路、国家二级铁路、二等火车站、立交桥······Ⅲ级国家三级铁路、三、四等火车站······Ⅳ级农村木结构承重房屋、简易仓库等，工矿企业专用铁路（一、二、三级）2 建（构）筑物各保护等级煤柱的围护带宽度保护煤柱等级ⅠⅡⅢⅣ围护带宽度（m）20 15 10 53 确定建筑物保护煤柱的允许地表变形值采用下列数值倾斜i＝±3mm/m曲率k＝±0.2×10－3m水平变形ε＝±2mm/m4 “第四章铁路保护煤柱留设与压煤开采”中的有关规定4.1 必须在矿井、水平、采区设计时确定保护煤柱的铁路线路和与其配套的建（构）筑物为：①国家一、二、三级铁路：薄及中厚煤层的采深与单层采厚比小于60；厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比小于80。
薄煤层煤层厚≤1.3米中厚煤层煤层厚1.3～0/5米厚煤层煤层厚＞0/5米②工矿企业专用铁路：薄及中厚煤层的采深与单层采厚比小于40；厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比小于60。
③铁路隧道。
④全长大于20米的铁路桥。
⑤一、二级铁路线上的一、二等铁路车站。
⑥目前条件下采用改道或不留设煤柱方法处理在技术上不可能或经济上不合理的铁路线路或其他建（构）筑物。
⑦有严重滑坡危险而又难以处理的铁路线路。
4.2 上述各类铁路保护煤柱，在其条件符合下列规定时，允许进行开采或试采①允许采用全部跨落法进行开采，如表3-1。
如表3-1②允许采用全部跨落法进行试采，如表3-2。
表3-2③铁路下采煤时，即使采深采厚比符合①、②条规定，其最小深度中的基岩厚度必须大于跨落带厚度。
保护煤柱设计ppt课件
作图法: 沿煤层走向和倾向作剖面，在剖面上由岩层移 动角确定煤柱宽度，并投影到平面图上，得到 保护煤柱边界。
所需资料： 移动角 煤层底板等高线 井田地质剖面 井上下对照图
ⅠⅠ
m φ γ m1
n hφ
n1 β
n2
m2
q
φ δ
q1
q2
q3 ⅠⅠ
k
h
φ
k δ 1
-100
k2
-150 -200
-250
-300
•采用不搬迁或就地重建采煤在技术上不可能 或经济上不合理，搬迁又无法实现或在经济 上严重不合理的建筑物或构筑物。
需要留设保护煤柱的地面建筑物
• 采后重要建筑物或构筑物所在的地表可能产 生抽冒、切冒、滑坡等形式的塌陷漏斗坑、 突然下沉或滑动崩塌，造成对重要建（构） 筑物地基严重破坏的。
• 建（构）筑物所在的地表下面潜水位较高， 采后因地表下沉导致建（构）筑物及其附近 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。
h
h
采深不同，煤柱留设宽度不同，采深愈大，煤柱留设 宽度愈大。冲积层愈厚，煤柱留设宽度愈大
2）围护带
保护面积=建筑物本身+围护带
围护带的：
抵消移动角的误差测量中井上下 位置不准确误差
围护带尺寸取决于建筑物的重要 性和破坏后的后果。
保护等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
宽度(m)
20 15 10 5
三、垂直剖面法设计保护煤柱
级铁路线上的一、二级铁路车站； 5、采用其他方法处理，技术上不可能或经济上
不合理的铁路及其建筑物； 6、有严重滑坡危险又难以处理的铁路线；
铁路保护煤柱留设
以铁路保护煤柱为例推导任意剖面处垂线 长度
所需资料： 移动角 煤层底板等高线 井田地质剖面 井上下对照图
ⅠⅠ
m φ γ m1
n hφ
n1 β
n2
m2
q
φ δ
q1
q2
q3 ⅠⅠ
k
h
φ
k δ 1
-100
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-150 -200
-250
-300
•采用不搬迁或就地重建采煤在技术上不可能 或经济上不合理，搬迁又无法实现或在经济 上严重不合理的建筑物或构筑物。
需要留设保护煤柱的地面建筑物
• 采后重要建筑物或构筑物所在的地表可能产 生抽冒、切冒、滑坡等形式的塌陷漏斗坑、 突然下沉或滑动崩塌，造成对重要建（构） 筑物地基严重破坏的。
• 建（构）筑物所在的地表下面潜水位较高， 采后因地表下沉导致建（构）筑物及其附近 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。
h
h
采深不同，煤柱留设宽度不同，采深愈大，煤柱留设 宽度愈大。冲积层愈厚，煤柱留设宽度愈大
2）围护带
保护面积=建筑物本身+围护带
围护带的：
抵消移动角的误差测量中井上下 位置不准确误差
围护带尺寸取决于建筑物的重要 性和破坏后的后果。
保护等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
宽度(m)
20 15 10 5
三、垂直剖面法设计保护煤柱
级铁路线上的一、二级铁路车站； 5、采用其他方法处理，技术上不可能或经济上
不合理的铁路及其建筑物； 6、有严重滑坡危险又难以处理的铁路线；
铁路保护煤柱留设
以铁路保护煤柱为例推导任意剖面处垂线 长度
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）。
煤矿矿井保护煤柱设计
(sin 3cos 2tan ')cot 3 d HB KH B 2(tan 'cos 2sin 2)
中 国 矿 业 大 学
• 式中：ρ’ —软弱面（有时为岩层与煤层的 接触面）上的内摩擦角，当无实测值时， 取ρ’=13°； • α3 —煤层露头至α=ρ’的点其间煤层的平均 倾角； • α2 —向斜无建筑物一翼的煤层倾角； • HB —α=ρ’的点处的煤层埋藏深度； • K —系数，可查表获得。
φ M N I φ II β II n A βI φ m M N M φ γ=α1 φ β γ m β n m' Om On N φ γ n n' β
βI I β II II m
(a)
M ¦Υ ¦Β m N φ γ A β n φ γ m M
(c)
N φ M γ n φ γ N φ γ
(f)
300 750 矿井设计深度
(b)
(d)
(e)
中 国 矿 业 大 学
– （1）建筑物位于向斜轴部上方时，保护煤柱边界的圈定： • ①在煤层倾向剖面上由受护面积边界点M、N，以φ角 作直线至基岩面Ⅰ、Ⅰ点。 • ②在基岩内，由于向斜翼上煤层倾角的变化，在采用 β = δ－k α（式中δ为走向移动角，α为煤层倾角，k为 系数）确定保护煤柱上边界时，应选用不同的α值。 为计算方便，按倾角相差10°为间隔，用αⅠ求出βⅠ ， 由Ⅰ点以βⅠ作直线交于Ⅱ点。 • ③用αII 求出βⅡ，由Ⅱ点以βⅡ作直线至煤层底板m、n 点。如果在Ⅱ点至煤层之间，岩层的倾角仍变化很大， 则仍按上述原则确定出点Ⅲ、Ⅳ……直至煤层底板。 • ④煤层走向剖面保护煤柱边界的圈定方法是过向斜轴 面与煤层交点O处作走向剖面，以φ、δ角在松散层和 基岩内作直线，得出保护煤柱的上、下边界。
保安煤柱设计
保
1. 巷道煤柱按以下公式计算
()
f 0.6M 2.5H S 1+=
式中： S 1——巷道保护煤柱的水平宽度，m ； H ——巷道的最大垂深，取390m ；
M ——煤层厚度，m ，取4号煤层最大厚度3.10m ； f ——煤的强度系数，取2。
()f
0.6M 2.5H S 1+==()2 3.10.62.5390⨯+=29.16（m ） 巷道煤柱取30m 。
2. 断层煤柱按下列计算：
L=0.5KM P K 3P
式中: L ——煤柱留设的宽度，m ；
K ——安全系数（一般取2～5）；
M ——煤层厚度或采高，m ，取4号煤层最大厚度
3.10m ；
P ——水头压力，Mpa ，（877.7-550）×9.8×103-=3.21Mpa ；
Kp ——煤的抗张强度，取0.6Mpa 。
L=0.5KM p K P
3=0.5×4×3.106
.021.33⨯=24.84m
断层煤柱取30m
井田边界煤柱留20m，大巷之间留30m，大巷两侧留30m 煤柱，断层煤柱留30m，采空区边界留20m。
工业场地及井筒按一级保护，村庄按三级保护，按场地外沿外扩20m保护带，再根据表土层和基岩厚度（表土移动角45。
，基岩移动角72。
）计算保安煤柱。
第四章保护煤柱留设-煤矿开采损害与保护
第二节 保护煤柱留设原理 留设保护煤柱的实质就是根据已掌握的地表 移动变形规律，在煤层层面上圈定一个保护煤柱 的边界，回采仅在该边界之外进行，已使开采的 影响不波及到需要保护的范围。 保护煤柱的边界是从受保护范围的边界起， 按移动角 δ 、 β 、 γ （主断面）上和斜向移动角 δ′ 、 β′、γ′（任意斜向断面上）所作的保护临界面与煤 层层面的交线。 如图4-1所示，地面上有一座需要保护的建筑 物ABCD，其受保护范围不是建筑物的外边界所圈 定的区域，而是过建筑物各角点平行于煤层走向 和倾向的四条直线所围成面积a0b0c0d0。
第二节 保护煤柱留设原理 从平面图上量出保护煤柱的面积A，根据煤层的倾 角 和煤的质量密度 及煤层厚度m，则可确定出 因留设煤柱而呆滞的煤量Q为:
Q A m cos
（4-1）
正确选取移动角是保护煤柱设计的关键。移动 角是指在充分采动或接近充分采动的条件下，主断 面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在 煤柱一侧所夹的角。 一般建筑物低于Ⅰ级损坏（裂缝宽度小于4mm）。 砖石结构房屋的临界变形值为
第二节 保护煤柱留设原理
保护煤柱留设时，由于地质采矿条件的差异、移动角 的误差、井上下位置关系的不准确等因素的影响，使得 所留设的保护煤柱的尺寸和位置出现偏差。因此，留设 的保护煤柱应具有一定的备用尺寸。加备用尺寸的方法 如下:
在地面上加维护带 加维护带在煤层层面上加维护带 加备用尺寸 （s 30 H / 6，s为维护带宽度，H为深度） 减小移动角 2 5
1．新设计的矿井和生产矿井在留设建筑物保护煤柱时， 应有相应的图纸和文字说明。其内容，包括地质开采技术条 件，受保护对象概况，留设煤柱的必要性，选取的参数及压 煤量计算。 2．煤柱留设和变更的批准权限如下： （1）国家一级铁路和二级铁路，对矿井安全生产有严 重威胁的水体，大型矿井的主要井筒及工业场地，县以上城 镇及大型工厂，压煤量超过50万吨的其它建筑物、水体、铁 路及主要井巷煤柱的留设，必须报省、市、自治区煤炭管理 部门批准、备案。 （2）上述以外的建筑物、水体、铁路及主要并巷煤柱 的留设，必须报矿务局总工程师 批准，报省、市、自治区煤炭管理部门备案。 （3）各类煤柱应按留设标准严加控制，不得任意变更， 特殊情况下非改变不可时，须按上述批准权限重新报批。
工业广场保安煤柱设计
的长度为 ef，ep、fq 为表土层厚度，ee'、ff'为煤层埋深，mn' 为煤层底板，将移动角的相关参数代入图 2 中得到 mn 的长 度就是倾向方向上工业广场的保护煤柱长度。
4、图 3 为走向方向上工业广场的剖面，gp、hq 为表土 层厚度，b'c'、a'd'为煤层底板，将移动角的相关参数代入图 3 中得到 CF、DE 的长度就是走向方向上工业广场的保护煤柱 长度。
5、圈定 CDEF 的范围就为工业广场的保安煤柱边界。
1 e
φ
p' p
γ
e
m
α
2 f
φ
q q' β
f
n'
n 图2
B C
D
A
a
gb
A'
1
2
m
e
f
n
4 d
h 3c
F
B'
E
图1
g1
φ
δ p' p
b'
4h
φ
q q'δFra bibliotekc'
a'
d'
图3
工业广场保护煤柱设计
我矿煤层的成煤年代为石炭二叠纪，可采用阳泉矿区移 动角的经验参数。Ψ=45°，δ=72°，γ=72°，β=72°(α <10°),α为煤层倾角。
二、现举例说明某工业广场的保安煤柱设计。 1、图 1 中不规则多边形为工业广场轮廓，1、2、3、4 点为圈定范围。 2、图 1 中 abcd 为受护带边界。A-A'为倾向剖面线，B-B' 为走向剖面线。ef 为工业广场在倾向剖面上的长度，gh 为工 业广场在走向方向上的长度。 3、图 2 为倾向方向上工业广场的剖面，倾向受护边界
煤矿防治水规定解读释义(1)
2021/6/8
2
『释义』本条是关于矿井分界处防 隔水煤（岩）柱留设的规定。
（一）矿与矿边界必须留防隔水煤（岩）柱；以断层为界， 则必须在断层两侧留有防隔水煤（岩）柱。防隔水煤（岩） 柱尺寸在矿井设计时确定。 （二）矿井边界煤（岩）柱已破坏的，要采取有效措施， 建立防水承压的隔离措施。
•案例 2005年4月24日，吉林省蛟河市吉安煤矿+178米 一层煤掘进工作面发生透水，水流经吉安煤矿与腾达煤矿 连通的溜煤眼泄入腾达煤矿，造成腾达煤矿30名矿工死亡。
第四章 矿井防治水
• 第二节 防隔水煤（岩）柱的留设
第五十二条：受水害威胁的矿井，有下列情况 之一的，应当留设防隔水煤（岩）柱：
（一）煤层露头风化带；
（二）在地表水体、含水冲积层下和水淹邻近地带；（三）与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂 隙带或者强导水断层接触的煤层；
2021/6/8
5
（四）有大量积水的老窑和采空区； （五）导水、充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河； （六）分区隔离开采边界； （七）受保护的观测孔、注浆孔和电缆孔等。
漳河水库水通过李家洲煤矿、费家堡煤矿向水库下游
泄水，透水强度最大达到5.39立方米/秒，下游人民
群众受到严重威胁。经过3个月的注浆治理，堵水成
功。
2021/6/8
12
第四章 矿井防治水
• 第二节 防隔水煤（岩）柱的留设
第五十五条：开采水淹区下的废弃防隔水煤 （岩）柱时，应当彻底疏放上部积水。严禁 顶水作业。
2021/6/8
18
『释义』本条是关于矿井设置排水 系统的规定。
（一）矿井必须建立排水系统。主要包括水 泵、排水管路、配电设备、水仓、水沟等。 不得将矿井水向老空区排放或私自泄入其他 矿井，再由其他矿井排水。
煤矿各类保护煤柱设计方案
桐梓县强博煤矿
保护煤柱设计
编制：地测科
2019年8月
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沙、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设计。
二、保护煤柱设计参数
1、移动角
正确选取移动角是保护煤柱设计的关键。
移动角是指在充分采动或接近充分采动条件下，主断层面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角。
砖混结构房屋的临界变形值为i=3mm/m;k=0.2*10-3mm/㎡；§=2mm/m.
2、维护带
保护煤柱留设时，由于地质采矿条件的差异、移动角的误差、井上下位置关系的不准确等因素，使得所留设的保护煤柱的尺寸和位置出现偏差。
因此，留设的保护煤柱应具备一定的备用尺寸。
在地面上加维护带
在煤层层面上加维护带
加备用尺寸 S=30-H/6,为维护带宽度，H为深度
2°-5°。
合理留设保护煤柱的方法探讨
合理留设保护煤柱的方法探讨摘要：简要介绍了保护煤柱留设方法，合理留设安全煤柱保护地面建筑物免受地下开采影响。
关键词：留设保护煤柱，计算方法一、概述留设安全煤柱仍是保护地面建筑物免地下开采影响的主要措施之一，其传统方法有垂直剖法和垂线法。
这些方法存在一个共同缺点，即在保护边界角点处，只考虑了垂直于边界方向上的影响距离，而未考虑到斜向影响距离，从而使角点处留设煤柱过大，造成不必要的煤炭损失。
对于这一问题，已有多种减少角点多余煤柱的方法，最常用的方法是取两种方法设计煤柱的重叠部分，但当保护边界为矩形且沿煤层走向（或倾向）时，两个煤柱完全重叠，这种方法失去作用。
同时由于传统方法在理论上仍存在一些问题（见下文），因此有必要进一步探讨保护煤柱留设方法，以期提出一种最直接进行计算、便于在图上表示、且使留设煤柱最为合理（煤柱最小）的实用设计方法。
二、传统方法存在的问题1、在固定围护带时，建筑物边界转折处（角点）的围护带边界为折线，其宽度S/sinT/2（T为内角）大于规定的标准宽度S，其差值为△S=S•（1/sinT/2-1）。
事实上，围护带边界（受护边界）到建筑物边界的法线距离应处处相等（都为带宽S），角点处受护边界应是以角点为圆心，以带宽S为半径作圆与直接部分相切所得圆。
2、作表土层保护范围时，对应于建筑物边界角点的保护边界是折线，其宽度Lф/sin/T/2大于计算宽度Lф=h•ctg ф，其差值为△Lф=hctgф（1/sinT/2-1），（式中h为表土层厚度，ф为表土层移动角）。
事实上，表土层保护边界到受护边界的法向距离都相等（其值为Lф），在转折处应是以建筑物边界角点为圆心，以（S+Lф）为半径作圆与直线部分相切所得圆弧。
综合以上两方面因素，使得表土层保护边界在角点处宽度增大，其值为：△L=（S+hctgф）（1/sinT/2-1），一般情况下，取ф=45°，则有△L=（S+h）（1/sinT/2-1）。
保护煤柱设计
王家焉煤业有限公司保护煤柱设计方案（2012）王家焉煤矿地测科目录一、保护煤柱留设目的和任务 (3)二、保护煤柱设计参数 (3)（1）移动角 (3)（2）维护带 (3)三、保护煤柱留设的计算 (4)（1）确定受护边界 (4)（2）确定松散层保护边界 (5)（3）确定保护煤柱边界 (5)四、设计成果 (6)五、建议 (6)附1：王家焉煤矿保护煤柱留设尺寸表 (7)附2：5#煤层保安煤柱图 (7)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（沙）、上覆岩层和地面建筑、构筑物不受开采影响。
为了各煤矿能够安全生产，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设计。
二、保护煤柱设计参数（1）移动角正确选取移动角是保护煤柱设计的关键。
移动角是指在充分采动或接近充分采动的条件下，主断面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角。
砖石结构房屋的临界变形值为i=3mm/m;k=0.2*10-3mm/m2;§=2mm/m。
（2）维护带保护煤柱留设时，由于地质采矿条件的差异、移动角的误差、井上下位置关系的不准确等因素，使得所留设的保护煤柱的尺寸和位置出现偏差。
因此，留设的保护煤柱应具备一定的备用尺寸。
在地面上加维护带加维护带在煤层层面上加维护带加备用尺寸（s=30-H/6,s为维护带宽度,H为深度减小移动角2°-5°通过建筑物的角点做平行于煤层走向和煤层倾向的四条直线，俩俩相交的一矩形范围。
建筑物和构筑物的保护等级维护带宽度s(m)Ⅰ20Ⅱ15Ⅲ10Ⅳ 5三、保护煤柱留设的计算村庄和公路以及各类防水（沙）、建（构）筑物受护范围确定后，利用垂线法计算设计其保护煤柱范围，然后按参数计算完成。
《保护煤柱的设计》课件
煤柱的重要性
安全保障
煤柱作为采空区和留设采煤工作 区之间的界限，可以起到隔断作 用，有效保障采煤工人的安全。
煤炭资源的保护
煤柱可以充分利用煤炭资源，将 煤炭的损耗降至最低，减小采煤 产生的矿尘和噪音，实现节能环 保。
采煤效率的提升
有保护煤柱作为支撑，就可以放 大采煤空间，提高采煤
1
采用加强与替换
对于采空区域，需要采用加强与替换等措施来保障煤柱的稳定性，使煤柱的受力 合理分布。
2
支护与煤矸石充填方法
采用支护和煤矸石充填等方法，在煤柱周围形成强度均匀的支护体系，保障煤柱 不受上部加载而发生倒塌。
3
控制波及分析法
控制波及分析法能够分析采煤对煤柱周边空区的影响，通过调整采煤参数等方式， 减少采煤对煤柱的影响。
设计的局限性
1 地质条件限制
对于地质条件复杂的区域，保护煤柱会面临更大的难度和风险。
2 保护成本高昂
采用多重保护手段保护煤柱需要投入大量的人力、物力和财力。
3 保护难以持续
保护煤柱需要长期维护，在人员流动等方面也会面临较大的难度。
结论
在采煤过程中，保护煤柱的设计必不可少。本课件介绍了煤柱的重要性、保 护煤柱的设计原则和方法、应用实例分析以及局限性，希望能为广大生产一 线提供参考和借鉴。
应用实例分析
道南煤矿
针对道南煤矿的地质条件，采用 了加强加固、支护充填以及控制 波及等多种手段，取得了较好的 煤柱保护效果。
健康牌二矿
针对健康牌二矿地质特点采取超 前支护、卸压覆盖等保护方法， 成功地保护了煤柱。
辰能煤矿
辰能煤矿应用了加强加固、变形 监测、充填开采等多种方法，取 得了较好的保护效果。
合理确定煤柱大小
采矿学第4章单一走向长壁采煤法采煤系统详解
ii、机巷低洼处泄水（通过联络巷泄水）
2、一般综采工作面区段平巷布置
1）综采工作面特点 • 设备多，重量大。如采煤机 8 12 t；支架
17 t 左右。 • 设备功率大，有液压系统，供电系统及其附
属设备，液压泵站，移动变电站，转载机等。
• 设备安装、拆卸及运输费工耗时。 • 采面产量高。 • 巷道断面尺寸大。
缺点：煤损大；回采 技术复杂；转折点难 维护，设备折损严重。
适用 ：少。
（六）区段间无煤柱开采的回采巷道布置
1、 沿空留巷（巷帮充填）： 工作面采煤后沿采空区边 缘维护原回采巷道前进式 沿空留巷：采面前进式回 采，沿采空区留出平巷。
2）后退式沿空留巷：先掘 区段平巷到采区边界，采 面后退回采，沿采空区留 出平巷，为下区段服务。
85°
（3）中切眼断面及支护
断面 — 10m2；支护 — 锚网支护 平六矿：煤巷锚杆间距0.7m， 锚杆长1.8m，
冷拔钢丝网，14#钢丝，网孔40*40mm （4）中切眼作用： 解决掘进期间局部通风问题 如：JBT局扇或 JBD622局扇 ，有效供风长度 700m
利用中切眼，缩短了供风距离，减少了风 筒占用量，降低了风阻，提高通风效率。
一、单一走向长壁采煤法采区巷道布置及生 产系统 （一）条件： 近水平、缓斜、倾斜煤层 薄、中厚及厚煤层（35m） 地质构造简单，瓦斯涌出量小。
（二）巷 道布置及
特点
layout of
roadways
as well as
feature 1、巷道名
称：
14
2
10 6
A
9
7 13
11 8 9'
7' 1
2）一般综采工作面机巷、风巷布置
2、一般综采工作面区段平巷布置
1）综采工作面特点 • 设备多，重量大。如采煤机 8 12 t；支架
17 t 左右。 • 设备功率大，有液压系统，供电系统及其附
属设备，液压泵站，移动变电站，转载机等。
• 设备安装、拆卸及运输费工耗时。 • 采面产量高。 • 巷道断面尺寸大。
缺点：煤损大；回采 技术复杂；转折点难 维护，设备折损严重。
适用 ：少。
（六）区段间无煤柱开采的回采巷道布置
1、 沿空留巷（巷帮充填）： 工作面采煤后沿采空区边 缘维护原回采巷道前进式 沿空留巷：采面前进式回 采，沿采空区留出平巷。
2）后退式沿空留巷：先掘 区段平巷到采区边界，采 面后退回采，沿采空区留 出平巷，为下区段服务。
85°
（3）中切眼断面及支护
断面 — 10m2；支护 — 锚网支护 平六矿：煤巷锚杆间距0.7m， 锚杆长1.8m，
冷拔钢丝网，14#钢丝，网孔40*40mm （4）中切眼作用： 解决掘进期间局部通风问题 如：JBT局扇或 JBD622局扇 ，有效供风长度 700m
利用中切眼，缩短了供风距离，减少了风 筒占用量，降低了风阻，提高通风效率。
一、单一走向长壁采煤法采区巷道布置及生 产系统 （一）条件： 近水平、缓斜、倾斜煤层 薄、中厚及厚煤层（35m） 地质构造简单，瓦斯涌出量小。
（二）巷 道布置及
特点
layout of
roadways
as well as
feature 1、巷道名
称：
14
2
10 6
A
9
7 13
11 8 9'
7' 1
2）一般综采工作面机巷、风巷布置
开采沉陷影响因素及保护煤柱的设计
计算边界 P83 保护煤柱设计
回采 actual mining:从完成采准、切割工作的矿块内采出矿石的过程。回采工 艺包括落矿、出矿和地压管理 3 种作业。回采工艺直接影响采矿方法的技术经 济指标。 作业流程 ①落矿。将矿石以合格块度从矿体上采落下来的作业。 ②出矿。将采下的矿石从落矿工作面运到阶段(按一定高度划分，具有走向全长 的开采矿段)运输水平的作业。出矿效率直接影响矿块的生产能力，采落矿石中 大于规定标准的不合格大块，需在出矿前或出矿过程中进行二次破碎。常用的 出矿设备有电耙、输送机、装载机、铲运机和振动放矿机等。 ③地压管理。包括维护和处理采空区。回采工艺中的落矿、出矿和地压管理是 密切相关的，应根据最优技术经济效果，选取合理的回采工艺。
〞
充分采动角，移动角，移动角修正值 以及最大下沉角等沉陷参数。 用概率积分法计算地表移动与变形值的公式中，所需的基本参数有 5 个，即：下沉系 数q、主要影响角的正切 tanβ、拐点偏移距S0 、水平移动系数 b 和影响传播角θ0 。(普通十 五教材—开采损坏与环境保护 P86) 1．下沉系数q 充分采动时，地表最大下沉值 Wcm 与煤层法线采厚 M 在铅垂方向投影长度的比值称下 沉系数。 2．水平移动系数 b 充分采动时，走向主断面上地表最大水平移动值 Ucm 与地表最大下沉值 Wcm 的比值称 水平移动系数。 3．开采影响传播角θ0 充分采动时，为倾向主断面上地表最大下沉值 Wcm 与该点水平移动值 Ucm 比值的反正 切为开采影响传播角。 式中 Ucm 一—为倾向剖面上最大下沉值点处的水平移动值。 4．主要影响角正切 tanβ 走向主断面上走向边界采深 Hz，与其主要影响半径 rz 之比 充分采动时，走向主断面上下沉值分别为 0.16Wcm 和 0.84Wcm 值的点间距为 0.8rz,即 l＝0.8rz，由此得 rz＝l／0.8。 5.拐点偏距 S 充分采动时，下沉盆地主断面上下沉值为 0.5Wcm、最大倾斜和曲率为零的 3 个点的点 位 x(或 y)的平均值 x0(或 y0)为拐点坐标。将 x0(或 y0)向煤层投影(走向断面按 90°、倾 向断面按影响传播角θ0 投影)，其投影点至采区边界的距离为拐点偏距。拐点偏距分下山边 界拐点偏距 S1、上山边界拐点偏距 S2，走向左边界拐点偏距 S3 和走向右边界拐点偏距 S4。 以上参数的取值范围大致是： q 为 0.6—0.9，一般为 0.6 一 0.8 b 一般在 0.20—0.40 之间变化； θ0 可按θ0 ＝90°-k·α取值； tanβ在 1.04—6.80 之间变化．常见值为 1.3—2.5。
保护煤柱设计
****煤业有限公司保护煤柱设计方案（2012）****地测科目录一、保护煤柱留设目的和任务 (2)二、保护煤柱设计参数 (3)（1）移动角 (3)（2）维护带 (3)三、保护煤柱留设的计算 (4)（1）确定受护边界 (4)（2）确定松散层保护边界 (4)（3）确定保护煤柱边界 (5)四、设计成果 (6)五、建议 (6)附1：****煤矿保护煤柱留设尺寸表 (6)附2：8#煤层保安煤柱图 (6)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（沙）、上覆岩层和地面建筑、构筑物不受开采影响。
为了各煤矿能够安全生产，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设计。
二、保护煤柱设计参数（1）移动角正确选取移动角是保护煤柱设计的关键。
移动角是指在充分采动或接近充分采动的条件下，主断面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角。
砖石结构房屋的临界变形值为i=3mm/m;k=0.2*10-3mm/m2;§=2mm/m。
（2）维护带保护煤柱留设时，由于地质采矿条件的差异、移动角的误差、井上下位置关系的不准确等因素，使得所留设的保护煤柱的尺寸和位置出现偏差。
因此，留设的保护煤柱应具备一定的备用尺寸。
在地面上加维护带加维护带在煤层层面上加维护带加备用尺寸（s=30-H/6,s为维护带宽度,H为深度减小移动角2°-5°通过建筑物的角点做平行于煤层走向和煤层倾向的四条直线，俩俩相交的一矩形范围。
三、保护煤柱留设的计算村庄和公路以及各类防水（沙）、建（构）筑物受护范围确定后，利用垂线法计算设计其保护煤柱范围，然后按参数计算完成。
（1）确定受护边界根据国家有关规程，村庄房屋和一般公路属于Ⅱ级保护，围护带宽度为15m。
垂线法设计保护煤柱
垂线法设计保护煤柱一、斜向移动角的求法图 5-6 斜向移动角图5-6表示煤层底板等高线与保护对象的位置关系。
在沿保护对象长轴方向的断面图上作保护煤柱时，不能采用主断面的移动角，而要用斜向移动角度'γ和'β来设计煤柱。
'γ和'β分别表示任意斜向断面上的上山方向和下山方向的移动角。
对于每一开采单元ΔS 它在走向方向、上山方向和下山方向的采动影响范围可用移动角βγδ、、来确定，如图5-7 。
图5-7 单元开采影响图5-8 斜向移动角影响图5-10 保护边界与煤层走向之间相对关系假定开采单元面积对地表的影响范围为一个椭圆形面积，这个椭圆由两个半椭圆合成（如图5-8），上山方向半椭圆的半轴分别为：γHctg c = δH c t g b =下山方向半椭圆的半轴分别为：βHctg a = δH c t g b = 式中H 为单元开采深度。
在图5-8中，x 轴为煤层倾向方向，y 轴为走向方向，假设保护边界位于开采单元的下山方向，并且切影响椭圆于M 点，保护边界线与煤层走向的夹角为θ。
保护边界至开采单元的水平距为'βHctg P =。
已知下山方向半椭圆的半轴分别为：βHctg a = δH c t g b =椭圆方程式为12222=+by ax椭圆上任一点)(11y x M ，的切线方程式为1x 2121=+y by x a由图5-8知，切线方程又可写为P y x =+θθsin cos由此可得θδθββ2222'sin cos ctg ctg ctg +=同理，可求出从保护边界向下山方向划煤柱的斜向移动角'γθδθγγ2222'sin cos ctg ctg ctg +=应该指出，式中的θ角是保护边界线与煤层走向所夹的锐角。
对于矩形建筑物，θ角有两个角值θ和'θ，（如图5-10）θ是保护边界AB 与煤层走向之间的夹角，'θ是保护边界BC 与煤层走向之间的夹角。
《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程
附件《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（征求意见对照稿）国家煤矿安全监察局2016年7月第71条留设立井保护煤柱时，地面受护面积应包括井架（井塔）、提升机房和围护带。
立井和暗立井围护带宽度定为20m。
立井保护煤柱按第74条规定设计；暗立井保护煤柱按第78条规定设计。
第72条设计工业场地保护煤柱时，地面受护面积应包括受护对象加围护带。
工业场地受护对象是指工业场地内为煤炭生产直接服务的工业厂房和服务设施，如主、副井，井架（井塔）、提升机房、装煤系统、任务交待室、办公楼、选煤厂、灯房、压风机房、扇风机房、变电所、机修厂等。
工业场地围护带宽度一般定为15m。
工业场地保护煤柱用移动角法设计。
压风机房、扇风机房、变电所、机修厂等。
工业场地围护带宽度为15m。
图1 暗立井保护煤柱设计方法第74条立井保护煤柱一般采用垂直剖面法设计。
第一类保护煤柱以边界角法设计。
当立井包括在工业场地以内时，接第72条规定以工业场地受护面积设计其保护煤柱。
如果前者大于后者时，应以前者为保护煤柱最终边界。
第二类保护煤柱以移动角法设计。
第85条立井保护煤柱应当采用垂直剖面法设计。
第一类立井保护煤柱按边界角设计。
当立井包括在工业场地以内时，按第83条要求以工业场地受护范围设计其保护煤柱。
如果前者大于后者时，应当以前者为保护煤柱最终边界。
第二类立井保护煤柱按移动角设计。
第三类 在煤层倾斜剖面上以λ角设计保护煤柱的下山方向边界，在煤层走向方向上以δ角设计保护煤柱的边界。
第四类 除应按本条前三类规定留设保护煤柱外，还应按第75条规定另加防滑煤柱（见附录九例5）。
第五类 为了防止滑坡引起井筒破坏，一般应在井筒所在斜坡的上、下坡两侧加大煤柱尺寸，具体方法参照第24条规定。
第三类立井 保护煤柱按移动角设计，保护煤柱的下山方向边界以底板移动角设计。
第四类立井 保护煤柱除应当按本条前三类规定设计保护煤柱外，还应当留设立井防滑煤柱（见第86条）。
保安煤柱管理制度
保安煤柱管理制度引言保安煤柱是矿井工作中的重要设施，对矿井的安全运行起着至关重要的作用。
为确保保安煤柱的安全管理和有效利用，制定并严格执行保安煤柱管理制度是非常必要的。
本文将介绍保安煤柱管理制度的基本内容和要求，旨在提高保安煤柱管理的规范性和实用性，确保矿井运行的安全性。
一、管理目的保安煤柱管理制度的主要目的是对煤柱的规范管理，确保其在矿井中承担的作用能够最大化发挥，并在安全范围内进行有效利用，以保障矿井运行的稳定和员工的人身安全。
二、管理范围本管理制度适用于所有矿井的保安煤柱管理工作，包括对煤柱的安装、补偿和维护等各个环节。
三、管理要求1.煤柱的设计与安装煤柱的设计和安装必须符合国家和地方相关安全规定的要求，并由具备相应资质的专业单位进行设计和施工。
设计方案应充分考虑矿井的地质条件和煤柱所处位置的特殊情况，确保煤柱具有足够的强度和稳定性。
2.煤柱的定期检查和维护煤柱应定期进行检查和维护，以确保其在使用过程中的安全性和稳定性。
检查内容包括煤柱的外观、基础状况以及周围环境的变化情况等。
如发现煤柱出现破损、倾斜或者周围环境有异常情况时，应及时采取措施进行修复或者调整。
3.煤柱的补偿和保护煤柱在矿井工作中承受巨大的力量和压力，可能存在破损的风险。
因此，在必要时，应考虑采取煤柱的补偿和保护措施，以提高煤柱的安全性和使用寿命。
补偿和保护措施应在专业人员的指导下进行，并定期进行检查和更新。
4.煤柱的使用限制和警示标识煤柱的使用应有明确的限制条件，并在煤柱周围进行合适的警示标识，以提醒人员注意煤柱的存在。
同时，应在必要的位置和时间进行警示宣传，以增强员工对煤柱安全的意识和知识。
5.煤柱事故的报告和处理如果出现煤柱事故，应及时进行报告，并按照矿井的事故应急处理流程进行处理。
相关责任人应积极配合事故调查和处理工作，并在事故发生后及时采取措施，以防止事故扩大和再次发生。
结论保安煤柱作为矿井的重要设施，在矿井的运行中具有不可替代的作用。
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1
13
4.2 垂直断面法
留设煤柱而呆滞的煤量Q为:
Q A cos m
式中, ----煤层的倾角;
A----平面图上保护煤柱的面积 ----煤的质量密度 m----煤层厚度
1
14
4.2 垂直断面法
掌握几个概念: 松散层移动角
移动角
围护带
1
15
4.2 垂直断面法
正确选取移动角是保护煤 柱设计的关键。 那么,什么叫移动角?
1
18
4.2 垂直断面法
什么叫松散层移动角?
1
19
4.2 垂直断面法
松散层移动角----用基岩移动角自采空区边界划线和基岩松 散层交接面相交于B点，B点至地表下沉为10mm处的点C 连线与水平线在煤柱一侧所夹的锐角，用φ表示。它不受 煤层倾角的影响，主要与松散层的特性有关。
1
20
4.2 垂直断面法
1
B
θ"
C D
A θ´39Fra bibliotek4.3 垂线法
垂线长度q、l 如何计算 ？
1
40
4.3 垂线法
右图为通过a点并 与建筑物保护边界线 垂直的断面图。保护 边界与煤层走向相交 成θ角，而此断面与 煤层走向相交成90θ角，α′为煤层的 伪倾角。
H-h
l
1
41
4.3 垂线法
从下图可知:
O B O A cos
1
l
43
4.3垂线法
怎么用垂线法设计保护煤柱？
——步骤。
1
44
4.3 垂线法
步骤：
（1）确定受保护边界。在平面图（图4-7）先确定需要保护的 范围，然后加围护带s=15m，得受保护边界1-2-3-4；
9 -100m 11
30º
C 10
3´
3
s
B
-200m 12 -300m
8
4 r
2´
4´
2
30º
加备用尺寸
H 为深度）
1
22
4.2 垂直断面法
目前在保护煤柱设计中，一般在地面上加围护带，即 根据建筑物不同的保护级别，从建筑物边界向外扩展 一定的范围，作为设计保护煤柱的受保护边界。
矿区建筑物和构筑物的保护等级，如下表所示。
1
23
4.2 垂直断面法
矿区建筑物和构筑物的保护等级
保护 等级 Ⅰ 主 要 建 筑 物 和 构 筑 物 国务院明令保护的文物和纪念性建筑物；一级火车站，发电厂主厂房；在 同一跨度内有两台重型桥式吊车的大型厂房、平炉、水泥厂回转窖、大型 选煤厂主厂房等；特别重要或特别敏感的、采动后可能导致发生重大生产、 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
开采损害与保护
Mining damage and protection
第四章
保护煤柱设计
Chapter 4 Protective coal pillar design
1
地表移动和变形规律
2
3 4 5 6
地表移动和变形观测 地表移动和变形预计
保护煤柱的设计
建筑下采煤
水体下采煤
7
铁路下采煤
第四章 保护煤柱设计
1
a
b
θ
a β’
b γ’
33
4.3 垂线法
任意斜向断面上的斜 向移动角 、 可根 据地表移动观站获得
的主断面上的移动角
、、 及斜向断面 与煤层走向的交角θ
来确定。
1
34
4.3 垂线法
斜向移动角的求解？
1
35
4.3 垂线法
如右图，设有一开采单元s， 它在走向、下山方向和上山方 向的影响范围可用移动角、、 来确定。 根据地表移动变形规律，可 假定：开采单元面积在地表的 影响范围为一个椭圆，该椭圆 由两个半椭圆组合而成。
38
4.3 垂线法
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γ ′为：
ctg ctg
2
cos
2
ctg sin
2
2
式中的角是保护煤柱边界线与煤层走向线所夹的锐角。
对于矩形建筑物，可由 和两个角表示与煤层走向 的方位， 是保护边界BC 与煤层走向之间的夹角， 是保护边界AB与煤层走向 之间的夹角。
tg
OO O A
tg
OO O B
O O O Atg O Btg
故有： tg tg cos
1
42
4.3 垂线法
tg ( H h ) h1 q
tg ( H h ) h2 l
tg
a H ctg
y上 o c b θ a b P θ x F
c
H
γ β
Δs
a G（x0,y0） M（x1,y1）
y下 E b b
H
δ δ
b H ctg
c H ctg
1
Δs
单元s开采的影响范围
36
4.3 垂线法
取x轴沿走向，y轴沿倾向。 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边界 点。 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。
1
5
4.1 概述
由于采矿引起的岩层与地表移动，使得位 于其影响范围内的井巷、地面建筑物和构筑 物、地表水系及含水层等遭受不同程度的损 坏。 为了保护某些重要的建（构）筑物、水体 等，使其免遭采动损害的影响，有时需要在 井下留设保护煤柱，特别是对小范围内的重 要建筑物，在浅部开采时留设保护煤柱还是 必要的。
D
7
6 5 -400m
A
1
46
4.3 垂线法
（3）从1、2、3、4各点分别做出线段1-2和1-4、2-1和2-3、 3-2和3-4、4-3和4-1的垂线。 上山方向的垂 线长q为：
q
9
C 10
l2 3´ l3 l4
30º
-100m
11 4
4´ q4
1
26
4.2 垂直断面法
垂直断面法设计保护煤 柱的方法和步骤
1
27
4.2 垂直断面法
如下图，要设计一群重要建筑物的保护煤柱，保护 等级为Ⅱ级，保护面积的平面形状为矩形，面积为 100m×200m，长轴与煤层走向斜交θ=60。
Ⅰ
b
a
Ⅱ
Ⅱ
m d
n
c Ⅰ
煤层倾角a=30，煤层在保护范围 中央处的埋藏深度H0=250m．地 面标高为零，松散层厚度h=40m， 煤层厚度m=2.5m。 该地区的移动角参数为：=55， ==73，=45，
x1 cos p 2 b y1 sin p a
2
p / cos
y 1
（2）
（3）
y下 E b b
对比（1）和（2）可知，
H
δ δ
将（3）及P=Hctgβ′代入式（1）得：
ctg ctg
2
Δs
cos
2
ctg sin
2
2
1
单元s开采的影响范围
1
28
1
29
4.2 垂直断面法
步骤：
（1）确定受护边界：沿煤层走向和倾向确定受 护对象的边界，按保护等级加围护带，得到受护边 界； （2）确定保护煤柱边界：在受护面积边界与煤 层走向平行或垂直时所作的垂直剖面上，在松散层 和基岩内分别用移动角φ和β、γ、δ画直线，作 出保护煤柱边界。 （3）计算因设臵保护煤柱而留滞的煤量。
tg
h1 q
h2 l
。因此有：
tg H h l tg
H h q
tg
tg tg cos
H-h
q
( H h ) ctg 1 ctg tg cos
l
( H h ) ctg 1 ctg tg cos
p H ctg
1
y上 o c b θ a b P θ F
c x
a G（x0,y0） M（x1,y1） H
γ β
Δs
y下 E b b
H
δ δ
Δs
单元s开采的影响范围
37
M x1 , y 1
4.3 垂线法
椭圆方程： 求导得：
M x1 , y 1
x1
2
x a
2 2
2
y b
1
4
4.1 概述
保护煤柱是指专门留在井下不予采出的、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。
留设保护煤往虽然是保护上覆岩层和地面建筑物、构 筑物不受开采影响的一种比较可靠的方法，但也存在如 下缺点： 1．有一部分煤炭留在地下暂时或永远不能采出，造 成大量煤炭资源的损失，缩短矿井生产年限； 2．由于留设保护煤柱，使采掘工作复杂化和采掘工 程量增大 3、还会导致局部矿压集中，给矿井生产造成危害。
农村木结构承重房屋，简易仓库等
1
Ⅲ Ⅳ
24
4.2 垂直断面法
矿区建（构）筑物保护煤柱的围护带宽度
建筑物和构筑物的保护等级 围护带宽度s (m)
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
20
15 10
Ⅳ
5
1
25
4.2 垂直断面法
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，矿区的地质条件 及煤层埋藏条件； 2．符合精度要求的必要的图纸资料，如井 田地质剖面图，煤层底板等高线图，井上下对 照图； 3．矿区地表移动参数以及断层、背向斜等 地质构造情况。