礦井?dāng)鄬蛹按笙锩褐粼O(shè)計算

礦井?dāng)鄬蛹按笙锩褐粼O(shè)計算礦井?dāng)鄬幼鳛樯a(chǎn)中不可避免的地質(zhì)構(gòu)造，對礦井生產(chǎn)影響很大，探明不當(dāng)或者煤柱留設(shè)不合理很容易造成斷層導(dǎo)通含水層突水或采后斷層受礦壓影響滯后突水。所以合理的留設(shè)保護煤柱，顯得尤為重要，下面以一個案例詳細介紹一下如何計算煤柱的寬度！一、 斷層煤柱留設(shè)原則1、在有突水威脅但又不宜疏放（疏放會造成成本大大提高時）的地區(qū)采掘時，必須留設(shè)防水煤（巖）柱。2、防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基礎(chǔ)上把煤柱的寬度或高度降低到安全限度，以提高資源利用率。3、留設(shè)防水煤（巖）柱必須與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、煤層賦存條件、圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)、煤層的組合結(jié)構(gòu)方式等自然因素密切結(jié)合，與采煤方法、開采強度、支護形式等人為因素互相適應(yīng)。4、一個井田或一個水文地質(zhì)單元的防水煤（巖）柱應(yīng)該在它的總體設(shè)計中確定，即開采方式和井巷布局必須與各種煤柱的留設(shè)相適應(yīng)，否則會給以后煤柱的留設(shè)造成極大的困難，甚至無法留設(shè)。5、在多煤層地區(qū)，各煤層的防水煤（巖）柱必須統(tǒng)一考慮確定，以免某一煤層的開采破壞另一煤層的煤（巖）柱，致使整個防水煤柱失效。6、在同一地點有兩種或兩種以上留設(shè)煤（巖）柱的條件時，所留設(shè)的煤（巖）柱必須滿足各個留設(shè)煤（巖）柱的條件。7、對防水留設(shè)煤（巖）柱的的維護要特別嚴格，因為煤（巖）柱的任何一處被破壞，必將造成整個煤（巖）柱無效。防水煤（巖）柱一經(jīng)留設(shè)即不得破壞，巷道必須穿過煤柱時，必須采取加固巷道、修建防水閘門和其它防水設(shè)施，保護煤（巖）柱的完整性。8、留設(shè)防水煤（巖）柱所需要的數(shù)據(jù)必須在本地區(qū)取得。鄰區(qū)或外地的數(shù)據(jù)只能參考，如果需要采用，應(yīng)適當(dāng)加大安全系數(shù)。9、防水煤（巖）柱中必須有一定厚度的粘土質(zhì)隔水巖層或裂隙不發(fā)育、含水性極弱的巖層，否則防水巖柱將無隔水作用。二、斷層煤（巖）柱留設(shè)依據(jù)1、《煤礦防治水細則》第五章“礦井防治水技術(shù)”第六節(jié)“防隔水煤（巖）柱留設(shè)”第九十二條規(guī)定“有以下情況之一的，應(yīng)當(dāng)留設(shè)防隔水煤（巖）柱： 與富水性強的含水層間存在水力聯(lián)系的斷層、裂隙帶或者強導(dǎo)水?dāng)鄬咏佑|的煤層； ”同時第五節(jié)“水體下采煤”中第八十四條規(guī)定“ ，在基巖含水層（體）或者含水?dāng)嗔褞麻_采時，應(yīng)對開采前后覆巖的滲透性及含水層之間的水力聯(lián)系進行分析評價，確定采用留設(shè)防隔水煤（巖）柱或者采用疏干（降）等方法保證開采?！备鶕?jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》第五章“水體安全煤（巖）柱留設(shè)與壓煤開采”中第一節(jié)“水體安全煤巖柱的留設(shè)，第七十四條”內(nèi)容，“近水體采煤時，必須采用相應(yīng)的開采技術(shù)措施和安全措施，..（.七）在積水采空區(qū)和基巖含水層附近采煤，或者存在充水?dāng)鄬悠扑閹?、陷落柱等時，應(yīng)當(dāng)先探放、再疏降、后開采。”針對含水破碎帶、強導(dǎo)水?dāng)鄬踊蚺c強含水層存在水力聯(lián)系的斷層，在《煤礦防治水細則》中明確規(guī)定了相應(yīng)的煤柱留設(shè)方法和計算公式。2、采煤工作面安全水頭值計算Ps=TsM式中：Ps—底板隔水層安全水頭值，MPa；saM一底板隔水層厚度，m；T—臨界突水系數(shù)，MP/m。saTs值應(yīng)當(dāng)根據(jù)本區(qū)資料確定，一般情況下，底板受構(gòu)造破壞的地段按0.06MPa/m計算，隔水層完整無斷裂構(gòu)造破壞的地段按0.1MPa/m計算。3、防隔水煤（巖）柱的尺寸要求《煤礦防治水細則》附錄6.2計算方法《煤礦防治水細則》附錄六第二條，含水或者導(dǎo)水?dāng)鄬臃栏羲海◣r）柱的留設(shè)：可以參照下列經(jīng)驗公式計算：圖1含水或者導(dǎo)水?dāng)鄬臃栏羲海◣r）柱留設(shè)L二0.5KM.'，3p>20m式中：L=煤柱留設(shè)的寬度，m；K——安全系數(shù)，一般取2?5。M 煤層厚度或米咼，取m；P——實際水頭值，取MPa；Kp——煤的抗拉強度，MPa?！睹旱V防治水細則》附錄6.4計算方法；煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時防隔水煤（巖）柱留設(shè)：在煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時（插圖2）防隔水煤（巖）柱的留設(shè)應(yīng)當(dāng)考慮2個方向上的壓力：一是煤層底部隔水層能否承受下部含水層水的壓力；二是斷層水在順煤層方向上的壓力。圖2煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時防隔水煤（巖）柱留設(shè)圖當(dāng)考慮底部壓力時，應(yīng)當(dāng)使煤層底板到斷層面之間的最小距離（垂距），大于安全防隔水煤（巖）柱的寬度（Ha）的計算值，但不得小于20m。其計算公式：HL二——J>20msina式中：L 煤柱留設(shè)的寬度，m；a 斷層傾角，（°）；Ha—斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度。當(dāng)考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時，按附錄6.2計算煤柱寬度。根據(jù)以上兩種方法計算的結(jié)果取用較大的數(shù)值。其中，Ha應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦井實際觀測資料來確定，即通過總結(jié)本礦區(qū)在斷層附近開采時發(fā)生突水和安全開采的地址、水文地質(zhì)資料。Ha值也可以按下列公式計算：H二匕+10ats式中：p——防隔水煤（巖）柱所承受的實際水頭值，MPa；Ts——臨界突水系數(shù)，MPa/m；10——保護帶厚度，一般取10m。本礦區(qū)如無實際突水系數(shù)，可以參考其他礦區(qū)資料，但選用時應(yīng)當(dāng)綜合考慮隔水層的巖性、物理力學(xué)性質(zhì)、巷道跨度或者工作面的的空頂距、采煤方法和頂板控制方法等一系列因素。三、具體案例展示（一）斷層防隔水煤柱計算F10斷層位于井田南部，正斷層，走向北東東，傾向北，傾角78°,落差0?26m，延展長度3542m。依據(jù)鉆孔資料，17煤至奧灰頂界面平均垂距約70m。上盤17煤距下盤奧灰含水層頂面最小垂距約為40m。依據(jù)《煤礦防治水細則》中，附錄六之四，煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時防隔水煤（巖）柱留設(shè)規(guī)定，計算公式為HL二 J>20m式中：L 煤柱留設(shè)的寬度，m；a——斷層傾角，（取78°）；Ha――斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度。其中Ha的計算公式為：H二匕+10式中：p——防隔水煤（巖）柱所承受的實際水頭值，取1.61MPa；Ts——臨界突水系數(shù)，取0.1MPa/m；10 保護帶厚度，一般取10m。經(jīng)計算得出Ha=26.1；L=26.68m。當(dāng)考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時，其計算公式為：式中：K——安全系數(shù)，一般取2?5，本報告取5；M——煤層厚度或采高，取16煤最大厚度1.35m；P——實際水頭值，取1.60MPa（按照奧灰水位標高-136m計算）；Kp——煤的抗拉強度，煤的抗拉強度取0.392MPa。經(jīng)計算得出L=11.81m。根據(jù)以上兩種方法計算，當(dāng)煤層位于含水層上方，即煤層底部隔水層承受下部含水層水的壓力時F301斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于26.65m，當(dāng)斷層水在順煤層方向上的壓力時，F(xiàn)301斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于11.81m。考慮到F301斷層下盤的奧灰含水層水壓高，富水性較為豐富，為確保安全考慮，根據(jù)細則要求，按照以上兩種方法計算的結(jié)果取用較大的數(shù)值。即F301斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于26.65m,為確保安全生產(chǎn)，F(xiàn)301斷層16煤層煤（巖）柱放寬至30m。（二）馬樓斷層位于井田西部，為井田西邊界，正斷層。走向北東，傾向北西，傾角70?76°，落差35?110m。井田內(nèi)延展長度6000m,有23-15號孔穿過，17-10與17-18、21-5與21-6、25-6與25-15、29-4與29-6號孔四對鉆孔控制在350m以內(nèi)。1、12煤層煤柱留設(shè)下依據(jù)23-15、21-5鉆孔資料，12煤至奧灰頂界面平均垂距約112m。上盤下12煤距下盤奧灰含水層頂面最小垂距約為82m。奧灰含水層水位參照2#水文常下觀孔資料，奧灰含水層水位為-136m，假設(shè)F301斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?，計算斷層保護煤柱。依據(jù)《煤礦防治水細則》中，附錄六之四，煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時防隔水煤（巖）柱留設(shè)規(guī)定，計算公式為：HL二——J>20msina式中：L 煤柱留設(shè)的寬度，m；a——斷層傾角，（取76°）；Ha――斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度。其中Ha的計算公式為：H=匕+10a丁s式中：p——防隔水煤（巖）柱所承受的實際水頭值，取1.16MPa；Ts——臨界突水系數(shù)，取0.1MPa/m；10 保護帶厚度，一般取10m。經(jīng)計算得出Ha=21.6；L=22.26m。當(dāng)考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時，其計算公式為：L二0.5KM.'，3p>20m式中：K——安全系數(shù)，一般取2?5,本報告取5；M——煤層厚度或采高，取12煤最大厚度1.89m；下P——實際水頭值，取1.16MPa（按照奧灰水位標高-136m計算）；Kp――煤的抗拉強度，引用《錦丘煤礦初步設(shè)計安全專篇說明書》引用數(shù)據(jù)，煤的抗拉強度取0.392MPa。經(jīng)計算得出L=14.08m。根據(jù)以上兩種方法計算，當(dāng)煤層位于含水層上方，即煤層底部隔水層承受下部含水層水的壓力時馬樓斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于22.26m，當(dāng)斷層水在順煤層方向上的壓力時，馬樓斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于14.08m。考慮到馬樓斷層下盤的奧灰含水層水壓高，富水性較為豐富，為確保安全考慮，根據(jù)細則要求，按照以上兩種方法計算的結(jié)果取用較大的數(shù)值。即馬樓斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于22.26m，為確保安全生產(chǎn)，馬樓斷層12煤層煤（巖）柱放寬下至30m。2、16煤層煤柱留設(shè)依據(jù)23-15、21-5鉆孔資料，16煤至奧灰頂界面平均垂距約70m。上盤16煤距下盤奧灰含水層頂面最小垂距約為40m。奧灰含水層水位參照2#水文常觀孔資料，奧灰含水層水位為-136m，假設(shè)馬樓斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?，計算斷層保護煤柱。依據(jù)《煤礦防治水細則》中，附錄六之四，煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時防隔水煤（巖）柱留設(shè)規(guī)定，計算公式為：HL二J>20msina式中：L煤柱留設(shè)的寬度，m；a——斷層傾角，（取76°）；Ha――斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度。其中Ha的計算公式為：H二匕+10式中：p——防隔水煤（巖）柱所承受的實際水頭值，取1.61MPa；Ts——臨界突水系數(shù)，取0.1MPa/m；10——保護帶厚度，一般取10m。經(jīng)計算得出Ha=26.07；L=26.87m。當(dāng)考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時，其計算公式為：式中：K——安全系數(shù)，一般取2?5,本報告取5；M——煤層厚度或采高，取16煤最大厚度1.89m；P——實際水頭值，取1.61MPa（按照奧灰水位標高-136m計算）；Kp――煤的抗拉強度，引用《錦丘煤礦初步設(shè)計安全專篇說明書》引用數(shù)據(jù)，煤的抗拉強度取0.392MPa。經(jīng)計算得出L=16.57m。根據(jù)以上兩種方法計算，當(dāng)煤層位于含水層上方，即煤層底部隔水層承受下部含水層水的壓力時馬樓斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于26.87m，當(dāng)斷層水在順煤層方向上的壓力時，馬樓斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于16.57m?？紤]到馬樓斷層下盤的奧灰含水層水壓高，富水性較為豐富，為確保安全考慮，根據(jù)細則要求，按照以上兩種方法計算的結(jié)果取用較大的數(shù)值。即馬樓斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于26.87m，為確保安全生產(chǎn)，馬樓斷層16煤層煤（巖）柱放寬至30m。（三） F3斷層位于井田北部，正斷層，走向近東西，傾向北，傾角傾角70°，落差0?25m，延展長度1300m，兩端尖滅，有3條地震測線穿過，2個A級斷點，1個B級斷點控制，控制點距350?500m，屬基本查明斷層。1、12下煤層煤柱留設(shè)依據(jù)23-15鉆孔資料，12下煤至奧灰頂界面平均垂距約112m。上盤12下煤距下盤奧灰含水層頂面最小垂距約為82m。奧灰含水層水位參照2#水文常觀孔資料，奧灰含水層水位為-136m，假設(shè)F301斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?，計算斷層保護煤柱。依據(jù)《煤礦防治水細則》中，附錄六之四，煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時防隔水煤（巖）柱留設(shè)規(guī)定，計算公式為：HL二J>20m式中：L煤柱留設(shè)的寬度，m；a——斷層傾角，（取70°）；Ha――斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度。其中Ha的計算公式為：式中：p——防隔水煤（巖）柱所承受的實際水頭值，取1.16MPa；Ts——臨界突水系數(shù)，取0.1MPa/m；10 保護帶厚度，一般取10m。經(jīng)計算得出Ha=21.56；L=22.94m。當(dāng)考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時，其計算公式為：式中：K——安全系數(shù)，一般取2?5，本報告取5；M——煤層厚度或采高，取12下煤最大厚度1.89m；P——實際水頭值，取1.16MPa（按照奧灰水位標高-136m計算）；Kp――煤的抗拉強度，引用《錦丘煤礦初步設(shè)計安全專篇說明書》引用數(shù)據(jù)，煤的抗拉強度取0.392MPa。經(jīng)計算得出L=14.08m。根據(jù)以上兩種方法計算，當(dāng)煤層位于含水層上方，即煤層底部隔水層承受下部含水層水的壓力時F3斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于22.94m，當(dāng)斷層水在順煤層方向上的壓力時，F(xiàn)3斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于14.08m?？紤]到F3斷層下盤的奧灰含水層水壓高，富水性較為豐富，為確保安全考慮，根據(jù)細則要求，按照以上兩種方法計算的結(jié)果取用較大的數(shù)值。即F3斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于22.94m,為確保安全生產(chǎn)，F(xiàn)3斷層12下煤層煤（巖）柱放寬至30m。2、16煤層煤柱留設(shè)依據(jù)23-15鉆孔資料，16煤至奧灰頂界面平均垂距約70m。上盤16煤距下盤奧灰含水層頂面最小垂距約為40m。奧灰含水層水位參照2#水文常觀孔資料，奧灰含水層水位為-136m，假設(shè)F3斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?，計算斷層保護煤柱。依據(jù)《煤礦防治水細則》中，附錄六之四，煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時防隔水煤（巖）柱留設(shè)規(guī)定，計算公式為：HL二J>20m式中：L煤柱留設(shè)的寬度，m；a——斷層傾角，（取70°）；Ha――斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度。其中Ha的計算公式為：式中：p——防隔水煤（巖）柱所承受的實際水頭值，取1.61MPa；Ts——臨界突水系數(shù)，取0.1MPa/m；10 保護帶厚度，一般取10m。經(jīng)計算得出Ha=26.07；L=27.74m。當(dāng)考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時，其計算公式為：式中：K——安全系數(shù)，一般取2?5，本報告取5；M——煤層厚度或采高，取16煤最大厚度1.89m；P——實際水頭值，取1.61MPa（按照奧灰水位標高-136m計算）;Kp――煤的抗拉強度，引用《錦丘煤礦初步設(shè)計安全專篇說明書》引用數(shù)據(jù)，煤的抗拉強度取0.392MPa。經(jīng)計算得出L=16.59m。根據(jù)以上兩種方法計算，當(dāng)煤層位于含水層上方，即煤層底部隔水層承受下部含水層水的壓力時F3斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于27.74m,當(dāng)斷層水在順煤層方向上的壓力時，F(xiàn)3斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于16.59m?？紤]到F3斷層下盤的奧灰含水層水壓高，富水性較為豐富，為確保安全考慮，根據(jù)細則要求，按照以上兩種方法計算的結(jié)果取用較大的數(shù)值。即F3斷層上盤煤柱留設(shè)的寬度應(yīng)大于27.74m，為確保安全生產(chǎn)，F(xiàn)3斷層16煤層煤（巖）柱放寬至30m。（四） F1斷層位于井田中部偏西，23-15號鉆孔附近，正斷層，走向近南北，傾向西，傾角70°，落差0?30m，延展長度約1300m，兩端尖滅，斷層走向可靠，由12501材料道控制，屬初步控制斷層。依據(jù)23-15鉆孔資料，16煤至奧灰頂界面平均垂距約70m。上盤16煤距下盤奧灰含水層頂面最小垂距約為40m。奧灰含水層水位參照2#水文常觀孔資料，奧灰含水層水位為-136m，假設(shè)F1斷層為導(dǎo)水?dāng)鄬?，計算斷層保護煤柱。依據(jù)《煤礦防治水細則》中，附錄六之四，煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時防隔水煤（巖）柱留設(shè)規(guī)定，計算公式為：HL二——J>20msina式中：L 煤柱留設(shè)的寬度，m；a——斷層傾角，（取70°）；Ha――斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度。其中Ha的計算公式為：H=匕+10ats式中：p——防隔水煤（巖）柱所承受的實際水頭值，取1.61MPa；Ts——臨界突水系數(shù)，取0.1MPa/m；

10——保護帶厚度，一般取10m。經(jīng)計算得出Ha=26.07；L=27.74m。當(dāng)考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時，其計算公式為：L二L二0.5KM3p>20m式中：K——安全系數(shù)，一般取2?5,本報告取5；M——煤層厚度或采高，取16煤最大厚度1.35m；P——實際水頭值，取1.60MP