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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。
矿山压力与岩层控制习题答案一、名词解释：1、老顶：通常把位于直接顶之上对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。
2、顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板的相对移近量，顶底板的相对移近量。
3、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力。
4、周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来亚现象称为工作面顶板的周期来压。
5、回采工作面：在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或采有用矿物的空间称为回采工作面，简称采场。
6、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
7、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。
8、矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象统称为矿山压力显现。
9、矿山压力控制：所有减轻，调节，改变和利用矿山作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。
10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳有时可能伴随滑落失稳，从而导致工作面顶板急剧下沉，此时，工作面支架呈现受力普遍加大的现象称为老顶初次来压。
11、支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为之承压力。
12、关键层：将对上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。
13、冲击能指数：在单轴压缩状态下，煤样全“应力---应变”曲线峰值C前所积聚的变形能Es与峰值后所消耗的变形能Ex之比值。
13、沿空留巷：在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷。
14、沿空掘巷：回采工作面采过后，沿采空区边缘掘进的巷道。
15、软岩：是一种特定环境下的具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质。
16、底鼓：底板向上鼓起的现象。
煤层露头保护煤柱的留设方法随着我国对环境的不断重视，对于能源的需求也不断扩大，在对传统能源的保护与开采方面进行了多项改革，通过产业结构高速的方式不断对煤矿生产模式与规模进行规范。
煤矿在地表的延伸处为煤层露头，保护煤柱是为了保护上方的岩层内部与其他不进行开采遥结构煤体，而对地面建筑与结构不造成破坏的一种具体措施。
在探明的煤矿之上有可能会居住建筑存在，对煤柱的设置可以有效避免对人身安全财产安全造成隐患。
标签：煤层露头保护煤柱留设0引言随着我国对于事故发生概率较高的煤矿生产企业关注度不断提高，通过一定的政策对煤矿进行规范化管理。
传统的煤矿在开采过程中生产模式不够规范，不但容易造成浪费的现象，而且还容易对周围的居民生活环境造成严重破坏。
随着我国对煤矿生产的重视程度不断加深，對煤矿的生产模式也不断进行探索创新。
在煤层的露头保护煤柱设置留设方面进行了较多的研究。
本文对煤层露头保护煤柱的留设方法以及影响因素进行分析。
我国目前已经探明在存在于建筑物下以及水体下的压煤问题非常普遍，近年来压煤开采技术也取得了不错的进步。
有一些工业建筑或政府建筑不易迁移，或者居住人群数量少，没有搬迁的必要时，就需要采用保护煤柱的方法。
在采矿过程中，覆岩变形破坏是因为原岩应力状态下无法保持平衡稳定时导致的后果，在露头线附近的煤层开采中，为了确保安全，需要留设一定高度的安全煤柱，留设越大，压煤量越多。
对于倾斜的煤层开采中更为突出。
煤柱过小，有可能会造成灾害性溃水或溃沙事故，使正常的采矿生产难以继续。
要充分认识到煤层保护煤柱的重要性，安全煤柱主要是指保持正常劳动环境所留设的最小限度的煤柱高度。
煤层上覆盖一些含水层构成了煤层开采主要充水含水层时，留设保护煤柱的目的是在于减少上水下渗的途径，因采煤导致的冒落不会直接导通上部水体发生灾害性的溃水事故，影响到人身与财产安全。
1影响煤层露头煤柱留设的主要因素分析安全煤柱主要有以下几种类型。
首先是防水安全煤柱，当上部的水量非常大时，需要留设防水为目的的保护煤柱，安全煤柱的高度与导水裂隙带的最大发育高度与保护层厚度之和；第二是防沙安全煤柱，当松散层底部有一些粘塑性隔水层分布时，可以留设防沙为目的的安全保护煤柱，最后是防塌安全煤柱。
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）。
似椭圆法留设保护煤柱及精度分析陈俊杰,邹友峰,郭增长(河南理工大学测绘与国土信息工程学院,河南焦作 454003)摘要:针对目前传统留设保护煤柱的方法存在的问题进行了分析,基于保护地面一点的原理,得出了保护地面一点的公式,进而提出了似椭圆法留设保护煤柱的原理,给出了留设保护煤柱的方法与步骤.实例分析表明,与传统垂直断面法相比,似椭圆法留设保护煤柱可以大大解放“三下”呆滞煤量.依据保护煤柱围护带留设的目的,通过对似椭圆法留设保护煤柱的精度进行分析,确定了似椭圆法留设保护煤柱围护带的宽度,并对其围护带宽度的合理性与适用性进行了探讨.关 键 词:似椭圆法;保护煤柱;精度分析中图分类号:TD823.5 文献标识码:A 文章编号:1007Ο7332(2006)06Ο0477Ο040 引 言煤矿地下开采活动引起的岩层与地表移动,造成了地表上位于其影响范围内的建(构)筑物遭受不同程度的破坏.为了保护地表重要建(构)筑物,早在19世纪初,人们就开始研究在地下开采时留设保护煤柱以减小开采引起的地表变形对建(构)筑物的损害.近百年来,各国学者都进行了不懈的探索和研究,并取得了丰硕的成果[1].目前,留设保护煤柱一般是利用移动角或斜向移动角按几何方法进行,如垂直断面法、垂线法、数字标高投影法[2].在这些方法中,仅仅用了主断面上或少数几个斜向断面上的移动角,致使建(构)筑物角点处留下过大的煤柱.而且,随着煤层倾角的增大,角点多余煤柱急剧增大,甚至使保护煤柱的留设出现困难.为此,在保护地表建(构)筑物的前提下,基于保护地面一点原理,提出了保护煤柱留设的似椭圆法,使保护煤柱留设的面积减小到最低限度,大大节约了我国宝贵的煤炭资源.1 保护地面一点的原理理论分析和实际观测资料表明,在一般情况下,当一定深度的地下单元被开采后,对水平地表有害影响的波及范围形状为:水平煤层为圆形;倾斜煤层为不对称的似椭圆形[2Ο3].为了保护地面上的一点,如暂不考虑围护带,则在深度为H的水平切面上,其保护范围也应是一个以该保护点为中心的圆(水平煤层开采)或不对称的似椭圆(倾斜煤层开采),如图1所示.由图1可知,考虑到松散层厚度h及松散层移动角φ,得倾斜半径分别为 ρ下=H+R ・tanγ′tanγ′-tanα′;ρ上=H+R・tanβ′tanβ′+tanα′,(1)第25卷第6期2006年12月 河南理工大学学报JOURNAL OF HENAN POL YTECHN IC UN IV ERSIT YVol.25 No.6Dec.2006 收稿日期:2006Ο08Ο16基金项目:河南省教育厅科技攻关项目(2006440002);河南理工大学青年自然科学基金资助项目(646121)作者简介:陈俊杰(1972Ο),男,副教授,河南柘城人,从事开采沉陷与矿山测量方面的教学与研究工作.式中,tan α′=tan αcos ;;cot β′=cot 2β・cos 2θ+cot 2δ・sin 2;;cot γ′=cot 2γ・cos 2θ+cot 2δ・sin 2;.其中,;为保护面积边界与煤层走向所夹的锐角;α′为煤层的伪倾角;β′为斜交剖面下山方向移动角;γ′为斜交剖面上山方向移动角.公式(1)为地面上保护一点的通用公式.地面一点的保护煤柱范围,对于平面来说,该投影为一“哑铃”状的似椭圆;对于空间来说,基岩面以上为一圆锥,基岩面以下为一圆台(水平煤层),或者一个上底面为圆,下底面为“哑铃”状的的空间体(倾斜煤层).2 似椭圆法留设保护煤柱基于保护地面一点原理,依据公式(1),绘制出地面上保护范围的临界面标高投影图,与煤层底板等高线的交线所围的范围即为所需留设煤柱的水平投影.该方法作者称其为似椭圆法留设保护煤柱.其留设的方法和步骤如下:(1)绘制保护一点的单元似椭圆标高投影图.在选定了各种基岩移动角参数的松散层厚度及其移动角参数后,即可利用公式(1)绘制出保护一点的单元似椭圆曲线[2],如图2所示.(2)以一点的单元似椭圆标高投影图为基础,绘制保护建(构)筑物的保护煤柱.给出所有角点的单元影响椭圆,并在保护区域外侧作各相邻角点的单元似椭圆的公切线,各切线所围的区域即为保护煤柱范围,如图3所示.3 与传统留设保护煤柱方法的比较峰峰集团万年矿13264工作面东侧有一座需要保护的庙宇,面积为100m ×200m ,庙宇的长轴与煤层走向斜交,夹角为30°,地面标高为+300m ,表土层厚度为20m ,庙宇中心处煤层的埋藏深度为500m ,煤层倾角α为15°.庙宇的保护等级按Ⅱ级对待(围护带的宽度S 为15m ),移动角参数δ=78°,γ=80°,β=62°,表土层移动角φ=45°[7].分别按似椭圆法和垂直断面法2种方法设计保护煤柱,如图4所示.在图4中,梯形M N PQ 所围的区域为用垂直断面法所作的保护煤柱,曲线AB CD EFGH 所围的区域为似椭圆法所作的保护煤柱.在相同的地质采矿条件下,垂直断面法只利用了主断面上的移动角δ,β,γ,所以它们在角点处均留下了过大的煤柱.通过分析,似椭圆法留设的保护煤柱面积比垂直断面法的少25%.4 似椭圆法留设煤柱的精度分析4.1 计算误差对公式(1)中各变量求导,根据误差传递定律[4],得影响半径的中误差为m 2ρ=5ρ5γ2・m 2γ+5ρ5δ2・m 2δ+5ρ5α2・m 2α+5ρ5H 2・m 2H +5ρ5h 2・m 2h +5ρ5φ2・m 2φ,(2)式中,m ρ为影响半径ρ的中误差;m γ为基岩移动角γ的中误差;m δ为基岩移动角δ的中误差;m α为874 河南理工大学学报(自然科学版) 2006年第25卷煤层倾角α的中误差;m H 为基岩厚度H 的中误差;m h 为松散层厚度h 的中误差;m φ为松散层移动角φ的中误差.由公式(2),可得影响半径的计算误差.4.2 绘图误差分析绘图误差包括:圈定围护带范围,外推围护带,松散层所形成的移动范围,基岩所形成的移动范围等.若每次展点的误差为0.1mm [5Ο6],根据误差传递定律,总的展点误差为 m 展=4×0.12×M /1000,(3)式中,M 为比例尺分母.以2倍的中误差作为极限误差来确定围护带宽度S ,则由(2)、(3)式得 S =2m 2展+m 2ρ.(4)4.3 保护煤柱围护带宽度的确定保护煤柱围护带留设的目的是为了使保护煤柱留设的误差不至于引起建(构)筑物的破坏.依据该思路,对似椭圆法留设保护煤柱的精度予以分析,确定似椭圆法留设保护煤柱围护带的宽度. 以峰峰集团万年矿地质采矿条件为例[7].保护煤柱设计图纸的比例尺为1∶2000,得到似椭圆法留设保护煤柱的围护带宽度,如表1所示.4.4 围护带宽度的合理性分析(1)由表1可以看出,围护带宽度随着开采深度的增加而增加,当开采深度超过250m 时,围护带的宽度已超过Ⅰ级保护对象的最大值20m [8],此时,围护带宽度已经不能起到其应有的作用了.表1 围护带宽度的确定Tab.1 Deciding width of protection band 开采深度H /m 围护带宽度S /m 开采深度H /m 围护带宽度S /m <1005～10500～80050～70100～20010～20800～100070～90200～50020～501000～120090～110(2)《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定的围护带宽度是根据建(构)筑物的重要程度和保护级别的高低,参照浅部开采条件下部分矿区的实测资料,依据经验规定出来的,没有考虑开采深度的大小,缺乏必要的科学分析和理论依据.在深部开采条件下,保护级别较低时,所加的围护带宽度不能起到应有的保护作用.(3)《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定的围护带宽度,并没有考虑上覆岩层的性质、基岩移动角等因素的影响,当建(构)筑物的保护级别一定时,则围护带宽度也就确定了.在深部开采条件下,要综合考虑该矿区的地质采矿条件[9],确定矿区保护煤柱的围护带宽度.(4)按似椭圆法确定的围护带宽度,具有理论基础,考虑了开采深度的影响,充分反映了移动变形参数的误差对煤柱尺寸的影响规律,较大程度上反映了客观实际.尤其是在深部开采条件下,似椭圆法确定的围护带宽度较为科学合理.5 结 论(1)提出了留设保护煤柱的新方法———似椭圆法.(2)实践证明,在确保地表建(构)筑物不受开采影响的前提下,与传统的留设煤柱方法相比,似椭圆法可以使保护煤柱留设的面积减小到最低限度.(3)通过对似椭圆法留设煤柱的精度分析,给出了留设保护煤柱的围护带宽度.974第6期 陈俊杰等:似椭圆法留设保护煤柱及精度分析参考文献:[1] 梁为民,郭增长.采动区建筑物保护研究现状及展望[J ].焦作工学院学报:自然科学版,2003,(2):86Ο89.[2] 邹友峰,邓喀中,马伟民.矿山开采沉陷工程[M ].徐州:中国矿业大学出版社,2003,28Ο31.[3] 吴孟绍.再论留设保护煤柱的椭圆锥法[J ].矿山测量,1995,(1):42Ο46.[4] 武汉测绘科技大学测量平差教研室.测量平差基础[M ].北京:测绘出版社,1994,32Ο47.[5] 贺英魁.围护带宽度的确定[J ].测绘技术,1995,(1):29Ο31.[6] 罗世英.建(构)筑物保护煤柱设计图纸精度的分析[J ].矿山测量,1994,(3):43Ο47.[7] 河南理工大学,峰峰集团有限公司万年矿.村庄下采煤采动损害判定与研究[R ].2004,20Ο38.[8] 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pillar ,the precision of method of similar ellipse method is analyzed ,and additional band size of protective coal pil 2lar is determined.Its reasonability and applicability are probed.K ey w ords :Similar ellipse method ;Coal pillar for protection of buildings ;Precision analysis(责任编辑 李文清)科技论文前言的写法(1)突出重点.在回顾前人所作的研究工作时,不宜面面俱到,应找具有代表性的、与本研究关系最密切的资料来阐述,避免写成文献综述.(2)注意深度.在论述本人所作研究时,一些普及的、为公众所熟知的原理和知识,不必一一赘述.如教科书中早已有的公式,众所周知的基础理论等等.(3)审慎评价.在介绍自己的研究成果时,切忌拔高或降低.比如一些词汇:“国内首创”、“从未见报道”、“国际水平”、“国内领先”、“填补空白”等,都属拔高的评价;而诸如“不足之处敬请原谅”、“限于时间和水平”、“请读者批评指正”等语言,则属大可不必客气的俗语,均应避免使用.只要如实报道自己的成果就行了,质量高低读者自会评价.(4)不列图表.因为前言只是简要地阐述论文的研究情况,故一些详细的研究数据和资料如图、表、公式、照片等不宜列入.84 河南理工大学学报(自然科学版) 2006年第25卷。
