2保護(hù)煤柱的設(shè)計(jì)

1、第二章保護(hù)煤柱留設(shè)第一節(jié)保護(hù)煤柱留設(shè)基礎(chǔ)知識(shí)地下采煤引起巖層與地表產(chǎn)生沉陷、移動(dòng)和變形，導(dǎo)致位于其影響范圍內(nèi)的井筒、巷道、地面建筑物和構(gòu)筑物、地表水系及地下含水層等遭受不同程度的破壞。為了保護(hù)有些重要的建筑物、水體等，使其免遭采動(dòng)損害的影響，有時(shí)需要在井下留設(shè)保護(hù)煤柱。保護(hù)煤柱：指專門(mén)留在井下不予采出的、旨在保護(hù)其上方巖層內(nèi)部和地表的各種保護(hù)對(duì)象不受開(kāi)采影響的那部分煤炭。受保護(hù)對(duì)象包括：井筒、井下主要巷道和胴室、地面各類建(構(gòu))筑物、鐵路、水體等。留設(shè)保護(hù)煤柱的優(yōu)點(diǎn)是能有效保護(hù)地表建(構(gòu))筑物，其缺點(diǎn)是：(1)浪費(fèi)煤炭資源，縮短礦井服務(wù)年限；(2)使采掘工作復(fù)雜化，增大掘進(jìn)工作量，造成采掘關(guān)系

2、緊張。下列情況下需要留設(shè)臨時(shí)性的或永久性的保護(hù)煤柱：(1)礦井工業(yè)場(chǎng)地及風(fēng)井井口附近的建筑物、構(gòu)筑物和其他重要設(shè)施；(2)國(guó)務(wù)院明令保護(hù)的文物、紀(jì)念性建筑物和構(gòu)筑物；(3)采用不搬遷進(jìn)行采煤在技術(shù)上不可行，而搬遷又無(wú)法實(shí)現(xiàn)或在經(jīng)濟(jì)上嚴(yán)重不合理的建筑物和構(gòu)筑物；(4)煤層開(kāi)采后，地表可能產(chǎn)生抽冒、切冒等形式的塌陷漏斗坑和突然陷落，對(duì)地基及上部建筑造成嚴(yán)重破壞的重要建筑物和構(gòu)筑物；(5)所在地表下方潛水位較高，采后地表下沉將導(dǎo)致建筑物及其附近地面積水，而又不可自動(dòng)排泄或采用人工排泄方法經(jīng)濟(jì)上不合理的建筑物或構(gòu)筑物；(6)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活有重大意義的、用其他保護(hù)方法不能確保安全的河(湖、海、水庫(kù)

3、)堤壩、船閘、泄洪閘、泄水隧道和水電站等大型水工建筑工程。一、保護(hù)煤柱留設(shè)原理保護(hù)煤柱留設(shè)原理是在保護(hù)對(duì)象的下方留出一部分煤炭不開(kāi)采，使其周圍的煤炭的開(kāi)采對(duì)保護(hù)對(duì)象不產(chǎn)生有危險(xiǎn)性的移動(dòng)和變形。保護(hù)黑柱解祉蜿厚»1h-i卻。一I-ly圉#】一座森勒曲界j上一萌坤奇1占一坐護(hù)營(yíng)投由界.4一所出世則?？廴斡山鐖D2-1保護(hù)煤柱留設(shè)原理圖如圖2-1：設(shè)煤層上方的地面有一建筑物，其受護(hù)面積為a0b0c0d0,為保護(hù)建筑物不受開(kāi)采的有害影響，需要留設(shè)保護(hù)煤柱。確定煤柱大小的方法具體如下：首先，通過(guò)建筑物中心作沿煤層走向和傾向的剖面圖，如圖所示。在傾向剖面上，從受護(hù)邊界點(diǎn)分別向煤層下山方向作上山移

4、動(dòng)角¥、向煤層上山方向作下山移動(dòng)角P,交煤層于c、d兩點(diǎn)；在走向剖面上，從受護(hù)邊界點(diǎn)分別向兩側(cè)煤層作走向移動(dòng)角6,交煤層于a、b兩點(diǎn)；則a、b、c、d確定的煤柱范圍就是保護(hù)煤柱的范圍；將其投影到水平面上，就可在平面圖上確定出建筑物保護(hù)煤柱的范圍。該煤層在保護(hù)煤柱邊界abcd以外的開(kāi)采，不會(huì)引起受護(hù)建筑物的地表產(chǎn)生臨界變形值以上的移動(dòng)、變形，僅可能產(chǎn)生小于臨界變形值的微量移動(dòng)和變形。注意：(1)在傾向剖面上，向煤層下山方向采用上山移動(dòng)角；向煤層上山方向采用下山移動(dòng)角。(2)在走向剖面上，采用走向移動(dòng)角，深度越大、煤柱范圍越大；深度越小、煤柱范圍越小。二、圍護(hù)帶留設(shè)煤柱時(shí)，為確保被保護(hù)對(duì)

5、象的安全，還需要保護(hù)受護(hù)對(duì)象周圍一定范圍內(nèi)的巖體或地表，這部分需附加保護(hù)的巖體或地表及其范圍稱為圍護(hù)帶”。留設(shè)圍護(hù)帶的目的是：(一)抵消在留設(shè)煤柱時(shí)所用的移動(dòng)角等參數(shù)的誤差引起的煤柱尺寸的不足，移動(dòng)角誤差一般為25o；(二)抵消由于地質(zhì)采礦條件和井上下位置對(duì)照關(guān)系不準(zhǔn)確而造成的保護(hù)煤柱尺寸和位置的誤差。圍護(hù)帶的寬度根據(jù)保護(hù)對(duì)象的保護(hù)等級(jí)確定，按受保護(hù)建（構(gòu)）筑物的重要性、用途以及受開(kāi)采影響引起的不同后果，將礦區(qū)范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物保護(hù)等級(jí)分為四級(jí)，礦區(qū)建（構(gòu)）筑物的保護(hù)等級(jí)及圍護(hù)帶寬度列于表2-1中。表2-1礦區(qū)建（構(gòu)）筑物的保護(hù)等級(jí)及圍護(hù)帶寬度保護(hù)等級(jí)重要建筑物和構(gòu)筑物圍護(hù)帶寬度（m）I國(guó)務(wù)

6、院明令保護(hù)的文物和紀(jì)念性建筑物；一等火車站，發(fā)電廠主廠房，在同一跨度內(nèi)有兩臺(tái)重型橋式吊車的大型廠房，平爐，水泥廠回轉(zhuǎn)窯，大型選煤廠主廠房等特別重要或特別敏感的、采動(dòng)后可能導(dǎo)致發(fā)生重大生產(chǎn)和傷亡事故的建（構(gòu)）筑物；鑄鐵瓦斯管道干線，大、中型礦井主要通風(fēng)機(jī)房，瓦斯抽放站，高速公路，機(jī)場(chǎng)跑道，高層住宅樓等20II高爐，焦化爐，22萬(wàn)伏以上超高壓輸電線桿塔，礦區(qū)總變電所，立交橋；鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房，設(shè)有橋式吊車的工業(yè)廠房，鐵路煤倉(cāng)、總機(jī)修廠等較重要的大型工業(yè)建（構(gòu)）筑物；辦公樓，醫(yī)院，劇院，學(xué)校，百貨大樓，二級(jí)火車站，長(zhǎng)度大于20m的二層樓房和三層以上多層住宅樓；輸水管干線和鑄鐵瓦斯管支線；

7、架空索道，電視塔及其轉(zhuǎn)播塔，一級(jí)公路等15III無(wú)吊車設(shè)備的磚木結(jié)構(gòu)廠房，三、四級(jí)火車站，磚木、轉(zhuǎn)混結(jié)構(gòu)平房或變形縫區(qū)段小于20m的兩層樓房，村莊磚瓦民房；高壓輸電線鐵塔、鋼瓦斯管道等10IV農(nóng)村木結(jié)構(gòu)承重房屋，簡(jiǎn)易倉(cāng)庫(kù)等5注：凡未列入表中的建（構(gòu)）筑物，可依據(jù)其重要性、用途等類比其等級(jí)歸屬。對(duì)于不易確定者，可組織專門(mén)論證，并報(bào)省、直轄市、自治區(qū)煤炭主管部門(mén)審定。三、保護(hù)煤柱留設(shè)使用的參數(shù)（一）移動(dòng)角在充分采動(dòng)或接近充分采動(dòng)的條件下，地表移動(dòng)盆地主斷面上三個(gè)臨界變形中最外邊的一個(gè)臨界變形值點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為移動(dòng)角。當(dāng)有松散層存在時(shí)，應(yīng)從最外邊的臨界變形值點(diǎn)用松散層

8、移動(dòng)角劃線和基巖與松散層交接面相交，此交點(diǎn)至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為移動(dòng)角。按不同斷面，邊界角可分為走向移動(dòng)角、下山移動(dòng)角、上山移動(dòng)角。在有實(shí)測(cè)資料的礦區(qū)，移動(dòng)角選取本礦區(qū)實(shí)測(cè)值；在沒(méi)有實(shí)測(cè)資料的礦區(qū)，可參照表2-2進(jìn)行選取。表2-2按覆巖性質(zhì)區(qū)分的地表移動(dòng)一般參數(shù)表（a<50）覆巖類型移動(dòng)角（°）松散層移動(dòng)角（°）Y345°堅(jiān)硬75°80°75°80°(0.70.8/中硬70°75°70°75°(0.60.7/軟弱60°70°60

9、6;70°(0.30.5/（二）斜交剖面移動(dòng)角圖2-2與走向斜交的垂直剖面圖1建筑物邊界；2受護(hù)面積邊界；3松散層保護(hù)邊界如圖所示，假設(shè)有一條鐵路線與煤層走向斜交，受護(hù)面積邊界與煤層走向所夾銳角為0；沿I-I線作鐵路線的垂直剖面，此時(shí)所作的斷面與煤層走向斜交，該斜交剖面上的煤層傾角為偽傾角a',可以用以下公式計(jì)算:(2-1)tan='=tan二cos二式中：Ct煤層傾角；日一斜交剖面與煤層傾向所夾的銳角。斜交剖面上的移動(dòng)角B'和F可以采用以下公式計(jì)算:(2-2)(2-3)cot'二cot2:cos口cot2、sin2丁cot'=cot2cos2

10、cot2sin*式中：P、¥、6為下山、上山、走向移動(dòng)角。1、偽傾角a'計(jì)算公式的推導(dǎo)公式tanu'=tanacos日的推導(dǎo)情況如下:在圖2-3中，設(shè)aA為受護(hù)面積邊界線，它與煤層走向夾角為8;ac'為與煤層走向斜交的剖面線；ac為與煤層走向垂直的剖面線；h為兩條煤層等高線的高差。在直角三角形acb中:htan«=一,L即h=Ltan：(2-4)在直角三角形ac'b'中:工,htan-L即h=L'tan：'(2-5)由于式（2-4）=式（2-5）,故有Ltanot=L'tano（'（2-6）在直角三角形

11、cc'a中：L=L'cosH（2-7）把式（2-7）帶入式（2-6）得：L'tana'=L'cosetana故可以得出：tan：-'=tan二cosi圖2-3”'與s之間關(guān)系圖1-煤層走向；2受護(hù)面積邊界2、斜交剖面移動(dòng)角P'和¥'計(jì)算公式的推導(dǎo)公式cotP'=fcot2ccos2日+cot26sin2日的推導(dǎo)情況如下。設(shè)有一單元面積As（圖2-4）,其開(kāi)采后在走向方向、下山方向和上山方向的采動(dòng)影響范圍可用移動(dòng)角6、P、¥確定。假設(shè)單元面積的開(kāi)采對(duì)地表的影響范圍為一個(gè)橢圓；這個(gè)橢圓由兩個(gè)半橢圓組

12、成（圖2-5）,上山方向半橢圓的半軸分別為：c=Hcot',b=Hcot6下山方向半橢圓的半軸分別為：a=HcotP,b=Hcot6式中：H單元的開(kāi)采深度。圖2-4單元開(kāi)采影響（a沿走向剖面；b沿傾向剖面）圖2-5斜交剖面移動(dòng)角求法y軸為M坐KL與B'可按下面方法導(dǎo)出圖2-5表示單元面積被開(kāi)采后，地表出現(xiàn)的影響橢圓。設(shè)x軸為煤層傾斜方向，走向方向。假設(shè)保護(hù)邊界KL位于開(kāi)采單元的偽下山方向，并且切影響橢圓于M點(diǎn),標(biāo)為（引,力），這就是從保護(hù)邊界向偽上山方向劃保護(hù)煤柱的情況。保護(hù)煤柱邊界線煤層走向的夾角為日。保護(hù)邊界至開(kāi)采單元的水平垂距為P。從保護(hù)邊界向偽上山方向確定煤柱范圍采用的

13、偽下山移動(dòng)角已知影響橢圓下山方向半橢圓的半軸分別為:a=HcotP,b=Hcota同時(shí)：P=Hcot'22橢圓方程式為：x2y2=1ab微分上式，得橢圓上任一點(diǎn)的斜率為:dyb2xdxa2y則在切點(diǎn)M（%yD處的斜率為空，所以直線KL的方程式為ay1(y-yi)學(xué)(X-X1)ay1化簡(jiǎn)上式得:從圖2-5中可以看出，與橢圓相切的直線方程可以用以下公式表示:xcos二ysin二-P即：乙cosiysin1-1P對(duì)比公式（P2-9)和(2-10)可得(2-8)(2(2-10)X1acosP%sin及二二bP而切點(diǎn)M（Xi,yi）的坐標(biāo)應(yīng)滿足橢圓方程式:2Xi-2a2q=1b2aacos1將X

14、1：Pb2sin曰,yi=代入上式得:P2222-acosfbsinf,+=1P2P2即：a2cos21b2sin21-P2因?yàn)閍=HcotB,b=Hcot6,P=HcotB'所以：cot2:'=cot2:cos2-cot2'cos2F即：cot'二.cot2:co2s-cot21sin：(2-11)(2-12)(2-13)(2-14)cot?'=Vcot27cos28+cot26sin2a的推導(dǎo)與上述類似。第二節(jié)保護(hù)煤柱留設(shè)方法常用的保護(hù)煤柱留設(shè)方法有：垂直剖面法和垂線法。一、垂直剖面法垂直剖面法是一種圖解方法，首先沿煤層走向和傾向作垂直剖面，在斷面圖

15、上確定保護(hù)煤柱寬度，最后投影到平面圖上獲得保護(hù)煤柱邊界。其設(shè)計(jì)步驟如下：（一）確定受護(hù)面積邊界1、如果建筑物邊界和煤層走向、傾向平行時(shí)，在平面圖上直接沿煤層走向、傾向留一定寬度的圍護(hù)帶，得受護(hù)面積邊界（圖2-6a）;2、如果建筑物邊界和煤層走向斜交時(shí)，通過(guò)建筑物四個(gè)角點(diǎn)，分別作與煤層走向或傾向平行的直線，再留圍護(hù)帶，得受護(hù)面積邊界（圖2-6b）;3、如果地面有許多建筑物時(shí)，通過(guò)建筑群的最外角點(diǎn)，分別作和煤層走向或傾向平行的直線，再留圍護(hù)帶，得受護(hù)面積邊界（圖2-6c）。垂直剖面法確定受護(hù)面積邊界時(shí)，一般應(yīng)和煤層走向、傾向平行。圖2-6垂直剖面法受護(hù)邊界的確定1建筑物邊界；2圍護(hù)帶（二）確定保護(hù)

16、煤柱邊界在受護(hù)面積邊界與煤層走向平行或垂直時(shí)所作的垂直剖面上，首先在松散層內(nèi)用平畫(huà)線交于基巖面，再在基巖內(nèi)用P、T、6畫(huà)線交于煤層，即可得出保護(hù)煤柱邊界。下面介紹一個(gè)垂直剖面法留設(shè)保護(hù)煤柱的例題。例2-1如圖2-7,要設(shè)計(jì)一個(gè)重要建筑物的保護(hù)煤柱，保護(hù)級(jí)別為n級(jí)，保護(hù)面積的平面形狀為矩形，面積為100X200m2,長(zhǎng)軸與煤層走向斜交成60度角。煤層傾角口=30：煤層在保護(hù)范圍中央處的埋藏深度H=250mo地面標(biāo)高為零，松散層厚度h=40m,煤層厚度M=2.0m,該地區(qū)的移動(dòng)角為：P=55:d=¥=73:華=45二。試用垂直剖面法留設(shè)該建筑物的保護(hù)煤柱。圖2-7用垂直剖面法設(shè)計(jì)保護(hù)煤柱

17、方法和步驟如下：1、確定受護(hù)邊界。通過(guò)建筑群的角點(diǎn)作平行于煤層走向和平行于煤層傾向的四條直線，兩兩相交得一矩形保護(hù)范圍。查表2-1得圍護(hù)帶寬度為15m,從矩形保護(hù)范圍邊界向外圈出一圍護(hù)帶s=15m,其外緣abcd即為受護(hù)邊界。2、過(guò)保護(hù)范圍abcd的中心O,作沿煤層走向和傾向的垂直剖面I1、nn。3、在傾向垂直剖面上標(biāo)出地表線，受護(hù)邊界的位置（m、n）、松散層和煤層等，并標(biāo)注出煤層的傾角q=30：煤層白厚度M=2.0m,煤層的埋藏深度H=250m。4、在受護(hù)邊界點(diǎn)m、n,作松散層移動(dòng)角邛=45，與基巖面相交于m1、n。再?gòu)膍、n1點(diǎn)分別作基巖移動(dòng)角尸=73:P=55二，與煤層底板相交于m2、n

18、2點(diǎn)，點(diǎn)n2、m2分別為煤層傾向剖面上保護(hù)煤柱的上下邊界。將m2、門(mén)2投影到平面圖上，即得點(diǎn)M、N。5、將平面圖上II線與受護(hù)邊界的交點(diǎn)q、k,投影到走向剖面圖II上，得q、k點(diǎn)。從q、k點(diǎn)以4=45彳乍直線，與基巖面相交于5、k1。再?gòu)膓r勺點(diǎn)以基巖移動(dòng)角圓作斜線。6、將nn剖面上的n2、m2點(diǎn)分別水平投影到II剖面圖上，與II剖面上從q1、k1點(diǎn)以S作出的斜線相交，得q2、卜2和|3、k3。q2、k2為煤柱上邊界線在II剖面上的投影，q3、k3為煤住下邊界線在II剖面上的投影。C、D(2-15)7、將q2、卜2和43、k3分別投影到平面圖上，得B、C、D、A,依次連接A、B、各點(diǎn)，該梯形即

19、為所求保護(hù)煤柱的平面圖。8、計(jì)算因留設(shè)保護(hù)煤柱而呆滯的煤量Q,即AQ=：Mcos二式中：A為平面圖上保護(hù)煤柱的面積，P為煤的質(zhì)量密度。在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中，保護(hù)煤住的邊界線均用紅線表示。二、垂線法垂線法是一種圖解和計(jì)算相結(jié)合的方法。采用垂線法留設(shè)保護(hù)煤柱步驟如下：（一）確定受護(hù)面積邊界首先在平面圖上直接作平行于受護(hù)對(duì)象邊界的直線、四邊形或多邊形，再在其外圍畫(huà)出圍護(hù)帶，得受護(hù)面積邊界。垂線法確定的受護(hù)面積邊界不需要與煤層走向或傾向平行（圖2-8）。圖2-8垂線法的受護(hù)面積邊界確定方法1建筑物邊界；2圍護(hù)帶（二）確定松散層保護(hù)邊界從受護(hù)面積邊界向外量一段距離s,得松散層保護(hù)邊界（圖2-2）。s計(jì)算公式

20、如下(2-16)s=hcot:式中：s松散層保護(hù)邊界寬度，m;h松散層厚度，m;平松散層移動(dòng)角。（三）確定保護(hù)煤柱邊界垂線法留設(shè)保護(hù)煤柱時(shí)，在松散層保護(hù)邊界各角點(diǎn)分別作保護(hù)邊界的垂線，垂線指向上山方向時(shí)、取長(zhǎng)度q,垂線指向下山方向時(shí)、取長(zhǎng)度1,計(jì)算公式如下:(2-17)(2-18)(H-h)cot'-'q=1cot:'-tan&cos【(H-h)cot'1-cot'-tan：cos二式中H一計(jì)算點(diǎn)處煤層的埋藏深度，可從煤層底板等高線圖上量得;h表土層的厚度，m;。一各受護(hù)邊界與煤層走向所夾的銳角，。；二煤層的傾角，°P、畢一斜交剖面上的

21、斜交移動(dòng)角,垂線長(zhǎng)度q、1計(jì)算公式的推導(dǎo)如下。圖2-9垂線長(zhǎng)度q、1的求法圖2-9為一通過(guò)地表點(diǎn)a并與建筑物保護(hù)邊界相垂直的斷面圖。保護(hù)邊界線與煤層走向相交成8角。這個(gè)斷面與煤層走向相交900+8。圖中的H為點(diǎn)a的埋藏深度，a'為煤層的偽傾角，它與煤層傾角的關(guān)系為:(2-19)tan-'=tan-cos1從圖中可以看出下列關(guān)系:在&D'B中:在&AD中:tanl在AAOD和ABOD中：,h2hitan：'=iq將tgot'代入上面兩式，得二H,H,tana=tana'tan"=一+tanql(2-20)從而Hcot:&#

22、39;Hcot-'q=：=：-1cot:'tg_：11cot:''tan：cos(2-21)Hcot'Hcot'1-cot'-tan.：/1-cot'-tan：cosu(2-22)當(dāng)有松散層h覆蓋時(shí)，上式應(yīng)為(H-h)cot>(H-h)cot'q=-；i=；1cot:'-tan：cos-1-cot'-tan：cos-下面舉例說(shuō)明垂線法留設(shè)保護(hù)煤柱的過(guò)程。例2-2例2-1中建筑物的保護(hù)煤柱也可用垂線法來(lái)留設(shè)，其方法和步驟如下：1、確定受護(hù)邊界。在平面圖(圖2-10)上先確定需要保護(hù)的范圍，然后加圍護(hù)帶得

23、受護(hù)邊界1234。(2-23)s=15m,圖2-10用垂線法設(shè)計(jì)保護(hù)煤柱2、在受護(hù)邊界各點(diǎn)1、2、3、4處，向外按寬度p=hcot中=40,cot450=40m劃出矩形1'2'3'艮鶴表土層與基巖接觸面上的受護(hù)邊界。3、從1'、2'、3'、4各點(diǎn)分別彳乍線段12和14'、2'1和2'3'、3'2和3'4'4'新4'1的垂線，垂線的長(zhǎng)度q（上山垂線長(zhǎng)卜l（下山垂線長(zhǎng)）通過(guò)計(jì)算獲得，其具體的值列于表2-3中。表2-3垂線長(zhǎng)q、l的計(jì)算表角點(diǎn)號(hào)1'213'41H35

24、0290145205Hh310250105165垂線1-51-62-72-83-93-104-114-1206030306060303060q99416079l10411290554、在各垂線上按比例截取其垂線長(zhǎng)得點(diǎn)5、6、7、8、9、10、11、12,依次連接各點(diǎn)并相交于I、II、出、Wo四邊形InmIV即為用垂線法留設(shè)的保護(hù)煤柱。5、計(jì)算因留設(shè)保護(hù)煤柱而呆滯的煤量。三、保護(hù)煤柱留設(shè)的其它方法除上述方法外，保護(hù)煤柱留設(shè)的方法還有：數(shù)字標(biāo)高投影法、臨界面標(biāo)高投影法、臨界變形值法和預(yù)計(jì)方法等。數(shù)字標(biāo)高投影法是根據(jù)地表移動(dòng)角參數(shù)，采用標(biāo)高投影的方法，繪制出各受護(hù)邊界保護(hù)煤柱各側(cè)平面的等高線，它與煤

25、層底板等高線的交線，即為保護(hù)煤柱的邊界。數(shù)字標(biāo)高投影法對(duì)于煤層產(chǎn)狀不規(guī)則及存在斷層時(shí)比較方便，一般用于圈定延伸形建筑物或基巖面標(biāo)高變化比較大時(shí)的保護(hù)煤柱。保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)的垂直剖面法、垂線法和數(shù)字標(biāo)高投影法，都是僅僅利用主斷面上或少數(shù)幾個(gè)斜交剖面上的移動(dòng)角，致使在建筑物的角點(diǎn)處留下了過(guò)多的呆滯煤量。隨著礦體傾角的增大，角點(diǎn)處的多余煤柱急劇增大，甚至使保護(hù)煤柱的留設(shè)出現(xiàn)困難，此時(shí)可采用臨界面標(biāo)高投影法來(lái)設(shè)計(jì)保護(hù)煤柱。此外，也可直接利用開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)保護(hù)煤柱。通過(guò)不斷改變工作面的大小和位置，反復(fù)試算，直至受護(hù)建筑物處地表的變形值都小于臨界變形值為止。此時(shí)的最小煤柱（開(kāi)采范圍最大），即為受護(hù)建筑

26、物的保護(hù)煤柱。第三節(jié)特殊類型煤柱的留設(shè)方法一、立井與工業(yè)場(chǎng)地保護(hù)煤柱的留設(shè)圈定立井保護(hù)煤柱時(shí)，地面受護(hù)面積應(yīng)包括井架（井塔）、提升機(jī)房和圍護(hù)帶。圍護(hù)帶寬度為20m。立井按其深度、用途、煤層賦存條件及地形特點(diǎn)可分為5類，其保護(hù)煤柱一般用垂直剖面法圈定。各類立井的保護(hù)煤柱留設(shè)方法如下：（一）第一類：深度大于和等于400m的主副井保護(hù)煤柱用邊界角圈定，如圖2-11所示。當(dāng)立井包括工業(yè)場(chǎng)地在內(nèi)時(shí)，以工業(yè)場(chǎng)地受護(hù)面積和移動(dòng)角圈定其保護(hù)煤柱。如立井煤柱大于工業(yè)場(chǎng)地煤柱時(shí)，應(yīng)取立井煤柱為最終煤柱邊界。圖2-11立井保護(hù)煤柱（二）第二類：深度小于400m的主副井及各類風(fēng)井、注砂井保護(hù)煤柱以移動(dòng)角圈定。（三）第

27、三類：穿過(guò)急傾斜煤層的立井在煤層傾向剖面上以下盤(pán)移動(dòng)角入圈定保護(hù)煤柱的下山方向邊界，在煤層走向剖面上，以走向移動(dòng)角8圈定保護(hù)煤柱的邊界。例2-3急傾斜煤層群立井保護(hù)煤柱留設(shè)實(shí)例某礦開(kāi)采急傾斜煤層群（有三層煤），煤層傾角70。，煤層厚度及間距如圖2-12所示,立井井筒位于煤層底板方向。地表移動(dòng)參數(shù)為：6=78：兒=55。=45電。試用垂直剖面法圈定保護(hù)煤柱。步驟如下：1、確定地面受護(hù)面積。在圖2-12平面圖上，過(guò)工業(yè)場(chǎng)地角點(diǎn)作平行煤層走向或傾向的直線得四邊形1234.在四邊形外圍加圍護(hù)帶，寬度取20m,得地面受護(hù)面積邊界1'2'3'4'2、通過(guò)井筒中心作沿煤層傾向

28、方向的剖面AB及走向方向的剖面CD。3、將平面圖上受護(hù)面積邊界投影到AB剖面上，得M、N點(diǎn)。過(guò)M點(diǎn)以4=450作直線，交于基巖面上得m點(diǎn)。由m點(diǎn)以九=55。作直線，該直線與M乂2煤層交于T、S點(diǎn)，此兩點(diǎn)分別為兩個(gè)煤層的開(kāi)采下限。A-B剖面上mST直線及礦井設(shè)計(jì)深度以內(nèi)所有煤層均為A-B剖面的保護(hù)煤柱。然后將其轉(zhuǎn)繪至平面圖上。4、將平面圖上受護(hù)面積邊界投影到CD剖面上，得P、Q點(diǎn)。由P、Q兩點(diǎn)以邛=45。作直線交基巖面于p、q點(diǎn)。由p、q兩點(diǎn)以6=78叫乍直線；兩直線與設(shè)計(jì)深度所圈定的煤層為走向剖面C-D上保護(hù)煤柱的垂直投影圖。轉(zhuǎn)繪至平面圖上。在平面圖上T1T265為M1煤層保護(hù)煤柱邊界，S1S

29、287為M2煤層保護(hù)煤柱邊界，pq109為M3煤層保護(hù)煤柱邊界。圖2-12急傾斜煤層群立井保護(hù)煤柱留設(shè)方法圖（四）第四類：穿過(guò)有滑移危險(xiǎn)的軟弱巖層、軟煤層及高角度斷層（斷層面延至基巖面）的立井此時(shí)，除按前三類規(guī)定留設(shè)保護(hù)煤柱外，還應(yīng)加設(shè)防滑煤柱（如圖2-13）。圖2-13立井防滑煤柱留設(shè)方法立井防滑煤柱的下邊界應(yīng)根據(jù)煤層埋藏條件按下式確定:Hb=HsVH+H上（2-24）式中：HB-開(kāi)采數(shù)個(gè)煤層時(shí)應(yīng)留設(shè)防滑煤柱的深度，m;n開(kāi)采煤層層數(shù)，層；H上按一般方法圈定保護(hù)煤柱的上邊界垂深，m;Hs-開(kāi)采單一煤層時(shí)發(fā)生滑移的臨界深度（從保護(hù)煤柱的上邊界算起），可按表2-4選?。ū碇衋為煤層傾角，h為松散

30、層厚度），或參照本礦區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。表2-4Hs值h(m)Hs(m)a=15a=25°a=35°a=45a=55a=60<5306090110140155103070100130160180153580115145180200>2050115160200255285當(dāng)立井穿過(guò)煤層群時(shí)，第一煤層的防滑煤柱按上述原則確定留設(shè)深度。其余各煤層防滑煤柱下邊界的圈定方法是：在傾向剖面上，過(guò)上層煤防滑煤柱的下邊界點(diǎn)，以丫角作直線,此直線與各煤層底板的交線即為各自的防滑煤柱下邊界。（五）第五類：地表為山地的立井為了防止山地發(fā)生滑坡引起井筒破壞,般應(yīng)在井筒所在斜坡的上下坡兩側(cè)加大煤

31、柱尺寸。在建筑物上坡方向，移動(dòng)角應(yīng)減小15°25°,或加大保護(hù)煤柱0.51.0r（r為主要影響半徑）；在建筑物下坡方向，移動(dòng)角應(yīng)減小5°10°,或加大保護(hù)煤柱0.20.5r。此外，除了以上5類情況外，對(duì)穿過(guò)斷層的立井的保護(hù)煤柱，如果立井所在處有落差大于2030m的斷層時(shí)，可采用垂直剖面法圈定，并考慮沿?cái)鄬用婊频目赡苄?，根?jù)具體條件，適當(dāng)加大煤柱尺寸，使斷層上、下盤(pán)均包括在保護(hù)煤柱范圍之內(nèi)（圖2-14）。圖2-14立井煤柱內(nèi)有斷層時(shí)保護(hù)煤柱的留設(shè)方法1-無(wú)斷層時(shí)的煤柱線；2-有斷層時(shí)的煤柱線如圖2-15所示，在圈定煤層傾角為45。65。的立井保護(hù)煤柱時(shí)，

32、為了防止立井井筒受采動(dòng)底板移動(dòng)的影響，井筒至煤柱下邊界的距離L不應(yīng)小于下式計(jì)算出的長(zhǎng)度：L=A3XHt(2-25)式中：A3與煤層傾角有關(guān)的系數(shù)，可從表2-5選定;Ht-井筒穿過(guò)煤層底板處的垂深，m。表2-5系數(shù)A3值煤層傾角a45°55s60s65°A30.250.400.550.70圖2-15急傾斜煤層立井井筒免受采動(dòng)底板移動(dòng)影響的最小尺寸圈定風(fēng)井保護(hù)煤柱時(shí)，如受護(hù)面積較小，則應(yīng)酌情加大其保護(hù)煤柱尺寸，使風(fēng)井受護(hù)面積內(nèi)地表變形值疊加后不超過(guò)允許的地表變形值。圈定工業(yè)場(chǎng)地保護(hù)煤柱時(shí)，圍護(hù)帶寬度應(yīng)為15m,工業(yè)場(chǎng)地保護(hù)煤柱用移動(dòng)角圈定。斜井保護(hù)煤柱的留設(shè)（一）沿煤層底板斜井

33、位于煤層底板的斜井（圖2-16）,應(yīng)根據(jù)斜井至煤層間的巖層性質(zhì)和法線距離以及煤層厚度，參照表2-6判定是否需要留設(shè)煤柱。當(dāng)斜井至與其最近的開(kāi)采煤層的法線距離大于或等于表中的數(shù)值時(shí)，斜井上方的煤層中可不留設(shè)保護(hù)煤柱；當(dāng)小于表中的數(shù)值時(shí)，在斜井上方的煤層中應(yīng)留設(shè)保護(hù)煤柱。圖2-16煤層底板斜井剖面圖1-斜井井筒；2-煤層表2-6斜井上方煤層中留設(shè)保護(hù)煤柱的臨界法線距離h巖性石石名稱臨界法線距離h薄及中厚煤層厚煤層堅(jiān)硬石英砂巖、礫巖、石灰?guī)r、砂質(zhì)頁(yè)巖(610)M(6-8)M中硬砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖(1015)M(8-10)M軟弱泥巖、鋁土頁(yè)巖、鋁土巖、泥質(zhì)砂巖(1525)M(1015)M注

34、：表中M為斜井上方煤層的厚度。斜井保護(hù)煤柱一側(cè)的寬度Si,可按下式計(jì)算（圖2-17）:Si=H(2.50.6M)(m)(2-26)Mpa。一圖2-17斜井煤柱留設(shè)方法2-18。（三）穿層斜井圖2-18斜井下方保護(hù)煤柱留設(shè)方法穿層斜井煤柱留設(shè)方法為先對(duì)工業(yè)場(chǎng)地、斜井井筒、井底車場(chǎng)分別留設(shè)煤柱,然后合并。先確定受護(hù)面積邊界，取工業(yè)場(chǎng)地維護(hù)帶寬度為15m,主要井巷上面和兩側(cè)護(hù)巷巖（煤）柱寬度為20mo然后在平面圖上用虛線標(biāo)出斜井井筒、井底車場(chǎng)的護(hù)巷煤柱。例2-4平行于傾斜煤層的斜井井筒保護(hù)煤柱留設(shè)實(shí)例AB為斜井井筒，打在上層煤中，至下層煤垂距為80m,傾角為30。，斜長(zhǎng)280m。地質(zhì)埋藏條件為：斜井

35、下方煤層層厚M=2m,松散層厚度為20mo地表移動(dòng)參數(shù)為:5=尸=75：P=75°-0.8«=51:5=45"。試用垂直剖面法在下方煤層中留設(shè)斜井保護(hù)煤柱。式中：H斜井的最大垂深，m；M煤層的厚度，m；f煤的強(qiáng)度系數(shù)，f=0.1.,10RcRc煤的單向抗壓強(qiáng)度,（二）煤層斜井斜井所在煤層及斜井下方煤層均需留設(shè)保護(hù)煤柱。當(dāng)斜井在單一煤層或煤層群的最上一層煤中時(shí)，斜井護(hù)巷煤柱寬度可按上述方法計(jì)算。對(duì)斜井下方的煤層，應(yīng)從斜井所在煤層中的護(hù)巷煤柱邊界起，用基巖移動(dòng)角8圈定下煤層的斜井保護(hù)煤柱，見(jiàn)圖步驟如下：1、確定受護(hù)面積邊界。根據(jù)題意，斜井開(kāi)拓在上煤層中，在斜井兩側(cè)各留

36、20m煤柱；在走向剖面圖上得C、D點(diǎn)；同時(shí)在井筒上下亦留20m煤柱，得ABi點(diǎn)。2、為保護(hù)井口AAi段，在傾斜剖面圖上A、Ai點(diǎn)，在松散層內(nèi)以邛=45。作直線，在基巖內(nèi)以¥=75彳2=51口畫(huà)出保護(hù)線，與煤層相交于1(2),和3(4)點(diǎn)；在走向剖面圖上，從C、D兩點(diǎn)作中=45口角，在基巖內(nèi)作6=75畫(huà)出保護(hù)線，與煤層相交于1,2,3,4點(diǎn)。轉(zhuǎn)繪至平面圖上，得井口段AA1保護(hù)煤柱邊界1234。3、為保護(hù)井筒AB,在斜井剖面圖上，自B1點(diǎn)處按¥=75畫(huà)保護(hù)線，與煤層相交于5(6)點(diǎn)；在走向剖面圖上，自E、F點(diǎn)按6角畫(huà)保護(hù)線與煤層相交于5、6點(diǎn)，轉(zhuǎn)繪至平面圖上。4、連結(jié)1244&

37、#39;653點(diǎn)'，3口偽平面圖上保護(hù)煤柱邊界。圖2-19斜井保護(hù)煤柱留設(shè)三、鐵路保護(hù)煤柱的留設(shè)鐵路的保護(hù)等級(jí)分為四級(jí)(表2-7)。表2-7鐵路保護(hù)等級(jí)保護(hù)等級(jí)鐵路等級(jí)I國(guó)家一級(jí)鐵路II國(guó)家二級(jí)鐵路III國(guó)家三級(jí)鐵路IV工礦企業(yè)鐵路專用線（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)）注：對(duì)工礦企業(yè)（如特大型礦井）專用鐵路的一級(jí)線路中年通過(guò)量、行車密度、速度及客運(yùn)等指標(biāo)達(dá)到國(guó)家三級(jí)鐵路標(biāo)準(zhǔn)的可劃分為III保護(hù)等級(jí)。在下列情況下，需留設(shè)鐵路保護(hù)煤柱：（一）國(guó)家一級(jí)鐵路。（二）國(guó)家二級(jí)鐵路。（三）國(guó)家三級(jí)鐵路：薄及中厚煤層的采深與單層采厚比小于60;厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比小于80。（四）工礦企業(yè)專用鐵路：薄

38、及中厚煤層的采深與單層采厚比小于40;厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比小于60。（五）鐵路隧道。（六）全長(zhǎng)大于20m的鐵路橋。（七）一級(jí)、二級(jí)鐵路線上的一、二等鐵路車站。（八）目前條件下采用改道或不留設(shè)煤柱方法處理在技術(shù)上不可能或經(jīng)濟(jì)上不合理的鐵路線路或其他建（構(gòu)）筑物；（九）有嚴(yán)重滑坡危險(xiǎn)而又難以處理的鐵路線路。鐵路受護(hù)面積的圈定：鐵路路堤以兩側(cè)路堤坡腳外1m為界，路塹以兩側(cè)頂邊緣為界。在兩側(cè)界線以內(nèi)的范圍為受護(hù)對(duì)象；在兩側(cè)界線外留出的維護(hù)帶寬度為：國(guó)家一級(jí)鐵路，20米；國(guó)家二級(jí)鐵路，15米；國(guó)家三級(jí)鐵路，10米；工業(yè)企業(yè)專用鐵路，5米。鐵路保護(hù)煤柱的留設(shè)方法比較簡(jiǎn)單：1、首先確定受護(hù)面積邊

39、界：在平面圖上沿著線路圈出受護(hù)對(duì)象范圍，再留出圍護(hù)帶，得到受護(hù)面積邊界；2、然后根據(jù)鐵路線形狀間隔選擇適當(dāng)剖面，采用斜交剖面移動(dòng)角¥'、P'確定各個(gè)剖面上的煤柱范圍（有松散層時(shí)先用松散層移動(dòng)角中畫(huà)線至基巖面）；3、最后將各個(gè)剖面上的煤柱邊界投影到平面圖上，相連后即得到鐵路保護(hù)煤柱邊界。例2-5:鐵路保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)實(shí)例某礦區(qū)有國(guó)家一級(jí)鐵路線通過(guò)。鐵路下方的煤層埋藏深度為120310m,厚度M=2m,傾角a=15。煤系巖層為中等硬度，以砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖互層為主。鐵路線路位置及煤層底板等高線見(jiàn)詳圖2-20。本區(qū)松散層厚度h=20m,為正常濕度的砂質(zhì)粘土，地面平均標(biāo)高為+70m。用垂直剖面法設(shè)計(jì)鐵路保護(hù)煤柱。其具體步驟如下：1、受護(hù)面積的確定。在平面圖上對(duì)路堤部分以路堤坡腳外1m為受護(hù)邊界，由此得到abcdeffedCb'a'。圍