保护煤柱设计ppt课件

保护煤柱的留设一、保护煤柱是指专门留在井下不予采出的、旨在保护其上方岩层内部和地表的保护对象不受开采影响的煤炭资源。

二、保护煤柱留设的原理在保护对象的下方留出一部分煤炭资源不予开采，使其周围煤炭的开采对保护对象不产生有危险性的移动和变形。

保护煤柱留设原理图三、保护煤柱留设所用参数（一）围护带宽度1、受护对象2、围护带围护带作用：①抵消参数误差，②抵消井上下位置关系误差。

围护带宽度根据受护对象的保护等级确定。

（二）移动角值参数1、基岩移动角：①走向移动角δ②上山移动角γ③下山移动角β2、松散层移动角（ψ）：①黄土层ψ=55°②风化坡积物ψ=45°③富水坡积物或砂层ψ=35°移动角值参数示意图四、保护煤柱留设方法（一）所需资料1、保护对象特征及使用要求；2、地质、采矿条件，煤层埋藏、地质构造情况；3、矿区移动参数；4、精度符合要求的必要图纸。

（二）保护煤柱留设方法垂直剖面法、垂线法和数字标高法。

1、垂直剖面法采用图解的方法，作沿煤层走向和倾向的垂直剖面，在剖面图上确定煤柱的边界宽度，并投影至平面图上而得保护煤柱边界。

步骤（1）确定受护面积边界①确定建（构）筑物保护边界②确定围护带③确定受护面积边界受护面积边界应与煤层走向、倾向平行。

垂直剖面法受护边界的确定示图（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，在松散层内用ψ角画直线，在基岩层内直接用基岩移动角β、γ、δ画直线，即可作出保护煤柱边界。

垂直剖面法留设保护煤柱示意图注意：在倾向剖面上，往上山方向用β角，往下山方向用γ角。

（3）保护煤柱压煤量估算（略）2、垂线法用解析方法留设保护煤柱，先作受护面积边界的垂线，利用公式计算垂线的长度，再在平面图上量出垂线长度，从而确定保护煤柱边界。

步骤：（1）确定受护面积边界在平面图上直接作平行于受护对象边界的直线，构成多边形。

再在其外围画出围护带，得受护面积边界。

2 矿井储量、年产量及服务年限2.1井田境界井田境界应根据地质构造、储量、水文、煤层赋存情况、开采技术条件、开拓方式及地貌、地物等因素，进行技术分析后确定.一般以下列情况为界: 1．以大断层、褶曲和煤层露头、老窑采空区为界；2．以山谷、河流、铁路、较大的城镇或建筑物的保护煤柱为界；3．以相邻的矿井井田境界煤柱为界；4．人为划分井田境界。

根据鹤煤六矿一号井井田地质情况，确定该井田境界如下：大断层为界；南部以F1东部以-800水平为界；西部以-300水平为界；北部以人为划分为界。

井田南北走向涨3.8km,东西倾斜宽1.2km,井田面积约为4.31km²。

2.2井田储量2.2.1矿井工业储量本井田煤层倾角20°>15°，所以根据煤炭储量计算要求，采用斜面积和真厚度来计算储量。

矿井工业储量如表2-2-1所示。

计算公式为：Q=S*SECα*M*ρ视式中，Q——————计算块段储量，万t；S——————计算块段煤层的平面积，万m²；M——————计算块段煤层的平均厚度，m；ρ视—————计算块段煤层的平均视密度，t/m³。

代入数据，计算得:工业储量Q=4964万t。

表2-2-1 矿井工业储量汇总表2.2.2矿井设计储量矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失量后的储量。

井田边境煤柱：井田边境保护煤柱在井田边境留设20m的保护煤柱，西边的=80.25万t。

断层边界煤柱以30m留设，则其煤柱损失量为：Q边井田及工业场地保护煤柱：按设计规范规定，年产60万t/a的中型矿井，工业场地占地面积指标为1.2公顷/10万t。

工业场地的总占地面积：S=1.2*6＝7.2公顷＝72000ｍ²。

根据垂直剖面可计算工业广场的保护煤柱的留设，计算如下：工业广场占地面积为:360*300m²，平面形状为矩形，煤层地质条件为：倾角20°，煤层在受保护范围内中央的埋深H=450m，地面标高150m，煤层底板标高-300m，松散层厚度50m，此外煤厚8.1m。

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。

第二章保护煤柱留设第一节保护煤柱留设基础知识地下采煤引起岩层与地表产生沉陷、移动和变形，导致位于其影响范围内的井筒、巷道、地面建筑物和构筑物、地表水系及地下含水层等遭受不同程度的破坏。

为了保护有些重要的建筑物、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。

保护煤柱：指专门留在井下不予采出的、旨在保护其上方岩层内部和地表的各种保护对象不受开采影响的那部分煤炭。

受保护对象包括：井筒、井下主要巷道和硐室、地面各类建（构）筑物、铁路、水体等。

留设保护煤柱的优点是能有效保护地表建（构）筑物，其缺点是：（1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限；（2）使采掘工作复杂化，增大掘进工作量，造成采掘关系紧张。

下列情况下需要留设临时性的或永久性的保护煤柱：（1）矿井工业场地及风井井口附近的建筑物、构筑物和其他重要设施；（2）国务院明令保护的文物、纪念性建筑物和构筑物；（3）采用不搬迁进行采煤在技术上不可行，而搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建筑物和构筑物；（4）煤层开采后，地表可能产生抽冒、切冒等形式的塌陷漏斗坑和突然陷落，对地基及上部建筑造成严重破坏的重要建筑物和构筑物；（5）所在地表下方潜水位较高，采后地表下沉将导致建筑物及其附近地面积水，而又不可自动排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的建筑物或构筑物；（6）对国民经济和人民生活有重大意义的、用其他保护方法不能确保安全的河(湖、海、水库) 堤坝、船闸、泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑工程。

一、保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理是在保护对象的下方留出一部分煤炭不开采，使其周围的煤炭的开采对保护对象不产生有危险性的移动和变形。

图2-1 保护煤柱留设原理图如图2-1：设煤层上方的地面有一建筑物，其受护面积为a0b0c0d0，为保护建筑物不受开采的有害影响，需要留设保护煤柱。

确定煤柱大小的方法具体如下：首先，通过建筑物中心作沿煤层走向和倾向的剖面图，如图所示。

保护煤柱设计：垂直断面法：建筑物概况：各边边长为238.79、251.05、234.7、246.91. 煤层倾角：30度，采深H0=195.24，地面标高为，煤层厚度：2.5保护等级Ⅱ级。

长轴与煤层走向斜交25度。

走向移动角δ78°移动角修正值△δ、△β、△γ 0° 13°20°最大下沉角θ69.3°松散层移动角45°松散层厚度h 3m充分采动角φ3、φ2、φ1走向长度l 668.24倾斜长度L 133.7m煤层倾角α30°煤层厚度 2.5上边界H2415.19下边界H1422.17开采深度418.68工作面推进速度 2.5m/a1，确定受护边界，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。

表1建筑物和构筑物的保护等级维护带宽度s(m)Ⅰ20Ⅱ15Ⅲ10Ⅳ 5通过表1，维护带宽度s=15.从矩形范围向外圈出一维护带15m。

其外缘abcd 为受护边界。

2过保护范围abcd的中心o，作沿煤层走向和煤层倾向的垂直剖面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ。

3在倾向垂直剖面上标出地表线，受护边界的位置m、n，松散层和煤层等，并标注出煤层的倾角α=30°。

煤层的厚度m=2.5,煤层的埋藏深度H0=418.68.及简要的地层柱状图。

4在受护边界点m、n作松散层移动角ρ=45°，与基岩面相交于m1、n1.在从m1、n1点分别作基岩移动角δ=γ=78 ，β=89，与煤层地板相交于点m2、n2，点m2、n2分别为沿煤层倾向剖面上保护煤柱的上下边界。

将m2、n2投影到平面图上，即得点M、N.5将平面图上Ⅰ-Ⅰ线与保护边界的交点q、k投影到走向剖面Ⅰ-Ⅰ上，得q、k点，从q、k点以ρ=45°作直线，与基岩面相交于q1、k1，再从q1、k1以基岩移动角δ作斜线。

6将Ⅱ-Ⅱ剖面上的m2、n2点分别水平投影到Ⅰ-Ⅰ上，与Ⅰ-Ⅰ剖面上从q1、k1点以δ做出的斜线相交，得q2、k2和q3、k3. q2、k2为煤柱上边界线在Ⅰ-Ⅰ剖面上的投影。

矿井通风设施保护煤柱设计矿井通风设施的安全运行，事关矿井的安全生产。

地面通风机房作为矿井的重要建筑，保护区域过大就浪费井下煤炭资源，保护区域小就影响通风设施的安全运转，因此，合理确定其保护煤柱边界就尤为重要。

标签：岩层移动角；围护带；垂直断面法1 保护区域概述15区回风立井及机房为我矿的重要通风设施。

保护区域内有一立井，立井口高程+380.246m，井底高程115.474m；由于立井口在保护区域内距受保护边界25m以上，故不再另外设计保护煤柱。

保护区域地面高程+380m，井下煤层底板高程+135m，面积为5502平米见图1。

2 移动角与围护带2.1 矿井岩层移动参数根据我矿多年来岩层移动观测数据，得出以下基本参数（见表1）。

2.2 围护带的确定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（见表2）。

3 留设保护煤柱的方法根据上述条件，用垂直断面留设保护煤柱的方法和步骤如下（见图2）。

3.1 确定受护边界通过建筑群的角点作平行于煤层走向和平行于煤层倾向的四条直线，两两相交得一矩形保护范围。

根据表2得围护带宽度s=20m，从矩形保护范围边界向外圈出一围护带s=20m，其外缘abcd即为受护边界。

3.2 确定保护煤柱边界线过保护范围abcd的中心o，作沿煤层倾向的垂直剖面Ⅱ-Ⅱ；在倾向垂直剖面Ⅱ-Ⅱ上标出地表线，受护边界的位置m、n，松散层和煤层等，并标注出煤层的倾角a=6°，煤层的厚度m=2.5m，煤层的埋藏深度H=245m，及简要的地层柱状图。

在受护边界点m、n作松散层移动角？渍=45°，与基岩面相交于m1、n1，再从m1、n1点分别作基岩移动角？酌=72°和？茁=65°，与煤层底板相交于m2、n2点，点m2、n2分别为沿煤层倾向剖面上保护煤柱的上下边界。

将m2、n2投影到平面图上，即得点M、N；3.3 作沿煤层走向的剖面图I-I将平面图上I-I线与保护边界的交点q、k投影到走向剖面I-I上，得q、k 点。

2第⼆章保护煤柱的设计第⼆章保护煤柱留设第⼀节保护煤柱留设基础知识地下采煤引起岩层与地表产⽣沉陷、移动和变形，导致位于其影响范围内的井筒、巷道、地⾯建筑物和构筑物、地表⽔系及地下含⽔层等遭受不同程度的破坏。

为了保护有些重要的建筑物、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。

保护煤柱：指专门留在井下不予采出的、旨在保护其上⽅岩层内部和地表的各种保护对象不受开采影响的那部分煤炭。

受保护对象包括：井筒、井下主要巷道和硐室、地⾯各类建（构）筑物、铁路、⽔体等。

留设保护煤柱的优点是能有效保护地表建（构）筑物，其缺点是：（1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限；（2）使采掘⼯作复杂化，增⼤掘进⼯作量，造成采掘关系紧张。

下列情况下需要留设临时性的或永久性的保护煤柱：（1）矿井⼯业场地及风井井⼝附近的建筑物、构筑物和其他重要设施；（2）国务院明令保护的⽂物、纪念性建筑物和构筑物；（3）采⽤不搬迁进⾏采煤在技术上不可⾏，⽽搬迁⼜⽆法实现或在经济上严重不合理的建筑物和构筑物；（4）煤层开采后，地表可能产⽣抽冒、切冒等形式的塌陷漏⽃坑和突然陷落，对地基及上部建筑造成严重破坏的重要建筑物和构筑物；（5）所在地表下⽅潜⽔位较⾼，采后地表下沉将导致建筑物及其附近地⾯积⽔，⽽⼜不可⾃动排泄或采⽤⼈⼯排泄⽅法经济上不合理的建筑物或构筑物；（6）对国民经济和⼈民⽣活有重⼤意义的、⽤其他保护⽅法不能确保安全的河(湖、海、⽔库) 堤坝、船闸、泄洪闸、泄⽔隧道和⽔电站等⼤型⽔⼯建筑⼯程。

⼀、保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理是在保护对象的下⽅留出⼀部分煤炭不开采，使其周围的煤炭的开采对保护对象不产⽣有危险性的移动和变形。

图2-1 保护煤柱留设原理图如图2-1：设煤层上⽅的地⾯有⼀建筑物，其受护⾯积为a0b0c0d0，为保护建筑物不受开采的有害影响，需要留设保护煤柱。

确定煤柱⼤⼩的⽅法具体如下：⾸先，通过建筑物中⼼作沿煤层⾛向和倾向的剖⾯图，如图所⽰。

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。

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。

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。