保护煤柱设计
××××煤业有限公村庄保安煤柱设计最终
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。
保安煤柱设计
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。
垂线法设计保护煤柱
垂线法设计保护煤柱一、斜向移动角的求法图 5-6 斜向移动角图5-6表示煤层底板等高线与保护对象的位置关系。
在沿保护对象长轴方向的断面图上作保护煤柱时，不能采用主断面的移动角，而要用斜向移动角度'γ和'β来设计煤柱。
'γ和'β分别表示任意斜向断面上的上山方向和下山方向的移动角。
对于每一开采单元ΔS 它在走向方向、上山方向和下山方向的采动影响范围可用移动角βγδ、、来确定，如图5-7 。
图5-7 单元开采影响图5-8 斜向移动角影响图5-10 保护边界与煤层走向之间相对关系假定开采单元面积对地表的影响范围为一个椭圆形面积，这个椭圆由两个半椭圆合成（如图5-8），上山方向半椭圆的半轴分别为：γHctg c = δH c t g b =下山方向半椭圆的半轴分别为：βHctg a = δH c t g b = 式中H 为单元开采深度。
在图5-8中，x 轴为煤层倾向方向，y 轴为走向方向，假设保护边界位于开采单元的下山方向，并且切影响椭圆于M 点，保护边界线与煤层走向的夹角为θ。
保护边界至开采单元的水平距为'βHctg P =。
已知下山方向半椭圆的半轴分别为：βHctg a = δH c t g b =椭圆方程式为12222=+by ax椭圆上任一点)(11y x M ，的切线方程式为1x 2121=+y by x a由图5-8知，切线方程又可写为P y x =+θθsin cos由此可得θδθββ2222'sin cos ctg ctg ctg +=同理，可求出从保护边界向下山方向划煤柱的斜向移动角'γθδθγγ2222'sin cos ctg ctg ctg +=应该指出，式中的θ角是保护边界线与煤层走向所夹的锐角。
对于矩形建筑物，θ角有两个角值θ和'θ，（如图5-10）θ是保护边界AB 与煤层走向之间的夹角，'θ是保护边界BC 与煤层走向之间的夹角。
下合煤业村庄保护煤柱设计最终版
村庄保护煤柱设计2017年9月25日村庄保护煤柱设计一、保护煤柱留设目的和任务保护煤柱是指专门留设在井下不予采出的、目的是保护其上方岩层内部和地表的上述保护对象不受开采影响的那部分煤体。
留设保护煤柱是保护各类防水、上覆岩层和地面建筑、构筑物不受开采影响。
为了煤矿能够安全生产建设避免因地下采矿引发的房屋裂缝、倒塌等威胁居民生命财产安全的地质灾害发生，我矿对所有煤矿井田内的所有村庄范围进行测绘、调查对村庄保护煤柱重新进行测量。
二、依据规范1、国家安全监管总局2017年5月颁布的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设和压煤开采规范》；2、井上下对照图；3、煤层底板等高线图；4、批准的初步设计和安全设施设计；5、批准的地质报告（内附补-1钻孔各种数据）；6、《煤矿安全规程》。
三、地质条件根据山西同地源地质矿产技术有限公司2012年2月提交的《山西下合煤业有限公司补充勘探矿井地质报告》中，在补-1号钻孔采取的15号煤层的顶底板岩石样岩石物理、力学性质试验结果，叙述15号煤层顶底板力学性质如下：15号煤层：顶板以泥岩为主，厚度6.76-6.80m,平均6.79m，泥岩抗压强度在17.6～20.0MPa之间，平均18.7MPa，抗拉强度0.5～0.6MPa，平均0.6MPa，为较软岩，属易冒落的松软顶板；15号煤层底板以泥岩为主，厚度2.00-3.48m,平均2.74m，泥岩抗压强度22.0～24.0MPa，平均22.7MPa，抗拉强度0.6～0.8MPa，平均0.7MPa，属较软岩。
15号煤层顶底板岩石物理、力学性质详见表。
1、含煤性根据山西同地源地质矿产技术有限公司2012年2月提交的《山西下合煤业有限公司补充勘探矿井地质报告》，矿区主要含煤地层为上石炭统太原组和二叠系山西组。
山西组地层平均厚度86.41m，含煤5层，自上而下依次为1、2上、2、3、3下号煤层，均为不可采煤层，煤层平均总厚1.42ｍ，含煤系数1.64％。
保护煤柱的设计理工大
保护煤柱的设计理工大引言在煤矿开采过程中，煤柱承载着巨大的地压力，起着支护和瓦斯抽放的作用。
为了保障矿工和煤矿设备的安全，设计合理的煤柱保护方案是至关重要的。
本文将介绍一个保护煤柱的设计理工大。
背景煤矿开采过程中，地质条件的不同会导致煤柱的受力和破坏模式各异。
一些地质条件较差的煤矿，煤柱易于受到地压力的影响，可能产生压碎、冲击或剪切破坏。
而且，煤矿开采导致地表下沉，煤柱的受力状态会随之发生变化。
因此，设计合理的煤柱保护方案具有重要的实际意义。
设计原则设计合理的煤柱保护方案应该遵循以下原则：1.煤柱保护方案应该基于科学的煤柱力学分析。
通过对煤柱受力破坏机理的了解，可以准确评估煤柱的稳定性，并制定相应的保护策略。
2.煤柱保护方案应该适应不同的地质条件。
由于煤矿地质条件的复杂性，不同的地区可能存在不同的煤柱保护需求。
设计方案应该考虑到地质条件的差异性，以确保保护措施的有效性。
3.煤柱保护方案应该与煤矿开采计划相匹配。
煤矿开采计划涉及到巷道的布置和开采进度的安排，设计方案应该与开采计划相一致，以确保保护措施的实施。
设计内容保护煤柱的设计包括以下几个方面：1. 巷道支护设计巷道支护是保护煤柱的重要措施之一。
合理的巷道支护设计可以增强煤柱的稳定性，减轻地压力对煤柱的作用。
常见的巷道支护形式包括钢架支护、钢筋混凝土支护和压实巷道支护等。
根据地质条件和矿井开采要求，选择合适的巷道支护形式是设计的重要内容。
2. 瓦斯抽放系统设计瓦斯是煤矿开采过程中的常见危害因素。
设计合理的瓦斯抽放系统可以有效减少瓦斯的积聚和爆炸风险，保障煤柱和矿工的安全。
瓦斯抽放系统应该被安装在具有瓦斯生成和积聚潜力的地点，并且具备足够的容量和抽放效率。
3. 煤柱监测系统设计煤柱监测是及时评估煤柱状态和采取必要措施的关键。
设计合理的煤柱监测系统可以通过测量煤柱位移、应力等指标，提供及时的监测数据，并实时告警。
监测数据可以用于评估煤柱的稳定性，预测煤柱破坏的潜在风险，从而指导保护措施的实施。
保护煤柱设计ppt课件
所需资料： 移动角 煤层底板等高线 井田地质剖面 井上下对照图
ⅠⅠ
m φ γ m1
n hφ
n1 β
n2
m2
q
φ δ
q1
q2
q3 ⅠⅠ
k
h
φ
k δ 1
-100
k2
-150 -200
-250
-300
•采用不搬迁或就地重建采煤在技术上不可能 或经济上不合理，搬迁又无法实现或在经济 上严重不合理的建筑物或构筑物。
需要留设保护煤柱的地面建筑物
• 采后重要建筑物或构筑物所在的地表可能产 生抽冒、切冒、滑坡等形式的塌陷漏斗坑、 突然下沉或滑动崩塌，造成对重要建（构） 筑物地基严重破坏的。
• 建（构）筑物所在的地表下面潜水位较高， 采后因地表下沉导致建（构）筑物及其附近 地面积水，又不能自流排泄或采用人工排泄 方法经济上不合理的。
h
h
采深不同，煤柱留设宽度不同，采深愈大，煤柱留设 宽度愈大。冲积层愈厚，煤柱留设宽度愈大
2）围护带
保护面积=建筑物本身+围护带
围护带的：
抵消移动角的误差测量中井上下 位置不准确误差
围护带尺寸取决于建筑物的重要 性和破坏后的后果。
保护等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
宽度(m)
20 15 10 5
三、垂直剖面法设计保护煤柱
级铁路线上的一、二级铁路车站； 5、采用其他方法处理，技术上不可能或经济上
不合理的铁路及其建筑物； 6、有严重滑坡危险又难以处理的铁路线；
铁路保护煤柱留设
以铁路保护煤柱为例推导任意剖面处垂线 长度
深部开采保护煤柱的设计方法
深部开采保护煤柱的设计方法随着科技的发展和工业的进步，煤炭资源的开采已经成为许多国家经济发展的支柱之一。
然而，煤炭资源开采的过程中，存在深部开采对于煤柱的损伤和破坏问题。
为了保护煤柱，保障煤炭资源的可持续开采，需要采用深部开采保护煤柱的设计方法。
一、深部开采保护煤柱的概念及意义煤柱是指煤层开采中未开采的煤体残留部分，其保持完好对于煤层稳定和采空区控制都具有重要的意义。
随着煤炭资源的不断开采，深部开采越来越普遍，煤柱的损伤和破坏也变得更加普遍。
煤柱的严重损伤和破坏会导致煤层塌陷和采空区的扩散，不仅会给安全和环境带来严重影响，而且也会影响煤炭资源的可持续开采。
因此，保护煤柱具有重要的意义。
深部开采保护煤柱的设计方法包括了一系列的理论和技术手段，旨在保护煤柱的完整性，减少煤柱的损伤和破坏，保障煤炭资源的可持续开采。
二、深部开采保护煤柱的设计方法1.合理的采动方式在深部开采中，采动方式是保护煤柱的重要手段之一。
具体而言，可以采用局部长壁或者分层开采等方式，通过对煤层的划分，减少煤柱的受力范围，从而保障煤柱的完整性和稳定性。
2.合理的支护方式在深部开采中，合理的支护方式可以保障煤柱的完整性和稳定性。
具体而言，可以采用锚杆、喷锚等支护方式，加强煤柱的内部结构，从而减少煤柱的变形和破坏。
3.合理的注水方式在深部开采中，合理的注水方式可以起到保障煤柱完整性和稳定性的作用。
具体来说，可以采用充水注浆等方式，对煤柱进行加固，控制煤柱的变形和破坏。
4.合理的监测手段在深部开采中，合理的监测手段可以帮助及时发现煤柱的变形和破坏，从而采取相应的措施进行修缮和加固。
具体而言，可以采用测量位移和应力等方法进行监测。
同时，也可以采用数值模拟技术进行预测和分析。
5.合理的管理和维护在深部开采中，合理的管理和维护可以保障煤柱的完整性和稳定性。
具体而言，需要严格执行安全规程，加强现场管理，对于煤柱的损伤和破坏进行及时的维护和修缮，从而保障煤炭资源的可持续开采。
2第二章 保护煤柱的设计
第二章保护煤柱留设第一节保护煤柱留设基础知识地下采煤引起岩层与地表产生沉陷、移动和变形，导致位于其影响范围内的井筒、巷道、地面建筑物和构筑物、地表水系及地下含水层等遭受不同程度的破坏。
为了保护有些重要的建筑物、水体等，使其免遭采动损害的影响，有时需要在井下留设保护煤柱。
保护煤柱：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各种保护对象不受开采影响的那部分煤炭。
受保护对象包括：井筒、井下主要巷道和硐室、地面各类建（构）筑物、铁路、水体等。
留设保护煤柱的优点是能有效保护地表建（构）筑物，其缺点是：（1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限；（2）使采掘工作复杂化，增大掘进工作量，造成采掘关系紧张。
下列情况下需要留设临时性的或永久性的保护煤柱：（1）矿井工业场地及风井井口附近的建筑物、构筑物和其他重要设施；（2）国务院明令保护的文物、纪念性建筑物和构筑物；（3）采用不搬迁进行采煤在技术上不可行，而搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建筑物和构筑物；（4）煤层开采后，地表可能产生抽冒、切冒等形式的塌陷漏斗坑和突然陷落，对地基及上部建筑造成严重破坏的重要建筑物和构筑物；（5）所在地表下方潜水位较高，采后地表下沉将导致建筑物及其附近地面积水，而又不可自动排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的建筑物或构筑物；（6）对国民经济和人民生活有重大意义的、用其他保护方法不能确保安全的河(湖、海、水库) 堤坝、船闸、泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑工程。
一、保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理是在保护对象的下方留出一部分煤炭不开采，使其周围的煤炭的开采对保护对象不产生有危险性的移动和变形。
图2-1 保护煤柱留设原理图如图2-1：设煤层上方的地面有一建筑物，其受护面积为a0b0c0d0，为保护建筑物不受开采的有害影响，需要留设保护煤柱。
确定煤柱大小的方法具体如下：首先，通过建筑物中心作沿煤层走向和倾向的剖面图，如图所示。
煤矿矿井保护煤柱设计
(sin 3cos 2tan ')cot 3 d HB KH B 2(tan 'cos 2sin 2)
中 国 矿 业 大 学
• 式中：ρ’ —软弱面（有时为岩层与煤层的 接触面）上的内摩擦角，当无实测值时， 取ρ’=13°； • α3 —煤层露头至α=ρ’的点其间煤层的平均 倾角； • α2 —向斜无建筑物一翼的煤层倾角； • HB —α=ρ’的点处的煤层埋藏深度； • K —系数，可查表获得。
φ M N I φ II β II n A βI φ m M N M φ γ=α1 φ β γ m β n m' Om On N φ γ n n' β
βI I β II II m
(a)
M ¦Υ ¦Β m N φ γ A β n φ γ m M
(c)
N φ M γ n φ γ N φ γ
(f)
300 750 矿井设计深度
(b)
(d)
(e)
中 国 矿 业 大 学
– （1）建筑物位于向斜轴部上方时，保护煤柱边界的圈定： • ①在煤层倾向剖面上由受护面积边界点M、N，以φ角 作直线至基岩面Ⅰ、Ⅰ点。 • ②在基岩内，由于向斜翼上煤层倾角的变化，在采用 β = δ－k α（式中δ为走向移动角，α为煤层倾角，k为 系数）确定保护煤柱上边界时，应选用不同的α值。 为计算方便，按倾角相差10°为间隔，用αⅠ求出βⅠ ， 由Ⅰ点以βⅠ作直线交于Ⅱ点。 • ③用αII 求出βⅡ，由Ⅱ点以βⅡ作直线至煤层底板m、n 点。如果在Ⅱ点至煤层之间，岩层的倾角仍变化很大， 则仍按上述原则确定出点Ⅲ、Ⅳ……直至煤层底板。 • ④煤层走向剖面保护煤柱边界的圈定方法是过向斜轴 面与煤层交点O处作走向剖面，以φ、δ角在松散层和 基岩内作直线，得出保护煤柱的上、下边界。
保安煤柱设计
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。
保护煤柱设计
****煤业有限公司保护煤柱设计方案（2012）****地测科目录一、保护煤柱留设目的和任务 (2)二、保护煤柱设计参数 (3)（1）移动角 (3)（2）维护带 (3)三、保护煤柱留设的计算 (4)（1）确定受护边界 (4)（2）确定松散层保护边界 (4)（3）确定保护煤柱边界 (5)四、设计成果 (6)五、建议 (6)附1：****煤矿保护煤柱留设尺寸表 (6)附2：8#煤层保安煤柱图 (6)一、保护煤柱留设目的和任务保护煤柱是指专门留设在井下不予采出的、目的是保护其上方岩层内部和地表的上述保护对象不受开采影响的那部分煤体。
留设保护煤柱是保护各类防水（沙）、上覆岩层和地面建筑、构筑物不受开采影响。
为了各煤矿能够安全生产，避免因地下采矿引发的房屋裂缝、倒塌等威胁居民生命财产安全的地质灾害发生，我矿对所有煤矿井田内的所有村庄范围进行测绘、调查，对村庄保护煤柱重新进行测量设计。
二、保护煤柱设计参数（1）移动角正确选取移动角是保护煤柱设计的关键。
移动角是指在充分采动或接近充分采动的条件下，主断面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角。
砖石结构房屋的临界变形值为i=3mm/m;k=0.2*10-3mm/m2;§=2mm/m。
（2）维护带保护煤柱留设时，由于地质采矿条件的差异、移动角的误差、井上下位置关系的不准确等因素，使得所留设的保护煤柱的尺寸和位置出现偏差。
因此，留设的保护煤柱应具备一定的备用尺寸。
在地面上加维护带加维护带在煤层层面上加维护带加备用尺寸（s=30-H/6,s为维护带宽度,H为深度减小移动角2°-5°通过建筑物的角点做平行于煤层走向和煤层倾向的四条直线，俩俩相交的一矩形范围。
三、保护煤柱留设的计算村庄和公路以及各类防水（沙）、建（构）筑物受护范围确定后，利用垂线法计算设计其保护煤柱范围，然后按参数计算完成。
（1）确定受护边界根据国家有关规程，村庄房屋和一般公路属于Ⅱ级保护，围护带宽度为15m。
工业广场保安煤柱设计
的长度为 ef，ep、fq 为表土层厚度，ee'、ff'为煤层埋深，mn' 为煤层底板，将移动角的相关参数代入图 2 中得到 mn 的长 度就是倾向方向上工业广场的保护煤柱长度。
4、图 3 为走向方向上工业广场的剖面，gp、hq 为表土 层厚度，b'c'、a'd'为煤层底板，将移动角的相关参数代入图 3 中得到 CF、DE 的长度就是走向方向上工业广场的保护煤柱 长度。
5、圈定 CDEF 的范围就为工业广场的保安煤柱边界。
1 e
φ
p' p
γ
e
m
α
2 f
φ
q q' β
f
n'
n 图2
B C
D
A
a
gb
A'
1
2
m
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f
n
4 d
h 3c
F
B'
E
图1
g1
φ
δ p' p
b'
4h
φ
q q'δFra bibliotekc'
a'
d'
图3
工业广场保护煤柱设计
我矿煤层的成煤年代为石炭二叠纪，可采用阳泉矿区移 动角的经验参数。Ψ=45°，δ=72°，γ=72°，β=72°(α <10°),α为煤层倾角。
二、现举例说明某工业广场的保安煤柱设计。 1、图 1 中不规则多边形为工业广场轮廓，1、2、3、4 点为圈定范围。 2、图 1 中 abcd 为受护带边界。A-A'为倾向剖面线，B-B' 为走向剖面线。ef 为工业广场在倾向剖面上的长度，gh 为工 业广场在走向方向上的长度。 3、图 2 为倾向方向上工业广场的剖面，倾向受护边界
煤矿各类保护煤柱设计方案
桐梓县强博煤矿
保护煤柱设计
编制：地测科
2019年8月
保护煤柱设计
一、保护煤柱留设目的和任务
保护煤柱是指专门留设在井下不予采出的、目的是保护其上方岩层内部和地表的上述保护对象不受开采影响的那部分煤体。
留设保护煤柱是保护各类防水沙、上覆岩层和地面建筑、构筑物不受开采影响。
为了煤矿能够安全生产避免因地下采矿引发的房屋裂缝、倒塌等威胁居民生命财产安全的地质灾害发生,我矿对煤矿井田内的所有村庄范围进行测绘、调查对村庄保护煤柱重新进行测量设计。
二、保护煤柱设计参数
1、移动角
正确选取移动角是保护煤柱设计的关键。
移动角是指在充分采动或接近充分采动条件下，主断层面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角。
砖混结构房屋的临界变形值为i=3mm/m;k=0.2*10-3mm/㎡；§=2mm/m.
2、维护带
保护煤柱留设时，由于地质采矿条件的差异、移动角的误差、井上下位置关系的不准确等因素，使得所留设的保护煤柱的尺寸和位置出现偏差。
因此，留设的保护煤柱应具备一定的备用尺寸。
在地面上加维护带
在煤层层面上加维护带
加备用尺寸 S=30-H/6,为维护带宽度，H为深度
2°-5°。
各种保护煤柱设计及公式
1)安全煤(岩)柱种类;井田内共发育4条断层,均为正断层,落差2、6～20m,F1、F2为勘探时地表填图控制并在井下实见,F3、F4为井下揭露。
勘探时在地表发现X1号陷落柱,并在主、副井实见,在井下生产过程中,又发现了4个陷落柱,一般为椭圆形,长轴直径最大约300m,一般150m左右。
井田内未发现岩浆侵入现象。
根据本矿的煤层赋存特征,矿井安全煤(岩)柱的种类确定如下:井田边界煤柱;井筒及大巷煤柱;风氧化带防水煤柱;采空区隔离煤柱;断层、陷落柱保护煤柱;地面工业场地保护煤柱;公路及河流保护煤柱。
2)安全煤(岩)柱留设与计算结果根据矿井防水煤(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井田边界煤柱:本矿水文地质条件简单,井田边界煤柱采用垂直法留设,本矿留设20m。
②井筒煤柱井筒安全煤柱的留设按《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,围护带宽度,按其保护等级留设。
表土层及基岩厚度参照实际揭露及邻近钻孔资料确定。
表土段移动角取45°,基岩段岩层水平移动角δ取72°上山移动角γ取72°,下山移动角β取72°—0、8α(α为煤层倾角)。
斜井井筒落底见煤处两侧各留40m。
根据矿方提供的1、2号煤层采掘工程平面图,主斜井与副斜井两侧保护煤柱宽度不够,因此矿方在建设与生产过程中加强对井筒变形监测,同时对井筒两侧采空区进行注浆充填,减小采空区对井筒的影响。
③大巷煤柱2号煤层开拓时大巷均沿2号煤层掘进,采用料石砌碹或锚网喷支护,2号煤层倾角3°~21°,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》83条第1款规定采用下式进行计算:1S=式中:S1——大巷保护煤柱的水平宽度(m)H——巷道的最大垂深,(m),最大400m。
M——煤厚,(m),平均2、11mf——煤的强度系数,10Rc1.0=fRc——煤的单向抗压强度,MPa,取30MPa则10Rc1.0=f=1、414129.7mS===设计取30m。
2第二章保护煤柱的设计
2第⼆章保护煤柱的设计第⼆章保护煤柱留设第⼀节保护煤柱留设基础知识地下采煤引起岩层与地表产⽣沉陷、移动和变形，导致位于其影响范围内的井筒、巷道、地⾯建筑物和构筑物、地表⽔系及地下含⽔层等遭受不同程度的破坏。
为了保护有些重要的建筑物、⽔体等，使其免遭采动损害的影响，有时需要在井下留设保护煤柱。
保护煤柱：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各种保护对象不受开采影响的那部分煤炭。
受保护对象包括：井筒、井下主要巷道和硐室、地⾯各类建（构）筑物、铁路、⽔体等。
留设保护煤柱的优点是能有效保护地表建（构）筑物，其缺点是：（1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限；（2）使采掘⼯作复杂化，增⼤掘进⼯作量，造成采掘关系紧张。
下列情况下需要留设临时性的或永久性的保护煤柱：（1）矿井⼯业场地及风井井⼝附近的建筑物、构筑物和其他重要设施；（2）国务院明令保护的⽂物、纪念性建筑物和构筑物；（3）采⽤不搬迁进⾏采煤在技术上不可⾏，⽽搬迁⼜⽆法实现或在经济上严重不合理的建筑物和构筑物；（4）煤层开采后，地表可能产⽣抽冒、切冒等形式的塌陷漏⽃坑和突然陷落，对地基及上部建筑造成严重破坏的重要建筑物和构筑物；（5）所在地表下⽅潜⽔位较⾼，采后地表下沉将导致建筑物及其附近地⾯积⽔，⽽⼜不可⾃动排泄或采⽤⼈⼯排泄⽅法经济上不合理的建筑物或构筑物；（6）对国民经济和⼈民⽣活有重⼤意义的、⽤其他保护⽅法不能确保安全的河(湖、海、⽔库) 堤坝、船闸、泄洪闸、泄⽔隧道和⽔电站等⼤型⽔⼯建筑⼯程。
⼀、保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理是在保护对象的下⽅留出⼀部分煤炭不开采，使其周围的煤炭的开采对保护对象不产⽣有危险性的移动和变形。
图2-1 保护煤柱留设原理图如图2-1：设煤层上⽅的地⾯有⼀建筑物，其受护⾯积为a0b0c0d0，为保护建筑物不受开采的有害影响，需要留设保护煤柱。
确定煤柱⼤⼩的⽅法具体如下：⾸先，通过建筑物中⼼作沿煤层⾛向和倾向的剖⾯图，如图所⽰。
保护煤柱设计
王家焉煤业有限公司保护煤柱设计方案（2012）王家焉煤矿地测科目录一、保护煤柱留设目的和任务 (3)二、保护煤柱设计参数 (3)（1）移动角 (3)（2）维护带 (3)三、保护煤柱留设的计算 (4)（1）确定受护边界 (4)（2）确定松散层保护边界 (5)（3）确定保护煤柱边界 (5)四、设计成果 (6)五、建议 (6)附1：王家焉煤矿保护煤柱留设尺寸表 (7)附2：5#煤层保安煤柱图 (7)一、保护煤柱留设目的和任务保护煤柱是指专门留设在井下不予采出的、目的是保护其上方岩层内部和地表的上述保护对象不受开采影响的那部分煤体。
留设保护煤柱是保护各类防水（沙）、上覆岩层和地面建筑、构筑物不受开采影响。
为了各煤矿能够安全生产，避免因地下采矿引发的房屋裂缝、倒塌等威胁居民生命财产安全的地质灾害发生，我矿对所有煤矿井田内的所有村庄范围进行测绘、调查，对村庄保护煤柱重新进行测量设计。
二、保护煤柱设计参数（1）移动角正确选取移动角是保护煤柱设计的关键。
移动角是指在充分采动或接近充分采动的条件下，主断面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角。
砖石结构房屋的临界变形值为i=3mm/m;k=0.2*10-3mm/m2;§=2mm/m。
（2）维护带保护煤柱留设时，由于地质采矿条件的差异、移动角的误差、井上下位置关系的不准确等因素，使得所留设的保护煤柱的尺寸和位置出现偏差。
因此，留设的保护煤柱应具备一定的备用尺寸。
在地面上加维护带加维护带在煤层层面上加维护带加备用尺寸（s=30-H/6,s为维护带宽度,H为深度减小移动角2°-5°通过建筑物的角点做平行于煤层走向和煤层倾向的四条直线，俩俩相交的一矩形范围。
建筑物和构筑物的保护等级维护带宽度s(m)Ⅰ20Ⅱ15Ⅲ10Ⅳ 5三、保护煤柱留设的计算村庄和公路以及各类防水（沙）、建（构）筑物受护范围确定后，利用垂线法计算设计其保护煤柱范围，然后按参数计算完成。
保护煤柱的设计
留设保护煤柱（Protective Coal Pillar）的实质就是根据已掌握的地表移动变形规律，在煤
层层面上圈定一个保护煤柱的边界，回采仅在该边界之外进行，已使开采的影响不波及到需 要保护的范围。
保护煤柱的边界是从受保护范围的边界起，按移动角δ、β、γ（主断面）上和斜向移动
图 4-2 加备用尺寸的方法
目前在保护煤柱设计中，一般在地面上加围护带（Safety Belt），即根据建筑物不同的
保护级别，从建筑物边界向外扩展一定的范围，作为设计保护煤柱的受保护边界。表 4-1 给 出矿区建筑物和构筑物的保护等级，相应的围护带宽度列于表 4-2 中。
保护等级 Ⅰ
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
表 4-1 矿区建筑物和构筑物的保护等级[18] 主要建筑物和构筑物 国务院明令保护的文物和纪念性建筑物；一级火车站，发电厂主厂房；在同一跨度内有 两台重型桥式吊车的大型厂房、平炉、水泥厂回转窖、大型选煤厂主厂房等；特别重要或特 别敏感的、采动后可能导致发生重大生产、伤亡事故的建（构）筑物；铸铁瓦斯管道干线， 大、中型矿井主要通风机房，瓦斯抽放站，高速公路，机场跑道，高层住宅楼等 高炉、焦化炉，220KV 以上超高压输电线路杆塔，矿区总变电所，立交桥；钢筋混凝 土框架结构的工业厂房，设有桥式吊车的工业厂房、铁路煤仓、总机修厂等较重要的大型工 业建（构）筑物；办公楼，医院，学校，剧院，百货大楼，二级火车站，长度大于 20m 的 两层楼房和三层以上多层住宅楼；输水管干线和铸铁瓦斯管道支线；架空索道，电视塔及其 转播塔 无吊车设备的砖木结构工业厂房，三、四级火车站，砖木、砖混结构平房或变形缝区段 小于 20m 的二层楼房，村庄砖瓦民房；高压输电线路杆塔，钢瓦斯管道等 农村木结构承重房屋，简易仓库等
护巷煤柱宽度设计
护巷煤柱宽度设计护巷煤柱宽度设计是煤矿安全工程中的重要环节，它直接关系到矿井的安全稳定性和矿工的生命安全。
本文将从不同角度探讨护巷煤柱宽度设计的原则和方法。
一、背景介绍煤矿是一个地下开采的特殊工作环境，矿工在其中进行煤炭的开采作业。
为了保证矿工的安全，需要对矿井进行合理的设计和规划。
护巷煤柱是指在煤矿巷道两侧保留的未开采煤柱，它起到支撑巷道和分隔煤柱的作用，是矿井安全的关键之一。
二、护巷煤柱宽度设计的原则1.煤层的地质条件：不同的煤层地质条件不同，需要考虑煤层的稳定性、断层和岩层的影响等因素，确定合适的煤柱宽度。
2.巷道的规模和使用方式：巷道的规模和使用方式决定了煤柱的承载能力要求，需要根据实际情况确定煤柱宽度。
3.矿井的开采方法：不同的开采方法对煤柱宽度的要求也不同，需要根据开采方法确定合适的煤柱宽度。
4.安全标准和规范：根据国家相关的安全标准和规范，确定煤柱宽度的最小值，以保证矿井的安全稳定性。
三、护巷煤柱宽度设计的方法1.经验法：根据历史数据和经验，结合类似地质条件的矿井，确定合适的煤柱宽度。
这种方法简单直观，但受限于经验数据的可靠性。
2.力学模型法：利用力学原理和数值模拟方法，建立煤层和巷道的力学模型，通过模拟分析得出合适的煤柱宽度。
这种方法考虑了地质和力学因素的综合影响，但需要大量的工程计算和数据支持。
3.实测法：通过实际巷道的观测和测量，结合现场地质条件和支护效果，确定合适的煤柱宽度。
这种方法直接针对实际情况，具有较高的可靠性，但需要耗费较多的时间和人力物力。
四、护巷煤柱宽度设计的考虑因素1.地质条件：包括煤层的厚度、倾角、岩性、断层等因素，对煤柱宽度的选择有重要影响。
2.巷道规模：包括巷道的宽度、高度、长度等因素，对煤柱宽度的确定有一定的要求。
3.开采方法：包括采煤工艺、支护方式、开采速度等因素，对煤柱宽度的选择有直接影响。
4.安全标准：根据国家相关的安全标准和规范，确定煤柱宽度的最小值，以保证矿井的安全稳定性。
《保护煤柱的设计》课件
煤柱的重要性
安全保障
煤柱作为采空区和留设采煤工作 区之间的界限，可以起到隔断作 用，有效保障采煤工人的安全。
煤炭资源的保护
煤柱可以充分利用煤炭资源，将 煤炭的损耗降至最低，减小采煤 产生的矿尘和噪音，实现节能环 保。
采煤效率的提升
有保护煤柱作为支撑，就可以放 大采煤空间，提高采煤
1
采用加强与替换
对于采空区域，需要采用加强与替换等措施来保障煤柱的稳定性，使煤柱的受力 合理分布。
2
支护与煤矸石充填方法
采用支护和煤矸石充填等方法，在煤柱周围形成强度均匀的支护体系，保障煤柱 不受上部加载而发生倒塌。
3
控制波及分析法
控制波及分析法能够分析采煤对煤柱周边空区的影响，通过调整采煤参数等方式， 减少采煤对煤柱的影响。
设计的局限性
1 地质条件限制
对于地质条件复杂的区域，保护煤柱会面临更大的难度和风险。
2 保护成本高昂
采用多重保护手段保护煤柱需要投入大量的人力、物力和财力。
3 保护难以持续
保护煤柱需要长期维护，在人员流动等方面也会面临较大的难度。
结论
在采煤过程中，保护煤柱的设计必不可少。本课件介绍了煤柱的重要性、保 护煤柱的设计原则和方法、应用实例分析以及局限性，希望能为广大生产一 线提供参考和借鉴。
应用实例分析
道南煤矿
针对道南煤矿的地质条件，采用 了加强加固、支护充填以及控制 波及等多种手段，取得了较好的 煤柱保护效果。
健康牌二矿
针对健康牌二矿地质特点采取超 前支护、卸压覆盖等保护方法， 成功地保护了煤柱。
辰能煤矿
辰能煤矿应用了加强加固、变形 监测、充填开采等多种方法，取 得了较好的保护效果。
合理确定煤柱大小
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山西兴县华润联盛峁底煤业有限公司
保护煤柱设计
地测科
2013 年9 月22 日
保护煤柱设计
一、保护煤柱留设目的和任务
保护煤柱是指专门留设在井下不予采出的、目的是保护其上方岩
层内部和地表的上述保护对象不受开采影响的那部分煤体。
留设保护
煤柱是保护各类防水沙、上覆岩层和地面建筑、构筑物不受开采影响。
为了各煤矿能够安全生产避免因地下采矿引发的房屋裂缝、倒塌等威
胁居民生命财产安全的地质灾害发生我矿对所有煤矿井田内的所有村庄范围进行测绘、调查对村庄保护煤柱重新进行测量设计。
二、保护煤柱设计参数
(1) 移动角
正确选取移动角是保护煤柱设计的关键。
移动角是指在充分采动或接近充分采动条件下，主断层面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角。
砖石结构房屋的临界变形值为i=3mm/m;k=0.2*10 -3mm/ m2；§=2mm/m.
(2) 维护带
保护煤柱留设时，由于地质采矿条件的差异、移动角的误差、井上下位置关系的不准确等因素，使得所留设的保护煤柱的尺寸和位置出现偏差。
因此，留设的保护煤柱应具备一定的备用尺寸。
:在地面上加维护带
，加维护带V在煤层层面上加维护带
加备用尺寸S=30-H/6,为维护带宽度，H为深度
减小移动角2° °
通过建筑物的角点做平行于煤层走向和煤层倾向的四条直线，俩俩相交的一矩形范围。
三、保护煤柱留设的计算
村庄和公路以及各类防水(沙)、建(构)筑物受护范围确定后，
利用垂线法计算设计其保护煤柱范围，然后按参数计算完成。
(1)确定受护边界
根据国家有关规程，村庄房屋和一般公路属于H级保护围护带宽度为15m。
井田边界煤柱30m ,井田浅部防水煤柱斜长为50m ,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，煤层上山两巷中间为30m，两侧各为30m。
(2)确定松散层保护边界
从受护面积边界向外量一段距离S，得松散层保护边界。
(3) S的计算公式：S=H x ctg①;式中；S为松散层保护边界宽
度；为松散层厚度；①为松散层移动角。
根据保护煤柱设计规程第1、2条，确定松散层移动角为①=45
松散层厚度根据附近钻孔资料及实测基岩高度确定。
(3)
（Hj-h）ctgp,’ （Hi - h）ctg /
计算公式采用:
IH-ctgp f x tga x cos0 l-€tgy r x tgaxcosfl
式中：q-上山方向垂直线长度（m）；
I-地表各点埋藏深度（m）；
H-松散层厚度（m ）；
卩、丫--一斜交剖面下山移动角和上山移动角（°）
a —煤层倾角（°）；
B—受保护面积边界，与煤层走向所交的锐角（°）
根据规程第22条规定，上下山基岩移动角B、Y需化成计算方向上的
B'、Y'、斜交剖面移动角的确定
1、伪倾角a、用下例公式计算：1 : 门
、ctgp 1^ctg^pxcQs^04 ctg^Sxsm^O c t 耳Y ■^/ctg^yxcos^OH-ctg^Sx sin^O
式屮：B—该矿区上山移动角（° ＞；
¥ —该矿区下山移动角（&）；
5 —该矿区走向移动角（°人
根据《保护煤柱没计规程》第1. 3. 2条及第h 3. 4条本次计算保安煤柱用：B =6卯；丫-72fl;5 =45^。
根据以上公式计算村庄房屋和公路保护煤柱范围。
依据村庄附近煤矿井下巷
道实测数据，计算取煤层倾角。
受保护面积边界线与煤层走向所向所交的锐角~ B,在村庄附近煤矿开采煤层采掘工程平面图上量取。
松散层厚度h 即房屋实测高程与基岩面高程之差值。
四、设计成果
根据初步设计、地质报告已经本矿的实际情况，确定了我矿区内所必须的各种保护煤柱尺寸。
并将村庄保护煤柱、村庄受护范围展绘在煤矿采掘工程平面图上及保安煤柱图为矿区的采掘提供了比较可靠的依据。
五、建议
该矿在保护煤柱内开拓、掘进巷道时，应尽量采用较小的断面和减小一次爆破装药量，以确保受保护对象免受爆破冲击破和巷道报废后垮落的损害。
为减少压煤损失，对于少量分散户应考虑迁移到附近较大村庄集中加以保护。
地表黄土覆盖层的厚度、煤层底板等高线的变化都直接影响村庄保护煤柱的范围，在村庄保护煤柱煤柱附近采煤时，应及时测量煤层底板标高，以便及时进行必须修改，确保村庄安全。
以下是根据我矿的实际情况确定的保护煤柱留设尺寸表
峁底煤矿保护煤柱留设尺寸表。