断层防水煤柱的合理宽度设计

7.3防水煤柱留设

7.3防水煤柱留设7.3.1断层防水煤柱留设因本矿井3号煤层开采时断层、陷落柱是奥陶灰突水的重要通道。

因此，必须对导水断层留设防水煤柱，防水煤柱的留设方法可依据《煤矿防治水规定》附录三的公式计算，本矿区含水或导水断层防隔水煤柱的留设方案如下：由于本井内没有发现较大的断层，因此，本报告只考虑小断层的煤柱留设情况。

当断层落差小于隔水层厚度（取3号煤层的99.09m ）时，含水或导水断层防隔水煤柱的留设参照经验公式计算： L=0.5KM P3K P ≥20m (7-1) H a =ST P +10,L= αsin a H ≥20m (7-2) 式中：L —防隔水层煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —煤层厚度或采高，m ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；H a —导水裂隙带至含水层防水岩柱的厚度，m ；α—断层倾角，（°）经以上公式（7-1）和（7-2）计算，所得结果取较大值为留设的防水煤柱宽度。

今后如在地质勘探和采掘活动后，发现有新的断层，矿方应按照以上计算方法自行计算断层防水煤柱的宽度；对落差小于5m的断层应在探明去其导水性后，再确定是否留设防水煤柱或采取注浆加固措施。

7.3.2陷落柱保护煤柱留设目前本矿井内尚未发现陷落柱，但不排除存在隐伏陷落柱的可能。

陷落柱是奥灰突水的主要通道，为防止陷落柱突水事故，确保矿井安全生产，对导水陷落柱必须留设防水煤柱。

现分述如下：①导水陷落柱对于一些导水陷落柱，如果所处的位置对回采影响不大，可以只留设保护煤柱而不封堵。

这类落陷柱突水隐患很大，留设防水煤柱时一定要考虑其特征，做到万无一失。

首先，必须查明有无与陷落柱连通的导水断层。

如果存在断层，即使断层距很小，也会作为突水通道将陷落柱内的水导入矿井，从而导致断层突水事态扩大。

即使没有人为干扰的情况，突水通道也会在高压水作用下发生冲刷或扩容，随时有增大涌水、发生灾害的可能。

断层防水煤柱的合理宽度设计

断层防水煤柱的合理宽度设计院别理学院专业工程力学指导教师张嘉凡评阅教师班级2008级姓名代陆学号0801010108西安科技大学二零一二年论文编号：论文题目：断层防水煤柱的合理宽度设计专业：工程力学学生：代陆指导教师：张嘉凡摘要透水作为煤矿井下的五大自然灾害之一，对煤矿的安全生产有着极大的危害。

根据大量的统计资料表明，79.5%的矿井突水都与断层有关，防水煤柱的留设作为矿井水灾预防的主要手段，其宽度的合理设计对于矿井的安全生产有着极其重要的意义。

本文对于防水煤柱的宽度设计，将其分为矿压影响区，有效隔水区以及断层影响区三个部分，分别进行宽度计算公式的推导并分别计算，较之原来的方法，多考虑了矿压影响带对于防水煤柱的影响，使其更加合理，更加安全。

关键词：断层；防水煤柱；矿压影响；屈服区；有效隔水区；断层影响No. ：Subject ：Reasonable width of the fault waterproof pillar design Specialty ： The Mechanics of EngineeringName ： Dai LuInstructor：Zhang JiafanABSTRACT：As one of the five natural disasters in the coal mine,penetration have a great harm to coal mine production safety.According to a large number of statistics,79.5% of the mine water inrush have contacts with fault.Waterproof coal pillars is a primary means of mine flood prevention,the rational design of the waterproof coal pillars' width has great significance for mine safety production.In this article, the waterproof coal pillar width design will be divided into mine pressure affected zone,effective impermeable area and the fault-affectedzone.Deduced and calculate the width of the formula Pared with the original method,Give more consideration to the influence of mine pressure affected zone on waterproof pillar,make it more reasonable and more secure.Keywords:fault; waterproof pillar; mine pressure affected; yield zone; effective confining District; fault affected zone目录目录 (1)第一章绪论............................................................................................................ - 1 -1.1国外防水煤柱宽度设计的现状.................................................................... - 2 -1.2国内防水煤柱宽度设计的现状.................................................................... - 5 -1.2.1大板裂隙理论[4] ............................................................................... - 5 -1.2.2极限平衡理论[4] ............................................................................... - 6 - 第二章防水煤柱区域的划分................................................................................. - 10 -2.1矿压影响区............................................................................................... - 10 -2.2断层影响区............................................................................................... - 11 -2.3有效隔水区............................................................................................... - 11 - 第三章矿压影响区煤柱宽度的计算 ...................................................................... - 13 -3.1地板破坏区最大深度及其位置的计算 ....................................................... - 13 -3.2当断层倾角较小时矿压影响区煤柱宽度的计算......................................... - 14 -3.3当断层倾角较大时矿压影响区煤柱宽度的计算......................................... - 16 -3.4建立力学模型求解屈服区的宽度 .............................................................. - 17 -3.5煤柱极限强度的确定 ................................................................................ - 22 - 第四章有效隔水区的宽度计算 ............................................................................. - 23 -4.1有效隔水区的宽度计算............................................................................. - 23 -4.2安全系数与失稳概率 ................................................................................ - 24 - 第五章断层防水煤柱的宽度计算.......................................................................... - 28 -5.1断层倾角较小时 ....................................................................................... - 28 -5.2断层倾角较大时 ....................................................................................... - 28 - 第六章应用实例................................................................................................... - 30 - 第七章结论.......................................................................................................... - 32 - 致谢 ...................................................................................................................... - 33 - 参考文献 ............................................................................................................... - 34 -第一章绪论最近一些年来,由于大量的开采以及使用，浅部的煤炭资源逐渐趋于枯竭,煤矿资源的开采被迫不断向深部延伸,深部的煤矿开采导致煤矿突水事故的发生频率越来越高。

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,其影响因素就是煤层所受压力以及煤体强度。

通常,煤层埋藏深度与厚度较大、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就是:将两个相邻采区隔开,防止万一发生火灾、水害与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。

防隔水煤岩柱的尺寸要求-最新《煤矿防治水规定》煤矿防治水工作条例试行

附录三防隔水煤（岩）柱的尺寸要求（摘自《煤矿防治水规定点此查看全文》）一、煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按下列公式计算：1.煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时：Hf= Hk+Hb (3-1)2.煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图3-1）：Hf=HL+Hb (3-2)式中 Hf--防隔水煤（岩）柱高度，m；Hk--采后垮落带高度，m；HL--导水裂缝带最大高度，m；Hb--保护层厚度，m；α--煤层倾角，（°）。

根据式(3-1)、式(3-2)计算的值，不得小于20 m。

式中Hk、HL的计算，参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定。

图3-1 煤层露头被松散富水性强含水层覆盖时防隔水煤（岩）柱留设图二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设（图3-2）可参照下列经验公式计算：≥20 m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；p--水头压力，MPa；Kp--煤的抗拉强度，MPa。

图3-2 含水或导水断层防隔水煤（岩）柱留设图三、煤层与强含水层或导水断层接触防隔水煤（岩）柱的留设煤层与强含水层或导水断层接触，并局部被覆盖时（图3-3），防隔水煤（岩）柱的留设要求如下：图3-3煤层与富水性强的含水层或导水断层接触时防隔水煤（岩）柱留设图1.当含水层顶面高于最高导水裂缝带上限时，防隔水煤（岩）柱可按图3-3a、图3-3b留设。

其计算公式为：L=L1+L2+L3=Hacscθ+HLcotθ+HLcotδ (3-3)2.最高导水裂缝带上限高于断层上盘含水层时，防隔水煤（岩）柱按图3-3c 留设。

其计算公式为：L=L1+L2+L3=Ha(sinδ－cosδcotθ)+(Hacosδ+M)(cotθ+cotδ) ≥20 m (3-4)式中 L--防隔水煤（岩）柱宽度，m；L1，L2，L3--防隔水煤(岩)柱各分段宽度，m；HL--最大导水裂缝带高度，m；θ--断层倾角，（°）；δ--岩层塌陷角，（°）；M--断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度，m；Ha--断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度，m。

断层条件下防水煤岩柱的合理留设

层面的距离，而忽视了断层两侧导水破碎带的存在，
导致了因防水煤岩柱留设不足而诱发的矿井水害。
２１日，与五沟矿相邻的界沟煤矿在开采１时发生０煤
太灰突水，导致工作面被淹矿井停产，济效益和社经会效益损失巨大）４。为此，Ｅ３矿井初步设计时留设断层防水煤柱尺寸为５～１０ｍ，煤２３２万吨，００压３多资
通过分析计算确定防水煤柱合理留设宽度，成功地实现安全回采。合理留设断层的安全煤柱，才能在保证生产安全的基础上，开采出更多宝贵的煤炭资源。关键词：防水煤岩柱；断层破碎带；数值模拟
中图分类号：Ｄ７５ＴＤ８２３Ｔ４；２．文献标识码：Ａ文章编号：６３５８（０２Ｏ一０７０１７—７１２１）ｌ０２３
由于断层面或断层牵引的裂隙带导水而引发的矿井突水灾害在矿井突水事故中占有绝对主导的位置嘲。
１工程概况
五沟煤矿隶属于皖北煤电集团公司，位于安徽省
淮北市濉溪县境内，临涣矿区。矿井于２０属０５年６月开工建设，０８９月正式投产，２０年矿井设计生产能
源损失严重，且大部分断层呈反Ｓ形分布，作面布工置形状变化较为频繁，高产高效开采带来了严重给
影响。
２断层面的资料分析

采场断层防水煤柱合理宽度

· 30·Leabharlann （第 43 卷第 9 期）
试验·研究
采场断层防水煤柱合理宽度研究
王
1， 2 3， 4， 5 6 1， 2 1， 2 1， 2 ，刚，郭广礼唐安福，周春蓉，谭显龙，郑杰炳
（ 1．重庆地质矿产研究院外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室，重庆 400042 ； 2．煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心，重庆 400042 ； 3．国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室，江苏徐州 221116 ； 4．江苏省资源环境信息工程重点实验室，江苏徐州 221116 ； 5．中国矿业大学，江苏徐州 221116 ； 6．重庆巨能建设（集团）有限公司，重庆 401120 ）
要：根据影响采场断层防水煤柱宽度的因素，指出采场断层防水煤柱宽度应包括矿压影响区煤柱宽度和断层影响区煤柱宽度，并采用弹塑性极限平衡理论、流体力学和土力学理论，从力学摘角度分别严格推导了各影响区宽度的计算公式，提出了采场断层防水煤柱合理宽度的计算方法，为以后矿井的防水工作提供理论指导。关键词：采场；断层；防水煤柱；弹性区；弹塑性极限平衡理论；合理宽度中图分类号：TD745 文献标志码：A 文章编号：1003 － 496X（ 2012 ） 09 － 0030 － 04 Study on the Reasonable Width of Waterproof Coal Pillar for Stope Faults
基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（ 50834004 ）
但又没有考虑到断的方法虽然考虑了矿山压力，层在形成过程中的构造应力对煤体渗透性能的改变。因此，通过分析矿山压力和断层构造应力对煤柱体的共同破坏影响，并兼顾煤层倾角和断层倾角对预留采场底板断层防水煤柱宽度的影响，利用严格的力学理论，客观地推导了采场断层防水煤柱宽度的计算公式，试图弥补上述缺陷。 1 采场附近煤体支撑压力分布特征

各类防隔水煤(岩)柱的尺寸要求计算

各类防隔水煤（岩）柱的尺寸要求一、煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按下列公式计算：1.煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时：H f =Hk+Hb(3-1)2.煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图3-1）：H f =HL+Hb(3-2)式中Hf—防隔水煤（岩）柱高度，m；Hk—采后垮落带高度，m；HL—导水裂缝带最大高度，m；Hb—保护层厚度，m；α—煤层倾角，（°）。

根据式(3-1)、式(3-2)计算的值，不得小于20m。

式中Hk 、HL的计算，参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定。

图3-1煤层露头被松散富水性强含水层覆盖时防隔水煤（岩）柱留设图二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设（图3-2）可参照下列经验公式计算：L=0.5KMP3K P ≥20m 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 ）； P —水头压力（MPa ）；K P —煤的抗拉强度（MPa ）。

图3-2含水或导水断层防隔水煤（岩）柱留设图三、煤层与强含水层或导水断层接触防隔水煤（岩）柱的留设煤层与强含水层或导水断层接触，并局部被覆盖时（图3-3），防隔水煤（岩）柱的留设要求如下：图3-3煤层与富水性强的含水层或导水断层接触时防隔水煤（岩）柱留设图1.当含水层顶面高于最高导水裂缝带上限时，防隔水煤（岩）柱可按图3-3a 、图3-3b 留设。

其计算公式为：L=L1+L2+L3=Hacsc θ+HLcot θ+HLcot δ(3-3)2.最高导水裂缝带上限高于断层上盘含水层时，防隔水煤（岩）柱按图3-3c留设。

其计算公式为：L=L1+L2+L3=Ha(sin δ－cos δcot θ)+(Hacos δ+M)(cot θ+cot δ)≥20m(3-4)式中 L —防隔水煤（岩）柱宽度，m ；L1，L2，L3—防隔水煤(岩)柱各分段宽度，m ；HL —最大导水裂缝带高度，m ；θ—断层倾角，（°）；δ—岩层塌陷角，（°）；M —-断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度，m ；Ha--断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度，m 。

断层上盘防水煤柱合理宽度研究

西
安
科
技
大
学学
报
２１００丘
１矿山压力对煤柱的破坏作用。留设的断层防水煤柱除了煤体自身的裂隙性、）非均质性和不连续性
以外，在矿山压力作用下将煤柱沿宽度方向分成了不同的物性状态：服区和弹性核区。屈服区的产生屈是由于煤柱靠近采场一侧，承压力超过其极限强度，而引起边缘的这部分煤体片帮，生裂隙发生破支从产坏，成屈服区，一范围内的屈服区煤体主要由破碎区和塑性区组成 ’ 成为强渗透区，本上已丧失形这，基
未考虑采场矿山压力这个重要因素；的留设方法虽然考虑了矿山压力对煤柱体的破坏作用Ｊ但是没有，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有考虑到断层在形成过程中构造应力和断层带内水压力共同作用下煤体渗透性能的改变；有的留设方法虽然同时考虑了矿山压力、构造应力和断层带内水压力对煤柱体的共同破坏作用。，ｊ但是却没有考虑到
文章编号：１７６２—９１（ＯＯＯ０２０３５２Ｌ）５— ５３— ８
断层上盘防水煤柱合理宽度研究
刘洋一伍永平王永胜，，，
（．安科技大学能源学院，１西陕西西安７０５；．１０４２煤炭科学研究总院西安研究院，陕西西安７０５）１０４
关键词：断层；防水煤柱；屈服区；弹性核区；裂隙区中图分类号：Ｄ８３Ｔ２文献标志码：Ａ

断层防水煤岩柱留设

断层防水煤柱的留设
(一)煤层位于导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设
(二)煤层位于导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设 (三)煤层位于不导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设 (四)煤层位于不导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设
！断层防水煤柱不得小于20m！
（一）煤层位于导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设
L 0.5AM 3p ≥20 Kp
式中 L——顺层防水煤柱宽度(m)； Ha——安全防水岩柱厚度(m)； θ——岩层与断层夹角(°)。
将两次计算结果进行比较，采用较大的数值。
• Ha的确定方法方法1：根据矿井实际资料确定方法2：用突水系数估算方法3：用单位水压所需要的等值隔水层厚度(相对隔水层厚度)计算
当煤层倾角较大时，可用下式计算水平防水煤柱宽度：
sin
δ＜θ时(图6-2-4 b)：
L

L1
(L2
L3 ) L3
Ha
sin
H ml
tg
H ml
tg
3、含水层低于煤层时煤(岩)柱的留设
L Ha
sin
含水层低于煤层时, 煤(岩)柱的留设
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（四）煤层位于不导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设
1、含水层位于冒裂带上限附近时，煤(岩)柱的留设 2、含水层底面高于冒裂带高度时，煤(岩)柱的留设 3、含水层底面低于冒裂带高度时，煤(岩)柱的留设 4、含水层顶面低于煤层时，煤(岩)柱的留设
)
( Hml
tg
H ml
tg
)
h
tg
式中 h——含水层至冒裂带高度(m)。
②δ＜θ时,
L [(L1 L4 ) L4 ] (L2 L3)
式中 L4——岩柱的宽度(m).

防隔水煤柱设计

长治县雄山振义煤业有限公司留设防隔水煤（岩）柱设计一、矿井简介山西长治县雄山振义煤业有限公司为兼并重组整合矿井，隶属于山西长治县雄山煤炭集团，采矿许可证证号：C1400002009111220045752。

井田面积3.753k㎡，批准开采3、9、14、15号煤层，现采3号煤层，生产规模90万t/a，开采深度：1049.97—730m。

依据本矿生产现状，本矿需留设的保安煤柱种类包括各类防隔水煤柱、井田边界保护煤柱、村庄保护煤柱、地面工业场地保护煤柱、井筒保护煤柱、主要大巷保护煤柱等。

二、设计依据1、《矿井初步设计》2、《矿井初步设计安全专篇》3、《煤矿防治水细则》4、《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》三、防隔水煤柱设计防隔水煤(岩)柱指的是：为确保近水体下安全采煤而留设的煤层开采上（下）限至水体底（顶）界之间的煤岩层区段。

《煤矿防治水细则》规定矿井防隔水煤（岩）柱应当由矿井地测机构组织编制专门设计，经煤炭企业总工程师组织有关单位审批后实施。

矿井防隔水煤（岩）柱一经确定，不得随意变动，严禁在各类防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动。

为确保安全生产，特对本矿的防隔水煤（岩）柱进行设计。

有下列情况之一的，应当留设防隔水煤（岩）柱：（1）煤层露头风化带；（2）在地表水体、含水冲积层下和水淹区邻近地带；（3）与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层；（4）有大量积水的老窑和采空区；（5）导水、充水陷落柱与岩溶洞穴或地下暗河；（6）分区隔离开采边界；（7）受保护的观测孔、注浆孔和电缆孔等。

当上部水体的水量大或底部含水层富水性强并且补给条件较好时,应留设以防水为主要目的的防水安全煤柱，一般地,防水安全煤柱的留设高度应等于导水裂隙带的最大高度加上一定厚度的保护层,即:H安≥H导+H保井田内断层及陷落柱较发育，对矿井采区合理分布和采煤工作面的连续推进有一定影响，未发现岩浆侵入，导水性也不大；但在煤矿开采中仍要继续注意断层、陷落柱的导水性，靠近断层、陷落柱采掘时，必须进行钻探调查，充分探明导水性，根据现场调查实际情况确定防隔水煤（岩）柱的距离。

矿井断层及大巷煤柱留设计算

矿井断层及大巷煤柱留设计算矿井断层作为生产中不可避免的地质构造，对矿井生产影响很大，探明不当或者煤柱留设不合理很容易造成断层导通含水层突水或采后断层受矿压影响滞后突水。

所以合理的留设保护煤柱，显得尤为重要，下面以一个案例详细介绍一下如何计算煤柱的宽度！一、断层煤柱留设原则1、在有突水威胁但又不宜疏放（疏放会造成成本大大提高时）的地区采掘时，必须留设防水煤(岩)柱。

2、防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到安全限度，以提高资源利用率。

3、留设防水煤（岩）柱必须与当地的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。

4、一个井田或一个水文地质单元的防水煤（岩）柱应该在它的总体设计中确定，即开采方式和井巷布局必须与各种煤柱的留设相适应，否则会给以后煤柱的留设造成极大的困难，甚至无法留设。

5、在多煤层地区，各煤层的防水煤（岩）柱必须统一考虑确定，以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤（岩）柱，致使整个防水煤柱失效。

6、在同一地点有两种或两种以上留设煤(岩)柱的条件时，所留设的煤（岩）柱必须满足各个留设煤（岩）柱的条件。

7、对防水留设煤（岩）柱的的维护要特别严格，因为煤（岩）柱的任何一处被破坏，必将造成整个煤（岩）柱无效。

防水煤(岩)柱一经留设即不得破坏，巷道必须穿过煤柱时，必须采取加固巷道、修建防水闸门和其它防水设施，保护煤(岩)柱的完整性。

8、留设防水煤（岩）柱所需要的数据必须在本地区取得。

邻区或外地的数据只能参考，如果需要采用，应适当加大安全系数。

9、防水煤（岩）柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。

二、断层煤（岩）柱留设依据1、《煤矿防治水细则》第五章“矿井防治水技术”第六节“防隔水煤（岩）柱留设”第九十二条规定“有以下情况之一的，应当留设防隔水煤（岩）柱：......与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层；......”同时第五节“水体下采煤”中第八十四条规定“......，在基岩含水层（体）或者含水断裂带下开采时，应对开采前后覆岩的渗透性及含水层之间的水力联系进行分析评价，确定采用留设防隔水煤（岩）柱或者采用疏干（降）等方法保证开采。

保护煤柱留设标准【最新版】

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。

煤矿断层防隔水煤柱留设宽度研究

煤矿断层防隔水煤柱留设宽度研究摘要：煤矿井下开采时，为防止地下水突然涌入，设置一定规模的暂时不开采的煤柱，称为防水煤柱。

在井下可能发生突水或涌水的区域设置合理宽度的防水煤柱，可以减少煤矿生产中的同级突水(透水)事故。

根据我国《煤矿防治水细则》给出的经验公式，可以计算出松软煤层防水煤柱的合理宽度。

根据公式，其他变量在矿井特定位置为定值，煤柱预留宽度只是煤层抗拉强度的函数，因此在确定煤柱预留宽度时，计算煤层抗拉强度非常重要。

大部分煤矿建于20世纪70-80年代，大部分矿井资源已经枯竭。

近年来，许多煤矿相继关闭，对周边生产矿井造成了严重的老空水害威胁。

合理留设防水煤柱对防治采空区水害具有重要意义。

煤层形成后，大多经历了多期构造运动，煤体内部各种不连续结构面和微裂隙非常发育。

因此，采用科学的研究方法测试和确定松软煤岩的抗拉强度对矿井生产具有重要意义。

基于此，本篇文章对煤矿断层防隔水煤柱留设宽度进行研究，以供参考。

关键词：煤矿断层；防隔水煤柱；留设宽度引言防水层是煤矿区，为了确保附近水域的煤炭和天然气安全开采，从煤矿到水的底部(顶部)，旨在防止矿物损害。

随着整个过程的深度增加，井下的条件变得更加复杂，水位破裂的可能性增加，特别是在级配地区，页岩结构的中断导致整个过程中条形基础受到影响，洪水的可能性增加。

因此，堵水柱的设计对于确保井下整个钻井过程的安全至关重要。

但是，在流域围护施工中，路基条件的复杂性太高，导致流域围护宽度较小，不仅影响了井下整体钻井过程的效率，而且严重影响了煤矿井下整体钻井过程的经济性。

1断层煤柱留设的计算方法及原则目前，水封煤柱保持计算方法主要是基于经验比较、理论公式计算、基于《煤矿预防和管理水条例》(2009年)计算公式的计算、数值计算或模拟大量煤炭开采实践和理论研究表明，断煤柱尺寸的选择必须基于两项基本原则:断煤柱尺寸必须能够承受高压断水；必须确保采矿不会导致断层活动，断层区域没有拉伸应力，或采矿造成的裂缝不会在断层区域扩散。

防隔水煤柱设计

长治县雄山振义煤业有限公司留设防隔水煤（岩）柱设计一、矿井简介山西长治县雄山振义煤业有限公司为兼并重组整合矿井，隶属于山西长治县雄山煤炭集团，采矿许可证证号：C1400002009111220045752。

井田面积3.753k ㎡，批准开采3、9、14、15号煤层，现采3号煤层，生产规模90万t/a ，开采深度：1049.97 —730m。

依据本矿生产现状，本矿需留设的保安煤柱种类包括各类防隔水煤柱、井田边界保护煤柱、村庄保护煤柱、地面工业场地保护煤柱、井筒保护煤柱、主要大巷保护煤柱等。

二、设计依据1、《矿井初步设计》2、《矿井初步设计安全专篇》3、《煤矿防治水细则》4、《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》三、防隔水煤柱设计防隔水煤（岩）柱指的是：为确保近水体下安全采煤而留设的煤层开采上（下）限至水体底（顶）界之间的煤岩层区段。

《煤矿防治水细则》规定矿井防隔水煤（岩）柱应当由矿井地测机构组织编制专门设计，经煤炭企业总工程师组织有关单位审批后实施。

矿井防隔水煤（岩）柱一经确定，不得随意变动，严禁在各类防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动。

为确保安全生产，特对本矿的防隔水煤（岩）柱进行设计。

有下列情况之一的，应当留设防隔水煤（岩）柱：（1）煤层露头风化带；（2）在地表水体、含水冲积层下和水淹区邻近地带；（3）与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层；（4）有大量积水的老窑和采空区；（5）导水、充水陷落柱与岩溶洞穴或地下暗河；（6）分区隔离开采边界；（7）受保护的观测孔、注浆孔和电缆孔等。

当上部水体的水量大或底部含水层富水性强并且补给条件较好时, 应留设以防水为主要目的的防水安全煤柱，一般地, 防水安全煤柱的留设高度应等于导水裂隙带的最大高度加上一定厚度的保护层, 即:H 安≥H导+H保井田内断层及陷落柱较发育，对矿井采区合理分布和采煤工作面的连续推进有一定影响，未发现岩浆侵入，导水性也不大；但在煤矿开采中仍要继续注意断层、陷落柱的导水性，靠近断层、陷落柱采掘时，必须进行钻探调查，充分探明导水性，根据现场调查实际情况确定防隔水煤（岩）柱的距离。

防隔水煤岩柱的尺寸要求

防隔水煤（岩）柱的尺寸要求一、煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按下列公式计算：1.煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时：H f= H k+H b(3-1)2.煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图3-1）：H f=H L+H b (3-2) 式中H f--防隔水煤（岩）柱高度，m；H k--采后垮落带高度，m；H L--导水裂缝带最大高度，m；H b--保护层厚度，m；α--煤层倾角，（°）。

根据式(3-1)、式(3-2)计算的值，不得小于20 m。

式中H k、H L 的计算，参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定。

图3-1 煤层露头被松散富水性强含水层覆盖时防隔水煤（岩）柱留设图二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设（图3-2）可参照下列经验公式计算：P35.0K p KML ≥20 m 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 ；p --水头压力，MPa ；K p --煤的抗拉强度，MPa 。

图3-2 含水或导水断层防隔水煤（岩）柱留设图三、水淹区或老窑积水区下采掘时防隔水煤（岩）柱的留设1.巷道在水淹区下或老窑积水区下掘进时，巷道与水体之间的最小距离，不得小于巷道高度的10倍。

2.在水淹区下或老窑积水区下同一煤层中进行开采时，若水淹区或老窑积水区的界线已基本查明，防隔水煤（岩）柱的尺寸应当按附录三之二的规定留设。

3.在水淹区下或老窑积水区下的煤层中进行回采时，防隔水煤（岩）柱的尺寸，不得小于导水裂缝带最大高度与保护带高度之和。

四、相邻矿（井）人为边界防隔水煤（岩）柱的留设1.水文地质简单型到中等型的矿井，可采用垂直法留设，但总宽度不得小于40 m 。

2.水文地质复杂型到极复杂型的矿井，应当根据煤层赋存条件、地质构造、静水压力、开采上覆岩层移动角、导水裂缝带高度等因素确定。

7.3防水煤柱留设

7.3防水煤柱留设7.3.1断层防水煤柱留设因本矿井3号煤层开采时断层、陷落柱是奥陶灰突水的重要通道。

因此，必须对导水断层留设防水煤柱，防水煤柱的留设方法可依据《煤矿防治水规定》附录三的公式计算，本矿区含水或导水断层防隔水煤柱的留设方案如下：由于本井内没有发现较大的断层，因此，本报告只考虑小断层的煤柱留设情况。

当断层落差小于隔水层厚度（取3号煤层的99.09m ）时，含水或导水断层防隔水煤柱的留设参照经验公式计算： L=0.5KM P3K P ≥20m (7-1) H a =ST P +10,L= αsin a H ≥20m (7-2) 式中：L —防隔水层煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —煤层厚度或采高，m ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；H a —导水裂隙带至含水层防水岩柱的厚度，m ；α—断层倾角，（°）经以上公式（7-1）和（7-2）计算，所得结果取较大值为留设的防水煤柱宽度。

今后如在地质勘探和采掘活动后，发现有新的断层，矿方应按照以上计算方法自行计算断层防水煤柱的宽度；对落差小于5m的断层应在探明去其导水性后，再确定是否留设防水煤柱或采取注浆加固措施。

7.3.2陷落柱保护煤柱留设目前本矿井内尚未发现陷落柱，但不排除存在隐伏陷落柱的可能。

陷落柱是奥灰突水的主要通道，为防止陷落柱突水事故，确保矿井安全生产，对导水陷落柱必须留设防水煤柱。

现分述如下：①导水陷落柱对于一些导水陷落柱，如果所处的位置对回采影响不大，可以只留设保护煤柱而不封堵。

这类落陷柱突水隐患很大，留设防水煤柱时一定要考虑其特征，做到万无一失。

首先，必须查明有无与陷落柱连通的导水断层。

如果存在断层，即使断层距很小，也会作为突水通道将陷落柱内的水导入矿井，从而导致断层突水事态扩大。

即使没有人为干扰的情况，突水通道也会在高压水作用下发生冲刷或扩容，随时有增大涌水、发生灾害的可能。

断层防水或安全保护煤柱合理留设的分析计算方法

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等效移置（围岩压力的）ＨＪＨ。一ｊ、ｍ节点的埋深（ｍ）
式中：ｒｉｇ一水的ＡＲＤ（ｋｇ／ｅｍ３）三、无拉应力分析
通过上述分析，即可进行岩石力学有限元计算。但从计算的结果看，可能在模型的某些局部地
方出现拉应力。实际上，这些拉应力有时是不存在的，因为当某处岩体抗拉强度小于拉应力时首先破裂，从而使该处岩石拉应力变为零，然后岩体内应
转次数多而且周转时间短，所以从综合经济效
益来讲，大钢模板的使用不仅节约了投资而且加快
了施工进度。
从质量方面分析，工程巾运用大钢模板使整个墙面体系形成一个整体，这样在浇筑混凝土时，可‘
以按照施工规范一次性给予浇筑，有助于提高混凝土强度的整体性，同时外钢管支架也形成一个整体，这样就避免了混凝土局部胀模的现象，使用大钢
件尺寸有明显的关系，即“尺寸效应”，其规律性可
用下式描述：Ｒｅ＝（Ｒｃ）Ｏ（Ｄｏ／Ｄ）ｍ……（１）
式中：Ｒｅ＝（Ｒｃ）Ｏ（Ｄｏ／Ｄ）ｏ——分别是试件有
效直径为Ｄ、Ｄ０（ｃｍ）时的单轴极限抗压强度（ｋｇ／
区，在分析其应力分布规律的基础上，确不定期在断层附近出现最大主拉应力的单元，单元的主拉应
力一定随着煤柱尺寸的增大而减小，关系式：岩体的受拉破坏主要是由于岩体内所产生的拉应力超过了岩体的抗拉强度。于是可求出处于极限平衡状态下的煤柱宽度：Ｈ“＝Ｆ。（ｏｒ一）盯一＝Ｒ。。……（４）当然，在大量细致的调查研究和严格遵守参数修正原则的基础上。同时考虑煤矿生产过程中的实践经验，确定出可靠的将更能保证断层煤柱的合理性。（责任编辑：熊红婴）
２、模型边界条件模型内各质点的移动量大小不一，远离采空区处的质点移动量较小；同时，煤层顶板质点的移动量远大于底板。所以对于一个确定的模式来说，下部边界的各节点以及部分远离采空区的边界上各节点均可予以约束（即ｕ＝Ｏ，ｖ＝０）；其他边界上各节点均可自由移动（即Ｕ≠Ｏ，ｖ＃０）。

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。