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羊道坡村庄保护煤柱设计一、编制目的为了合理科学的利用有限的煤炭资源，同时保护地表建筑物不受煤炭开采带来的地质灾害，根据针对羊道坡村庄的实地数据采集，现对北翼采区羊道坡村庄保护煤柱设计。
二、概况羊道坡村位于××××煤业有限公司北翼采区中部，根据我公司对该区进行实地测量，并填绘至采掘工程平面图。
该村主要建筑物为砖结构民宅，为了使该村庄内房屋不受地下采掘影响，依据《建筑物、水体、铁路和主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》要求，对该村庄及建筑物进行保护煤柱设计。
三、设计区的地质条件根据煤岩层对比图所示，该村边界8米处东南方8米处，H7点钻孔，该区域2＃煤层位于山西组中部，上部岩层主要下石盒子组，为泥岩、砂质泥岩互层，同时夹有细粒砂岩组成、岩层上为第四系黄土层，煤层厚度1.5m—1.8m，平均厚度1.6米，夹矸0.1-0.2米，属稳定可采煤层，煤层埋藏深度为250-340米，煤层倾角4°-5°，2#煤层顶底板均为泥岩、砂质泥岩、中细粒砂岩及煤层。
四、选取参数及编制依据1.资料收集（1）实测实测羊道坡村建筑物坐标（2）灵石××××煤业有限公司地形地质图（3）灵石××××煤业有限公司采掘工程平面图（4）H7号钻孔柱状图（5）保护煤柱垂线计算示意图表1-1 羊道坡村庄边界拐点坐标表1-2 羊道坡村围护带拐点地质资料2、依据规范本设计根据：《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（煤炭工业出版社2000年6月第一版）、《煤矿测量手册》（煤炭工业出版社1990年12月第二版）。
3、参数一般，当没有本矿资料时，地表移动参数可以通过类比取得，本次设计中的岩层移动科研成果资料，是参考附近矿井太原煤气化公司东河煤矿地形地质构造研究的成果资料，通过对该地表观测站特定地形、开采和移动关系的实测资料分析，提出重复采动条件下地表移动变形的基本规律。
保
计算
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。
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。
关于我矿保安煤柱留设参数及留设量的报告六枝特区煤炭局：根据30万吨t/a 开采方案设计（变更）相关设计规定，我矿各类保安煤柱留设参数及留设量如下：一、矿区各类防水煤（岩）柱留设详细计算如下： 1、矿井边界防水煤（岩）柱的留设矿井水文地质条件属中等类型，可用下述公式计算煤柱宽度：L ＝0.5KM P K P /3式中：L ——顺层防水煤柱宽度（m ）；M ——煤厚或采高（m ）；K P ——煤的抗强度（kgf/cm 2），K P 取10kgf/cm 2；P ——水头压力（kgf/cm 2），P ＝50kgf/cm 2； K ——安全系数，一般取2～5，本设计取5。
1、2、3、7、17、18、19煤层的厚度分别为：0.82、0.71、1.49、4.52、0.71、2.21、1.18。
则： L1＝0.5×5×0.8210/503 ＝7.9（m ）L2＝0.5×5×0.7110503⨯＝6.9（m）/L3＝0.5×5×1.49103⨯＝14.5（m）/50L7＝0.5×5×4.5210/3⨯＝43.8（m）50L17＝0.5×5×0.71103⨯＝6.9（m）/50L18＝0.5×5×2.21103⨯＝21.4（m）50/L19＝0.5×5×1.1810503⨯＝11.5（m）/根据上述计算，7号煤层矿井边界煤柱留设44m煤柱，其它煤层矿井边界煤柱各留30m。
相邻水平和采区边界防水保护煤柱留设20m。
2、水淹区(小窑积水区)防水煤柱的留设本矿不存在水淹区下采煤，不留设该煤柱。
3、煤层露头防水煤（岩）柱的留设根据该矿煤层露头情况，煤层露头防水煤（岩）柱的留设按以下公式计算：H防=H裂+H保≮20m式中：H防——防水煤岩柱高度（m）；H裂——垂直煤层的导水裂隙带最大高度（m）；根据《煤矿防治水规定》，取中硬岩层可根据下式计算：H裂1=100Mh/（7.5h+293）=100×0.82×56÷（7.5×56+293）=6.4mH裂2=100Mh/（7.5h+293）=100×0.71×56÷（7.5×56+293）=5.6mH裂3=100Mh/（7.5h+293）=100×1.49×56÷（7.5×56+293）=11.7mH裂7=100Mh/（7.5h+293）=100×4.52×56÷（7.5×56+293）=35.5mH裂17=100Mh/（7.5h+293）=100×0.71×56÷（7.5×56+293）=5.6mH裂18=100Mh/（7.5h+293）=100×2.21×56÷（7.5×56+293）=17.4mH裂19=100Mh/（7.5h+293）=100×1.18×56÷（7.5×56+293）=9.3mH保――保护层厚度，取5A，m。
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。
天健矿业集团股份保护煤柱留设及防水安全煤岩柱计算规天健矿业集团股份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） (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 (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。
回采保安煤柱费用计算及原煤产量
一、工程总造价：579.9万元（约580万元）
（一）掘两条大巷造价：
920×2=1840m+100m×2=2040m
2400m/元×2040m=489.6万元
（二）重新砌筑永久闭墙43道
1、料：
红砖：4600块×0.4元/块=1840元
水泥：1.5吨×400元/吨=600元
沙子：3方×100元/吨=300元
1840＋600＋300=2740元
2、人工费：
（1）下料：
土：(7方)10车砖：16车水泥：2车沙子：5车10+16+2+5=33车/3车1趟=12趟/2趟1班=6班
4人/班×6班=24人（工）
（2）运料（人/工）：
砖：10个工水泥：2个工沙子：7个工黄土：15个工10+2+7+15=34个工
（3）砌墙及装土：18个工
合计：76个工×200元/工=15200元
3、合计：
2740+15200=1740元≈1.8万元
4、43道（大巷西侧26道、东侧17道）闭墙供需
1.8万元/道×43道=77.4万元
（三）拆除旧闭墙：
15个工/道×43道×200元/工=12.9万元
（四）共计：（总造价）
489.6＋77.4+12.9=579.9万元
二、回采大巷煤柱产量：
50m（宽）×600m（长）×13m（高）×1.35×0.85×0.6（回踩率）=26.8万吨。
251采区安全煤柱及各种煤柱的留设和计算方法：1、防水煤（岩）柱种类；本采区田地质构造较中等,无岩浆活动，井田内无河流。
根据本矿的煤层赋存特征，采区防水煤（岩）柱的种类确定如下：⑴井田边界煤柱；⑵井筒及大巷煤柱：⑶采空区隔离煤柱；⑷地面工业广场及村庄煤柱；⑸断层煤柱⑹陷落柱煤柱⑺风氧化带煤柱2、防水煤（岩）柱留设与计算结果根据采区防水煤（岩）柱的种类，按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的有关规定留设煤柱。
1田边界煤柱：依据《采区初步设计》本矿留设20m。
2副井广场：副斜井、回风斜井均沿煤层反倾向掘进，地面工业广场煤柱保护等级确定为II级，围护带宽度确定为20m，按照表土层岩层移动角45°，基岩移动角73°进行计算。
最大垂深为（1350-880）=470，其中表土层按20m，基岩按450m ，计算结果为158m ，加上围护带的宽度20m 。
所以副井广场留设的煤柱宽度最大为158+20=178米。
③大巷煤柱：本矿1030m 水平运输大巷、辅助运输大巷均沿2#煤层附件布置，距离5#煤层45m ，岩石为中硬，小于8-10倍煤层厚度(8-10M=60.48-70.56m)，所以需留设煤柱，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》76、83条规定采用下式进行计算：S=2S 1+2a f0.6M)H(2.51+=S 式中：a—受护井筒或巷道宽度的一半，（m ），2.4S—保护煤柱，（m ）S 1—保护煤柱的水平宽度（m ）H—煤层距离巷道的最大垂深，（m ）,最大65m 。
M—煤厚，（m ），平均7.56mf—煤的强度系数，10Rc1.0=f Rc—煤的单向抗压强度，Mpa,本矿煤性软，取10Mpa 则=1.0010Rc 1.0=f S 1=21.4S=2S 1+2a2=21.4×2+2.4×2=47.6m即1030运输大巷下侧需留煤柱47.6m ，设计留设煤柱50m 。
井田边界煤柱：30m；阶段煤柱：斜长为60m，若在两阶段留设，则上下阶段各留30m；井田浅部防水煤柱：斜长为50m；断层煤柱：每侧各为20m；工业广场煤柱：根据工业广场占地面积，按几何作图法确定；斜井井筒保护煤柱：两井中间为30m，两侧各为30m；煤层大巷护巷煤柱：对近水平煤层，运输大巷与回风大巷布置在开采水平时，两巷水平间距为20m，垂距为10m，回风大巷上方留斜长为20m的煤柱采区边界煤柱：20m；采区煤层上山：两巷中间为20m，两侧各为20m;区段煤柱：斜长10m；矿井煤柱留设煤矿开采中，确定合理的煤柱尺寸，其影响因素是煤层所受压力以及煤体强度。
通常，煤层埋藏深度和厚度较大、围岩较软时，煤柱承受的压力就较大。
煤柱强度主要取决于煤层的物理力学性质，并与煤柱的形状尺寸、巷道的服务年限及巷道支护情况有关。
目前，尚无计算煤柱尺寸的可靠方法，主要依靠现场实际经验确定。
井田边界煤柱：30m；阶段煤柱：斜长为60m，若在两阶段留设，则上下阶段各留30m；井田浅部防水煤柱：斜长为50m；断层煤柱：断层煤柱的尺寸取决于断层的断距、性质、水情况，落差很大的断层，断层一侧的煤柱宽度不小于30m；落差较大的断层，断层一的煤柱宽度一般为10~15m；落差较小的断层通常可以不留设断层煤柱。
井井筒保护煤柱：两井中间为30m，两侧各为30m；煤层大巷护巷煤柱：对近水平煤层，运输大巷与回风大巷布置在开采水平时，两巷水平间距为20m，垂距为10m，回风大巷上方留斜长为20m的煤柱采区边界煤柱：采区边界煤柱的作用是：将两个相邻采区隔开，防止万一发生火灾、水害和瓦斯涌出时相互蔓延；避免从采空区大量漏风，影响正在生产的采区风量。
一般取10m；采区煤层上山：两巷中间为20m，两侧各为20m;区段煤柱：斜长10m；1、采区上（下）山间的煤柱宽度（沿走向）：对薄及中厚煤层为20m；对厚煤层为20～30m。
工作面停采线至上（下）山的煤柱宽度：对薄及中厚煤约为20m；对于厚煤层约为30～40m。
