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保护煤柱留设原则及方法1.1 保护煤柱留设原则（1）在一般情况下，保护煤柱应根据受护面积边界和移动角值进行圈定。
移动角值按建筑物下列允许变形值确定：倾斜i = ±3 mm／m曲率k = +0.2 × 10-3·m-1水平变形ε = +2 mm·m-1（2）地面受护面积包括受护对象及其周围的围护带宽度可按表1确定。
表1 建构物保护煤柱的围护带宽度表2矿区建（构）筑物保护等级划分属。
对于不易确定者，可组织专门论证，并报省、直辖市、自治区煤炭主管部门审定。
（3）当受护建筑物和构筑物面积较小时，应酌情加大其保护煤柱尺寸，使建筑物受护面积内地表变形值叠加后不超过允许地表变形值。
（4）当受护边界与煤层走向斜交时，应根据基岩移动角求得垂直于受护边界线方向（即伪倾斜方向）的上山方向移动角γ’和下山方向移动角β’。
然后再确定保护煤柱。
γ’和β’角值按下式计算：co t γ’=θδθγ2222sin cot cos cot + （4－1）cot β’=θδθβ2222sin cot cos cot + 式中 θ ——受护边界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。
（5）受护对象的外侧边界，可以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，或在平面图上作各边平行于受护对象总轮廓的多边形（或四边形），在多边形（或四边形）各边外侧作围护带，该围护带外边界即为受护面积边界。
（6）有滑坡危险的山区建筑物留设保护煤柱时，为了防止山体滑移，在建筑物上坡方向，移动角应减小20 ~ 25°，或者加大保护煤柱尺寸0.5 ~ 1.0 r （r 为主要影响半径）；在建筑物下坡方向，移动角应诚小5 ~ 10°，或者加大保护煤柱尺寸0.2 ~ 0.5 r 。
（7）其下有落差大于20 ~ 30 m 断层的建筑物留设保护煤柱时，应考虑沿断层面滑移的可能性，适当加大煤柱尺寸，使断层两翼均包括在保护煤柱范围之内，如图1所示。
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、含水情况，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。
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：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。
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。
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。
煤矿开采损害与保护第一章垮落带内岩层破坏的特征：1在垮落带内，从煤层往上岩层破碎层度逐步减小2垮落带岩块间空隙较大，连通性好，有利于水、砂、泥土通过。
3垮落岩石具有的碎胀性能使垮落自行停止。
简述岩层移动和破坏的过程：在地下煤层被采出前，岩体在地应力场作用下处于相对平衡状态。
当部分煤层被采出后，在岩体内部形成一个采空区，其周围岩体应力平衡状态受到破坏，引起应力重分布，从而使岩体产生移动、变形和破坏，直至达到新的平衡。
什么是地表移动盆地主断面？有哪些特征通常将地表移动盆地内通过地下最大下沉点所作的沿煤层走向和倾向的垂直断面称为地表移动盆地的主断面。
特征：1在主断面上地表移动盆地的范围最大2在主断面上地表移动量最大3在主断面上不存在垂直于主断面方向的水平移动。
第三章地表变形预计的意义是什么？利用预计结果可以定量地研究受开采影响的地表在时间上和空间上的分布规律。
利用预计结果可以指导建筑物下、铁路下和水体下的开采实践。
第四章观测站点数目：观测线上的测点数目一般是等间距布设。
控制点应埋在观测线的两端，每端不得少于2个。
若只在一端设置控制点时，控制点不得少于3个。
什么是地表移动观测站？建立观测站的目的是什么?地表移动观测站是为了研究地表移动和变形的规律，在开采影响范围内的地表上方所布设的观测站。
目的：为了保护地表各种重要的建筑物，使他们不受或少受矿山开采损害的影响，有效地减少地下煤炭资源的损失，研究地下开采引起的地表移动变形规律。
观测站设计的原则是什么？1设计在移动盆地的主断面上2观测线的长度应大于移动盆地的范围3观测期间不受临近采区的影响4观测线上应根据开采深度和设站的目的布置一定密度的测点5观测线的控制点应在移动盆地范围之外埋设牢固，在冻土区控制点的底面在冻土0.5米以下第五章地表水平变形对建筑物的影响1在地基与基础间摩擦力作用下，使水平变形产生的拉、压应力传递给建筑物，引起建筑物的附加拉应力和剪应力，使建筑物损坏。
1 1岩层移动：当部分煤层被采出后，在岩体内部形成一个采空区，其周围岩体应力平衡受到破坏，引起应力的重新分布，从而使岩体产生移动、变形和破坏。
直到达到新的平衡的过程和现象。
2岩层移动和破坏的形式：弯曲、垮落、煤的挤出、岩石沿层面的滑移、岩石的下滑、底板的隆起 3 “三带”：垮落带、断裂带、弯曲带（导水断裂带高度与岩性有关）4地表移动盆地：当地下工作面开采达到一定距离后（相当于采深的1/4~1/2时），开采影响到地表，受到采动影响的地表从原有的标高向下沉降，从而在采空区上方形成一个比采空区大得多的沉陷区域，称为地表移动盆地，或下沉盆地。
5地表移动盆地的类型：（1）非充分采动下沉盆地、（2）充分采动下沉盆地、（3）超充分采动下沉盆地 6充分采动角Ψ：指在充分采动条件下，在地表地表移动盆地的主断面上，移动盆地平底的边缘在地表水平线上的投影点和同侧采空区边界连线与煤层在采空区一侧的夹角。
7最大下沉角θ：最大下沉角就是在倾斜主断面上，由采空区的中点和移动 盆地最大下沉点在基岩上投影点的连线与水平线之间沿煤层下山方向一侧的夹角，常用θ表示。
实测资料表明，最大下沉角θ与覆岩岩性和煤层倾角α有关，在倾斜或缓倾斜煤层条件下（α＜60°~70°）,θ值随煤层倾角增大而减小。
一般表示为：θ=90°-k α式中 k —与岩性有关的系数；α—煤层倾角。
8地表移动盆地的三个区域及特点：（1）移动盆地的中间区域（地表下沉均匀，达到最大下沉值，不出现明显裂缝）、（2）移动盆地的内边缘区（地表下沉值不等，地面移动向盆地的中心方向倾斜，呈凹形，产生压缩变形，不出现裂缝）、（3）移动盆地的外边缘区（地表下沉不均匀，地面移动向盆地的中心方向倾斜，呈凸形，产生拉伸变形，超过一定数值产生拉伸裂缝）9地表移动盆地边界划分：（1）移动盆地的最外边界（是以地表移动变形为零的盆地边界点所圈定的边界，一般取下沉10mm 的点为边界点）（2）移动盆地的危险移动边界（以临界变形值确定的边界，范围内建筑物产生明显损害）移动盆地的裂缝边界（根据移动盆地最外侧的裂缝固定的边界）。
建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范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2017年5月目录第一章总则 (1)第二章建筑物保护煤柱留设与压煤开采 (3)第一节建筑物保护煤柱的留设 (3)第二节建筑物压煤的开采 (5)第三章构筑物保护煤柱留设与压煤开采 (11)第一节构筑物保护煤柱的留设 (11)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)第五章水体安全煤（岩）柱留设与压煤开采 (21)第一节水体安全煤（岩）柱的留设 (21)第二节水体压煤的开采 (23)第六章井筒与工业场地及主要巷道保护煤柱留设与压煤开采 .. 30 第一节立井与工业场地保护煤柱的留设 (30)第二节斜井保护煤柱的留设 (33)第三节平硐、石门、大巷及上、下山保护煤柱的留设 (36)第四节立井井筒保护煤柱的回收 (37)第五节斜井保护煤柱的回收 (39)第六节平硐、石门、大巷及上、下山保护煤柱的回收 (39)第七章煤柱留设与压煤开采工作的管理 (40)第八章沉陷区环境影响评价与土地治理、利用 (41)第一节开采沉陷的环境影响评价 (41)第二节沉陷区的土地治理与利用 (41)第三节煤矿开采沉陷区建设场地稳定性评价 (42)第九章压煤开采的经济评价 (45)第十章附则 (46)附录1 本规范专用名词解释 (47)附录2 本规范用词说明 (50)附录3 地表移动影响计算 (51)附录4 近水体采煤的安全煤（岩）柱设计方法 (53)附录5 煤矿开采损坏建筑物补偿办法 (58)第一章总则第一条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》《铁路法》《水法》《物权法》《环境保护法》《公路法》《铁路安全管理条例》《煤矿安全规程》等制定本规范。
第二条本规范适用于中华人民共和国领域内所有生产和在建的煤矿。
保护煤柱留设的三种方法保护煤柱是煤矿开采过程中的一项重要任务，其目的是确保矿井的安全稳定和煤矿资源的合理利用。
为了保护煤柱，可以采取以下三种方法：方法一：支护煤柱支护煤柱是保护煤柱的一种常用方法。
在煤矿开采过程中，通过设置支护设备对煤柱进行加固，以提高煤柱的强度和稳定性，减少煤柱变形和破坏的风险。
常见的支护设备包括钢支柱、木支撑、锚杆和注浆等。
这些支护设备可以有效地增加煤柱的承载能力，防止煤柱折断和塌陷，保证矿井的安全运营。
方法二：合理布置开采工作面合理布置开采工作面是保护煤柱的另一种重要方法。
在煤矿开采过程中，应根据煤层的地质条件和煤柱的强度，合理确定开采工作面的位置和方向。
同时，应根据煤层的厚度和开采工艺，科学规划开采工作面的宽度和长度。
合理布置开采工作面可以减少煤柱的受力和变形，降低煤柱破坏的风险，提高矿井的稳定性和安全性。
方法三：加强煤柱监测与管理加强煤柱监测与管理是保护煤柱的又一重要方法。
通过安装合适的监测设备，对煤柱的应力、变形和稳定性进行实时监测和评估，及时发现和预警煤柱的变形和破坏情况，采取相应的措施进行治理和维护。
同时，要加强煤柱的管理，建立健全的管理制度和责任体系，明确责任人和工作职责，加强巡视和检查，及时发现和解决煤柱问题，确保矿井的安全运营。
总结起来，保护煤柱是煤矿开采过程中的一项重要任务。
通过支护煤柱、合理布置开采工作面和加强煤柱监测与管理等方法，可以有效地保护煤柱，确保矿井的安全稳定和煤矿资源的合理利用。
煤矿企业和相关管理部门应高度重视煤柱保护工作，加强技术研究和工程实践，不断提高保护煤柱的能力和水平，为煤矿的可持续发展提供有力保障。
保护煤柱留设标准井田边界煤柱: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、含水情况，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。
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: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。
浅谈断层保护煤柱合理留设及水害治理技术应用【摘要】随着多年来的持续开采，矿井煤炭资源匮乏情况日益显现，而断层附近煤柱压煤量大，若能将断层附近积压的煤炭资源采出，不仅可以创造巨大的经济效益，还可以延长矿井服务年限，但因为断层的存在，留设小煤柱或者无煤柱开采时，容易诱发断层突水，影响安全生产。
如何安全高效的采出断层附近积压的煤量，是五沟煤矿亟待解决的重大创新工程技术问题。
【关键词】煤炭资源回采、断层留设、保护煤柱一、断层保护煤柱尺寸优化依据断层保护煤柱尺寸优化及水害防控技术应用与研究是在充分掌握地质情况及水文地质情况的基础上，综合运用构造地质学、水文地质学、采矿学、弹塑性力学、断裂力学等学科理论，结合地面钻探及物探工程、井下实揭地质条件等，利用数值模拟、相似材料实验、理论分析等方法，分析断层煤柱尺寸优化的可行性与安全性，为提高断层附近煤炭资源采出率提供基础理论和技术的一项研究。
基于国内外关于断层突水的研究现状，结合弹塑性力学等相关知识，建立采动影响下断层受力情况的力学简化模型，分析断层活化的力学机理，计算断层保护煤柱的理论留设宽度；同时采用室内相似材料实验及数值模拟计算，分析不同影响因素下，采动影响导致的断层带附近煤柱及岩体破坏情况的时空演化规律，以此为依据，确定工作面底板注浆加固范围，结合实际地质情况，设计经济上合理、效果上安全的注浆方案对其进行注浆加固改造，将其由含水层变为等效隔水层，改变含水层的补、径、排条件，注浆结束后通过实施井下并行电法、瞬变电磁等物探方法及钻探验证方法对注浆加固效果进行评价，分析断层留设小煤柱或者无煤柱开采的可行性与安全性，从而实现断层留设小煤柱甚至无煤柱开采，解放受断层水害的煤柱，实现提高资源回采率与水资源保护的和谐安全开采。
通过该项研究，实现断层水害防治由过程治理为主向源头预防为主转变，由措施治理为主向工程治理为主转变，创新出一条底板含水层注浆改造、断层煤柱优化的绿色安全高效可持续开采新路。
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）。
