工业广场保护煤柱留设的方法-垂直剖面法
工业广场保护煤柱留设方法
开滦矿区 峰峰矿区 抚顺矿区
阜新矿区 枣庄矿区 绞河矿区
侏罗纪 石炭二叠纪 侏罗纪
Hale Waihona Puke 73 86.6－α 75－0.8α
75 76 75
72 76 75
40～50 45 45
5
3
工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
工 业 场 地 保 护 煤 柱 留 设 过 程
4
工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
3、表土移动角与基岩移动角值的选取
部分矿区的表土移动角与基岩移动角值
煤田特征 矿区名称 成煤年代 石炭二叠纪 石炭二叠纪 第三纪 覆岩性质 以砂岩为主、其次是 砂页岩、页岩 砂岩、砂页岩为主 厚层致密状油页岩和 厚层绿色页岩及泥灰 岩 砂页岩、砂岩、页岩 为主 砂岩、页岩为主 砂岩、页岩为主 下山基岩移动角 β 72－0.67α， 但不小于30 73－0.6α 59－0.2α 基岩移动角（0） 上山基岩移动角 γ 35～72 73 62 走向基岩移动角 δ 70 73 65 表土移动角 Φ（0） 35～45 58 45
“垂线法设计保护煤柱”在新建工程项目压覆矿产资源储量评估中的应用
“垂线法设计保护煤柱”在新建工程项目压覆矿产资源储量评估中的应用摘要：由于压覆矿产资源储量技术涉及工程地质、采矿技术和矿产勘查等多个领域，而目前全国没有相应的专门压覆储量技术规范作为指导，因此在实际工作中确定建设项目压覆范围的技术方法较为混乱。
“垂线法设计保护煤柱”适当范围广，参数取值容易，被用于新建工程项目压覆矿产资源储量评估工作中值得探讨与研究。
关键词：压覆矿产资源；技术方法；垂线法；压覆范围Abstract:Becauseofthepressureofmineralresourcestechnologyinvolvingengineeringgeo logy,miningandmineralexplorationandotherfields,butcurrentlythereisnocorrespondings pecialpressingreservesspecificationasaguide,sointheactualworkofconstructionprojectte chnologymethodforpressurerangeisrelativelyconfused.”Vertical methoddesignprotectiv ecoalpillar”appropriatescope,parameterseasily,beusedforanewprojectofpressureofmine ralresourcesassessmentworkworthyofstudyandresearch.Keywords:pressuremineralres ources;technology;verticalmethod;pressurerange0 引言近年来，随着我国经济建设的高速发展和改革开放的进一步深入，开工建设的各种项目日益增多。
根据各地方的经济发展规划，产业布局，新开工建设的项目必不可少的要压覆部分重要矿产资源。
2-3-减少开采沉陷影响的技术措施
采空区充填 冒落区充填 离层区充填
自溜充填 风力充填 机械充填 水力充填
按充填位置
按充填量
充填 开采
按充填动力
按充填物质
第30页，共48页。
全部充填 部分充填
水砂充填 矸石充填 膏体充填 高水充填
1.下沉控制技术——部分充填开采
部分充填开采，是相对全部充填而言的，其充填量和充填范围 仅是采出煤量的一部分，它仅对采空区的局部或离层区与冒落区 进行充填，靠覆岩关键层结构、充填体及部分煤柱共同支撑覆岩 控制开采沉陷。
第2页，共48页。
一、留 设 保 护 煤 柱
1.保护煤柱设计概述
2.保护煤柱设计原理
3.垂直剖面法设计保护煤柱
4.垂线法设计保护煤柱
第3页，共48页。
1.保护煤柱设计概述
（1）保护煤柱概念
为保护地貌、工业场地、地面建筑物、铁 路、堤坝等而保留不采的实体煤。 （2）留设保护煤柱优点
是保护地面建筑物不受采动损害的最有效 措施。 （3）留设保护煤柱缺点
4.垂线法设计保护煤柱
计算 从保 护边 界所 做的 垂线 长度
s = hcot
β′
qc1 q
b
C
qc2 c c′
β′
150
B 100
c"
b lb
b′ b"
0
D
qd d d′ d"
a"
θ
-100
γ′
-200
ld la 2
a′
a
-300
γ′
la 1
-400
A
第17页，共48页。
4.垂线法设计保护煤柱
β′
qc1 q
垂线法留设保护煤柱
垂线法留设保护煤柱
1、 确定受护面积边界：
现在平面图上直接作平行于受护对象边界的直线、四边形或多边形等，再在它们的外围画出围护带，得到受护面积边界。
这种边界一般与煤层走向斜交。
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 ，得到松散层保护边界（见图1-1），s 的计算公式如下：
S=hctg φ
式中：S ——松散层保护边界宽度，m ；
h ——松散层厚度，m ；
φ——松散层移动角。
3、确定保护煤柱边界
垂线法留设煤柱，需要计算垂线长度，向上山方向的垂线长度为q ，向下山方向的垂线长度为l ，计算公式为：
θ
αββcos tg ctg 1)(∙∙'+'-=ctg h Hi q θαγγcos tg ctg 1)(∙∙'-'-=
ctg h Hi l 式中：Hi ——地表各点的埋藏深度，m ；
h ——松散层厚度，m ；
β',γ'——移动角；
α——煤层倾角；
θ——受护面积边界与煤层走向所交的锐角。
β'ctg =
θδθβ2222sin cos ctg ∙+∙ctg γ'ctg =θδθγ2222sin cos ctg ∙+∙ctg
式中：β，γ，δ——为峰峰矿区采用的下山、上山、走向移动角；分别采用
θ——受护面积边界与煤层走向所交的锐角。
保护煤柱设计.ppt
建（构）物所在的地表下面潜水位较高，采 后因地表下沉导致建（构）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。
重要河（湖、海）堤、库（河）坝、船闸、 泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑 工程。
ⅠⅠ
m
n
φ γ m1
h
φ
n1 β
n2
m2
q
φ δ
q1
q2
q3 ⅠⅠ
k
h
φ
k1 δ
-100
k2
-150 -200
-250
-300
k 3 -350
ⅠⅠ
ห้องสมุดไป่ตู้
ⅠⅠ
A(q 3)
a
q b B(q 2)
a′ b′
Ⅰ
Ⅰ
m2 m
n n2
d′ c′
d kc
C(k 3)
D(k 2)
-100
-150
-200
ⅠⅠ
-250 -300 -350
cd和ad直线的垂线，la1和lb，qb和qc1，qc2
和qd，la2和ld
C
β′
150
qc1 q
b
qc2 c
c′
B 100
q
(Hi
1 ctg '
h) ctg ' tg cos
β′
c"
b lb
b′ b"
0
l (H i h) ctg ' 1 ctg ' tg cos
煤层露头保护煤柱的留设方法
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。
风井工业广场保护煤柱设计
2 垂直剖面法计算 2.1 松散层厚度的确定（h）
风井工业场地周边施工的勘探钻孔中揭露松散层 厚度的有3个，松散层厚度介于0~43m间，根据矿井钻 孔柱状图计算的围护带外推各边界点的松散层厚度h， 计算结果见表1。
表1 围护带边界点松散层厚度计算结果表
基岩层顶板 围护带外推点号 地平标高/m
标高/m
保有储量/ 万t
61
采空消耗/ 万t
-
122b-压1 83905
91
-
122b-压2 783
1
-
空-压1
18943
-
19
空-压2
2159
-
3
4 结束语
垂线法是矿井常用的保护煤柱确定方法，文中以 正文矿风井工业保护煤柱确定为对象，详细说明了保 护煤柱的确定计算方法，计算过程。为保护煤柱的合 理确定提供了科学依据，合理确保了风井工业广场设 备的稳定运行。 参考文献
式中，h――松散层厚度，m； H――煤层垂深，m； α――煤层倾角，°
根据本矿井上下对照图，和上文确定的松散层厚
度，可计算出保护边界各处基岩层的标高（H-h）。
保护煤柱的设计
为 a = H ⋅ ctgβ 和 b = H ⋅ ctgδ 。
取 x 轴为煤层的走向，y 轴为煤层的倾向。若保护边界 EF 位于开采单元的下山方向， 且与影响椭圆切于 M 点，即从保护边界向伪上山方向作保护煤柱。保护边界线与煤层走向
的夹角为θ ，设保护边界至开采单元的水平垂距为 p．按斜向移动角 β′ 来确定斜向断面 oG
（4）在受护边界点 m、n 作松散层移动角 ϕ=45°，与基岩面相交于 m1、n1，再从 m1、n1 点分别作基岩移动角 γ=73° 和 β=55°，与煤层底板相交于 m2、n2 点，点 m2、n2 分别为沿煤
93
层倾向剖面上保护煤柱的上下边界。将 m2、n2 投影到平面图上，即得点 M、N； （5）将平面图上Ⅰ-Ⅰ线与保护边界的交点 q、k 投影到走向剖面Ⅰ-Ⅰ上，得 q、k 点。
按斜向移动角来确定斜向断面og上煤柱的边界时有而椭圆方程为求导得因为?ctghp12222byaxyaxbdxdy22?在椭圆上该点斜率为所以直线ef的方程为11yxm11212xxyaxb??42112121xxyaxbyy???该点的切线方程表示为4312121ybyxax设g点的坐标为由于g点在切线ef上则00yxg441sincosypxp或者45???????sincos2121pbypax将式45及代入42得?ctghp462222sincosctgctgctg同理也可以求出保护边界向伪下山方向作保护煤柱的斜向移动角即93472222sincosctgctgctg式中的角是保护煤柱边界线与煤层走向线所夹的锐角
B θ"
C
C
θ´
D 图 4-5 保护边界与煤层走向的夹角
四、保护煤柱留设所需的资料 1．保护对象（如工业广场、房屋、铁路、立井等）的特征及使用要求，矿区的地质
2-2保护煤柱设计
铁路保护煤柱留设
Ⅰ
Ⅰ
20
Ⅰ T A
φ
B
φ
h
γ′
q
0 -20
B
S T
θ
HB
S
β′
S α′ h q
S HA
A l Ⅰ
-40
q α′ l hl
S=hctgϕ ϕ 铁路直线段保护煤柱总宽度 W=T+2S+l+q
铁路保护煤柱留设
tg γ
'
= =
(H
H
A
A
− h l − h l
)+
+h hl l来自hlB
φ
T
A
保护煤柱留设参数
1）移动角 ） 岩层（基岩） 岩层（基岩）移动角 δ、β、γ 煤层倾角α<50时，β = γ = δ 煤层倾角 煤层倾角α>50时, γ = δ, β = δ-0.5α 煤层倾角 黄土层ϕ 黄土层ϕ= 55° ° 松散层移动角ϕ 松散层移动角ϕ 风化堆积物 ϕ =45 ° 富水坡积物或砂层ϕ 富水坡积物或砂层ϕ=35 °
'
铁路保护煤柱留设
Ⅰ
Ⅰ
20
Ⅰ T A
φ
B
φ
h
γ′
q
0 -20
B
S T
θ
HB
S
β′
S α′ h q
S HA
A l Ⅰ
-40
q α′ l hl
S=hctgϕ ϕ 铁路直线段保护柱煤柱总宽度 W=T+2S+l+q
3、伪倾斜基岩移动角和真倾斜基 岩移动角的关系
ctg 2 β′=ctg 2 β cos2θ+ctg 2 δsin 2 θ β′ ctg 2γ′ γ′=ctg 2 γ cos 2 θ+ctg 2 δsin 2 θ
合理留设保护煤柱的方法探讨
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）。
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
e
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
应用垂直剖面法圈定保护煤柱边界
巾嗣西部辩搜２００９年．１胄《枣旬）纂０８豢第０２期息第１６３期Ｌ。
点作定向移动角６分别交“、ｆ。
煤柱上边界线心、ｋ、１１２７、ｋ’轰和下边雾线＆、ｋ、ｌｉ３’、Ｌ３’点。
再将憨、ｋ、如’、Ｌｚ’及砥、ｋ、Ｒ３’、ｂ’点转投到平面图上，岛由剖面Ｉ—Ｉ所确定的ｆ６、ｆ８煤桂边界线投影相交于Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ翻轰’、Ｂ７、Ｃ’、Ｄ’各嚣患，Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ和Ａ’、Ｂ’、ｅ’、静’帮分剐为允、ｆ８所求的保护煤校边界点的位鬣。
４煤柱上，下＾程．溅向长度．斜面长度．燃柱可采燃量计算授据所求的傈护煤较透界与攥滋底袄等赛线在平瑟黧上投影的相对位置，已知煤层倾角和煤层厚度等可以求得如下：（１）璐层。
上承警边莠离程陵匙＝（＋５５０ｍ）憾档８。
·２５ｍ＝＋５６３．３０ｍ；下水平边界高程Ｈ下＝（＋５５０Ｉｎ）一ｔ９２８。
·６９ｍ＝＋４６３．３０ｍ；上水平走向长Ｌ上＝１４５ｍ；下水平走向长度ＬＴ＝２１２ｍ；斜蠢长度２ｌ弧；保护煤｛圭《采姥量约ｌＯ万吨。
（２）￡煤层。
上水平边界离程珏上’＝（＋５５０ｍ）＋ｔ９２８。
·４８ｍ＝＋５７５．５０ｍ｛下水平边界高程Ｈ下’＝（＋５５泌）－ｔ９２８。
·２９ｍ＝＋４８４。
６０ｍ；上东平走翔长Ｌ上’＝１３５ｍ；下水平走向长度Ｌ下’＝１９５ｍ；斜面长度１９３ｍ；保护煤柱可采储鬣约６．５万吨。
５结束语本文《躐麓垂壹裁瓣法瓣定裸护煤柱边赛》议是终者所掌握《垂敷剖面法》留设煤柱理论的应用安例，对今后生产过程中遇到类似需鼷留设煤柱时具有一定参考价值。
参考文藏：《赡）［寒区旱区环境与工程研究所］１２月２５日，由甘肃省辩技短受责组纸的，肖洪浪蟥究员主持的国家辩技支撑计划项秘“民勤沙漠亿防治与嫩态修复技零集成试验豕范研究”２００８年度总结汇报暨学术交流会在兰州召开。
～年多来，项目完成了年度计划任务，取得了燕大进展。
撬悉，该矮秘是为国家投入数十识露憨石羊浮流域生态和环境综合治理重大工程提供科技支撑。
浅谈运用垂线法设计保护煤柱
芦北 １ ＇ ｌ ｌ ￣ Ｊ 场 川 岩 整 体 较 ，东侧 隔着 ） ｕ ｉ 湖沟河 足 …Ｉ 【 Ｉ 坡 域 ，河 ‘ １ ＮＮＷ 走 向 ． 沟河属 爷 。 ｌ ｈ ＂ Ｉ ＇ ｔ ｔ ｉ ， － Ｊ １ 流，地面最 【 每｛ 发矗 １ （ ） （ ） 【 】 Ｉ １ １ ，
１ Ｉ Ｉ 休 可能 Ｊ 、 、 Ｉ ： 卅 移 筑 物 』 歧 …移
，
砂 岩
动 Ｊ Ｊ ＇
卜１ ５ 。 ～２ ５ 。． 卜 坡 ‘ 向移 ｜ Ｊ ｊ ｆ 『 Ｊ Ｊ ， ｔ ／ ： Ｔ １ ， ． Ｊ 、
５ 。 ～ １ （ ） 。
用 垂线 法 对 该 区 域 设 计 保 护 煤 桂 步 骤
设 计 ，简述如 何运 用垂 线 法设计 保 护煤 柱 。
工 程 概 况
芦－ Ｉ Ｕ￣ Ｗ１ 及 ｈｌ 】 ｒ‘ 场 位于 ｉ ！ Ｏ Ｊ 沟 入口 （ 桃
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松散层 厚度及基 岩面上受护 边界的确定
捌 芦 北 进 风 外 、Ｉ Ｉ １ ＂ 洲 地 顾 Ｊ Ｉ ｆ ｉ 及Ｊ 米
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基岩 移动角 的确 定
恨据 《 施 （ Ｉ ） 、 。 １ 煤
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ａ —ｂ—Ｃ —ｄ —ｅ —ｆ — ｇ—ｉ －ｉ Ｊ 『 卷 Ｉ 』 Ｊ ｌ 门多 边 ｊ
在平面图上用垂直断面法直接留设保护煤柱.
在平面图上用垂直断面法
直接留设保护煤柱
用垂直断面法留设保护煤柱时，需作走向与倾向两幅断面图。
现将此法简化如下：
1、过保护面积角点作平行煤层走向、倾向的四条线，得矩形保护范围，然后向外圈出围护带，构成受护边界。
2、用表土层厚度h向外圈出表土层保护边界ABCD，（设表土层移动角φ=45°）。
3、过受护中心作倾向线N—N，然后用q、ι，m=H1ctgδ（δ为中心移动角）标出保护煤柱边界Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ（如图1所示）
图1
其中（1）
ι=（2）
式中：α————煤层倾角；
γ、β——上下山移动角；
a、H——如图2所示。
证明：在图2中，因为
图2
h1=(a+qtgα
h2=（a+ι）tgα所以
=
整理后便得（1）式，同理可得（2）式。
保护煤柱留设原则及方法
保护煤柱留设原则及方法1.1 保护煤柱留设原则（1）在一般情况下，保护煤柱应根据受护面积边界和移动角值进行圈定。
移动角值按建筑物下列允许变形值确定：倾斜i = ±3 mm／m曲率k = +0.2 × 10-3·m-1水平变形ε = +2 mm·m-1（2）地面受护面积包括受护对象及其周围的围护带宽度可按表1确定。
表1 建构物保护煤柱的围护带宽度表2矿区建（构）筑物保护等级划分属。
对于不易确定者，可组织专门论证，并报省、直辖市、自治区煤炭主管部门审定。
（3）当受护建筑物和构筑物面积较小时，应酌情加大其保护煤柱尺寸，使建筑物受护面积内地表变形值叠加后不超过允许地表变形值。
（4）当受护边界与煤层走向斜交时，应根据基岩移动角求得垂直于受护边界线方向（即伪倾斜方向）的上山方向移动角γ’和下山方向移动角β’。
然后再确定保护煤柱。
γ’和β’角值按下式计算：co t γ’=θδθγ2222sin cot cos cot + （4－1）cot β’=θδθβ2222sin cot cos cot + 式中 θ ——受护边界与煤层走向方向所夹的锐角；δ、γ、β ——分别为走向方向、上山方向和下山方向的基岩移动角。
（5）受护对象的外侧边界，可以在平面图上通过受护对象角点作矩形，使矩形各边分别平行于煤层倾斜方向和走向方向，在矩形四周作围护带，或在平面图上作各边平行于受护对象总轮廓的多边形（或四边形），在多边形（或四边形）各边外侧作围护带，该围护带外边界即为受护面积边界。
（6）有滑坡危险的山区建筑物留设保护煤柱时，为了防止山体滑移，在建筑物上坡方向，移动角应减小20 ~ 25°，或者加大保护煤柱尺寸0.5 ~ 1.0 r （r 为主要影响半径）；在建筑物下坡方向，移动角应诚小5 ~ 10°，或者加大保护煤柱尺寸0.2 ~ 0.5 r 。
（7）其下有落差大于20 ~ 30 m 断层的建筑物留设保护煤柱时，应考虑沿断层面滑移的可能性，适当加大煤柱尺寸，使断层两翼均包括在保护煤柱范围之内，如图1所示。
地面构筑物保护煤柱留设方法分析及优化
收稿日期：2021-04-25 作者简介：许永杰（1987—），男，本科，工程师，研究方向：矿井设计。
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·66·
地面构筑物保护煤柱留设方法分析及优化
第 15 期
面图上量出垂线长度，从而确定保护煤柱边界。
本文将综合分析垂直剖面法和垂线法留设煤柱方法 中存在的问题，并对保护煤柱的方法进行了优化和分析。
1 保护煤柱留设方法
保 护 煤 柱 留 设 方 法 有 垂 直 剖 面 法 、垂 线 法 和 数 字 标 高 投 影 法 。 其 中 ，垂 直 剖 面 法 和 垂 线 法 得 到 了 广 泛 应用。
1.1 垂直剖面法 垂直剖面法是一种图解方法 ，工作原理如图 1 所 示。通过被保护物体的最外角点作平行于煤层走向和倾 向的 4 条线，得到保护范围即矩形 ab cd 。从矩形 ab cd 作 沿煤层倾斜方向的剖面图（图 1 中Ⅱ-Ⅱ部分），保护边界 为 m 、n 。从 m 、n 点均按照表土层移动角 φ 做直线即 可得到表土层与基岩接触面的保护边界点，即 m1 、n1 点。从 m1 、n1 点分别按照基岩移动角 γ 与 β 做直线，即 可与煤层交于 m2 、n2 点。同理，从矩形 ab cd 作沿煤层走 向方向的剖面图（图 1 中的Ⅰ-Ⅰ部分），求得 q1 、k1 、q2 、 k2 、q3 、k3 等点。将 m2 、n2 、q2 、k2 、q3 、k3 各点投影到 平面图上，即可得到煤柱的平面投影 ABCD 。将该投影 的平面面积按煤层倾角转换为真实面积，同时依据煤层、 密度等参数即可求得煤柱压煤量。 1.2 垂线法 垂线法是一种解析方法，基本原理如图 2 所示。先 作受护范围边界的垂线，利用公式计算垂线长度，再在平
煤矿工业广场保护煤柱留设计算方法
该矿主、副井筒保护煤柱留设需要考 虑井筒位置、采深、煤层倾角、煤柱 宽度等因素，采用经验公式对煤柱受 力进行分析，并结合工程类比法确定 煤柱留设尺寸。
工程实例三：某矿铁路保护煤柱留设
总结词
根据铁路线路位置和运输要求，采用数值模拟和工程类比等方法，对铁路保护煤柱进行 留设计算。
详细描述
该矿铁路保护煤柱留设需要考虑铁路线路位置、运输要求、煤柱宽度等因素，采用数值 模拟方法对煤柱应力场、位移场进行模拟分析，并结合工程类比法确定煤柱留设尺寸。
结果输出
根据需要，输出模型的位移场、应力场、应变场等结果。
结果分析
对输出的结果进行分析，评估保护煤柱的稳定性、安全性等。
结果优化
根据分析结果，对模型进行优化设计，提高保护煤柱的稳定性、 安全性等。
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保护煤柱留设的工程实 践
工程实例一：某矿工业广场保护煤柱留设
总结词
根据矿区地质条件和开采技术条件，采用数值模拟和工程类比等方法，对工业广场保护煤柱进行留设计算。
详细描述
在进行地面建筑物保护煤柱留设时，应充分考虑建筑物的用途、结构、基础类型 以及受采动影响的程度等因素。根据建筑物的重要性和受采动影响的程度，可采 用不同的留设原则，如整体保留、部分保留或不留设等。
井筒保护煤柱留设
总结词
井筒保护煤柱留设是为了确保井筒的正常使用和安全，需根据井筒的用途、结 构和使用要求等因素进行综合考虑。
推广应用价值
本研究提出的煤柱留设方法具有推广应用价值，可在其他 类似条件的矿区进行应用和验证，提高我国煤矿生产的整 体水平。
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详细描述
该矿工业广场保护煤柱留设需要考虑矿区地质条件、采深、煤层倾角、煤柱宽度等因素，采用数值模拟方法对煤 柱应力场、位移场进行模拟分析，并结合工程类比法确定煤柱留设尺寸。
工业广场保护煤柱的开发利用
工业广场保护煤柱的开发利用张雪峰【摘要】根据垂直断面法对北杏庄矿工业广场煤柱的留设重新进行计算.减少煤柱压煤量,减少资源浪费,增大可采储量,获得最大经济效益.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】3页(P36-38)【关键词】工业广场;保护煤柱;垂直断面法【作者】张雪峰【作者单位】同煤集团安全监管五人小组管理部,山西大同037300【正文语种】中文【中图分类】TD822.3工业广场是为煤矿井上下服务的所有地面设施，有储煤场、综采设备库、油脂库、机修车间、绞车房、地磅房、有变电所、配电站、污水处理站、空压机房、办公楼、职工宿舍、澡堂、食堂等设施。
留设工业广场保护煤柱，保证地面设施不受影响，从而保证整个煤矿正常生产的进行。
但为了减少国家能源浪费，保证最大的开采量，在不影响地面设施的情况下，应尽可能的减少保护煤柱留设量。
原工业广场煤柱的留设是在经验数据和规程规定的基础上留设的，为保证煤柱的留设，减少压煤量，保证最大利用率，合理开发22采区，利用科学论证的方法对工业广场保护煤柱重新计算，从而大大提高煤炭利用率。
因工业广场南部矸石电厂等设施已拆除，工业广场范围变小，保护煤柱也应相对减小，以减少压煤量，保证最大的利用率，所以我们应缩小保护范围，保护煤柱的留设相应减小。
我们应当从新计算保护煤柱的范围。
原煤柱压煤面积383607m2，经计算后的煤柱压煤面积269323m2，其计算方法如下。
2.1 所需保护的工业广场范围坐标沿着需要保护的工业广场最外围的设施画横竖线，各线的交点即需要保护的工业广场范围。
因为工业广场为一级保护设施，故在确定工业广场的范围之后，在外围应加宽15m的维护带。
2.2 工业广场范围内及附近钻孔资料2.2.1 附近钻孔资料2.2.2 塌陷角计算参数的选择根据“三下”采煤规定和北杏庄矿16采区沉陷观测计算，选取上塌陷角和走向塌陷角按72°参加计算，下塌陷角按65°参加计算，黄土层和煤层按45°参加计算。
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在平面图上通过被保护对象轮廓的角点分别作平行于煤层走向和倾向的四 条直线，得到矩形abcd，再按保护等级留设围护带，得受护边界a’b’c’d’。 围护带宽带按下表选取： 围护带宽度
保护等级
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
围护带宽度（m）
20 15 10 5 2
工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
2、确定工业场地保护煤柱
开滦矿区 峰峰矿区 抚顺矿区
阜新矿区
侏罗纪
73
75
72
40～50
枣庄矿区
绞河矿区
石炭二叠纪
侏罗纪
砂岩、页岩为主
砂岩、页岩为主
86.6－α
75－0.8α
76
75
76
75
45
45
5
工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
每个矿井、地面均布置地面生产系统和行政管理系统
《煤炭工业矿井设计规范》10.1.2规定，工业场地总平面布置应结 合地形、地物、工程地质、水文、气象等自然条件和工业场地竖向 布置，协调井下开拓部署、场面生产系统、铁路运输等主要生产环 节，做到有利生产、方便生活、节约用地、减少压煤。 《煤炭工业矿井设计规范》10.1.18规定，矿井工业场地围墙内用 地面积，应按《煤炭工业工程项目建设用地指标》的有关规定执行。
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工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
1、确定工业场地受护边界
确定 工业 场地 面积 根据工业场地占地指标，确定工业场地占地面积。 大型井 0.8 ～ 1.1公顷/10万吨，中型井 1.3 ～ 1.8公顷/10万吨， 小型井 2.0 ～ 2.5公顷/10万吨。 根据《煤炭工业工程项目建设用地指标》和《煤炭工业矿井设计规 范》进行工业场地总平面设计，确定工业场地占地面积。
⑴ 通过建筑物中心，沿煤层倾向作剖面Ⅰ-Ⅰ，把建筑物及围护带投影到剖面图 上，由围护带边缘点m、n作冲积层移动角Φ，与基岩面相交与m1、n1点。然 后由m1点作上山移动角γ，由n1点作下山移动角β，分别交于煤层底板的 m2及n2点。再将m2、n2点投到平面图上，得M、N点，通过M、N分别作与 煤层走向平行的直线，此即保护煤柱在下山方向和上山方向的边界线。 ⑵ 通过建筑物中心，沿煤层走向作剖面II-II，把建筑物及围护带投影到剖面II-II上 得k、l两点。由k、l点作表土层移动角Φ，与基岩面交于k1、l1点，再由k1、 l1点作走向移动角δ,分别交煤柱上边界线k2、l2点和下边界线k3、l3点。再 将k2、l2及k3、l3点转投到平面图上，与由剖面I-I所确定的煤柱边界线投影 相交于A、B、C、D四点，ABCD即为所求的保护煤柱边界。
工业场地保护煤柱留设过程如下图所示：
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工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
工 业 场 地 保 护 煤 柱 留 设 过 程
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工业场地保护煤柱留设方法 —垂直剖面法
3、表岩移动角值
煤田特征 矿区名称 成煤年代 石炭二叠纪 石炭二叠纪 第三纪 覆岩性质 以砂岩为主、其次是 砂页岩、页岩 砂岩、砂页岩为主 厚层致密状油页岩和 厚层绿色页岩及泥灰 岩 砂页岩、砂岩、页岩 为主 下山基岩移动角 β 72－0.67α， 但不小于30 73－0.6α 59－0.2α 基岩移动角（0） 上山基岩移动角 γ 35～72 73 62 走向基岩移动角 δ 70 73 65 表土移动角 Φ（0） 35～45 58 45