工作面防水煤岩柱合理宽度设计
防水煤（岩）柱常用计算公式
防水煤（岩）柱常用计算公式
防水煤（岩）柱常用计算公式
1、对于煤层厚度小于3.5m，倾角小于30°，可按下列经验公式计算：d=5m+0.05H+0.002L 式中：d—防水煤柱宽度（m）， m—煤层厚度（m），H—开采深度（m），L—由最近的井筒到需设防水煤柱之间的距离（m）如上式计算结果小于20m，要用20m，大于20m则用计算数，防水煤柱未经上级主管部门批准，不允许损坏。
2、井下一些区段受水威胁时，也常用煤柱给予隔离，其计算公式为：
L=0.5km√3P/kp 式中：L—煤柱留设宽度（m），k—安全系数（一般取2～5），m—煤层采高（m），P—作用在煤上的压力（MPa），kp—煤的抗张强度（MPa）、软煤3～5（MPa）、硬煤17～40（MPa）
3、多煤层矿井，倾角小，上煤层已开采且积有老空水，下煤层开采时就需计算上下煤层之间岩层能否构成安全隔水层厚，其计算公式为：h=nB√[（kp×b×L×m）/r1cosα+H×m/（kp+ r1m）] 式中：h—矿山压力和静水压力对隔水层的破坏深度（m），n—待定系数（一般采用1.5～1.6，集中压力段采用1.8），B—采空冒落体的体积常数，kp—底板岩石平均抗张强度（T/m2），b—第一次来压的控顶距（m），m—煤层开采厚度（m），r1—隔水层岩石平均容重（T/m3），α—煤层倾角，H—工作面底板含水层静水压力（水柱高m）
探水超前距和帮距经验值（参考数）。
保护煤柱计算
*****工作面保护煤柱留设尺寸的计算根据《煤矿防治水规定》中关于防隔水煤(岩)柱尺寸计算方法，结我矿煤层赋存特征、煤体强度、主要含水层水位标高等实际情况，针对*****上付巷北部的***正断层保护煤柱的留设尺寸，参照下面的经验公式进行计算：20m K 3p 0.5KM L p≥= 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 。
根据*****工作面以及*****上付巷掘进实揭地质资料，预测该地段煤层厚度为2～5.0m(取其最大值5.0m)，且我矿的煤体比较松软破碎，抗拉强度在0.46～1.0之间，水头压力：巷道标高-12～-30m 之间，取-30m 最低标高，L 1～L 4水位标高+45m ，水头压力为0.75MPa ，以此来计算煤柱留设的尺寸。
方法Ⅰ：按K 取2、K p 取0.46计算m)(06.1146.075.03525.0K 3p 0.5KM L p 1=⨯⨯⨯⨯== 方法Ⅱ：按K 取2、K p 取1.0计算m)(5.70.175.03525.0K 3p 0.5KM L p 2=⨯⨯⨯⨯== 方法Ⅲ：按K 取5、K p 取0.46计算m)(65.2746.075.03555.0K 3p 0.5KM L p 3=⨯⨯⨯⨯== 方法Ⅳ：按K 取5、K p 取1.0计算m)(75.180.175.03555.0K 3p 0.5KM L p 4=⨯⨯⨯⨯== 根据上述计算结果，为确保安全，取其最大值30m 作为**正断层保护煤柱的留设尺寸。
计算人员：总工程师：****年***月****日。
煤柱尺寸留设
各种煤柱留设尺寸
井田边界煤柱：30米
阶段煤柱：斜长为60米，若在两阶段留设，则上下阶段各留30米
井田浅部防水煤柱：斜长为50米
断层煤柱：每侧各为20米
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30米，两侧各为30米；
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20米，垂距为10米，回风大巷上方留斜长为20米的煤柱。
采区边界煤柱：20米
采区煤层上山：两巷中间为20米，两侧各为20米；
区段煤柱：斜长10米
平巷掘进速度
说明书内容：
1、采区概况
2、采区设计方案
3、采区各系统
4、采煤方法及回采工艺
5、工作面主要设备
6、通风与安全
7、巷道断面设计。
急倾斜坚硬煤层开采防水煤岩柱留设方法
急倾斜坚硬煤层开采防水煤岩柱留设方法摘要：文章综合分析福建省高陂井田急倾斜煤层开采的实际特点，就开采急倾斜坚硬煤层防水煤岩柱留设方法进行总结与分析，提出预防措施，从而减少或杜绝采掘工作面水害事故的发生。
关键词：急倾斜坚硬煤层隔水煤岩柱留设矿井水害事故是危及矿井安全生产的五大灾害之一，它不但影响该矿井安全生产，而且还造成矿井作业人员的人身安全，甚至还对周边的矿井造成重大财产损失和人员的伤亡，地表水、矿井水和裂隙水灰岩水从矿井采空区、钻孔和砂岩裂隙等导水通道进入井下采掘工作面，通过导水通道的各种矿井水的涌水量超过矿井中央泵房的最大排水能力时，就会造成重大水灾事故。
2011年龙岩市新罗区某矿，由于水文地质情况不明，又未采取必要的措施，巷道掘进遇导水断层导通地下灰岩水。
灰岩水通过导水通道进入采掘工作面，造成井下涌水量突然超过矿井的中央泵房最大排水能力，导致全矿被淹的重大水灾事故。
1 急倾斜坚硬煤层赋存条件福建煤电公司高陂煤矿矿区中井田属童子岩组三段地层，井田范围内有4层急倾斜煤层（13#、18#、19#、23#），岩性为细砂岩、砂质泥岩、泥岩，地层稳定性好，岩石质量好，岩体较完整。
矿区内岩层均为富水性弱至中等的裂隙水，对工作面不会造成危害，含水层补给来源少。
但高陂煤矿周边小窑较多，且小窑入侵严重，存在部分小煤老空积水。
2 防水煤岩柱留设原则①防水煤岩柱留设必须做到科学合理、安全、减少煤炭损失。
②防水煤岩柱留高设必须考虑高陂井田地质构造、水文地质条件、急倾斜煤层特性、开采方法等因素。
③多煤层开采，各煤层的防水煤岩柱必须统筹考虑，因高陂井田的13#和14#的层间距只有4 m，所以开采13#煤层时要同时留设好13#、14#两层煤的隔水煤岩层柱，以免开采13#煤层影响14#煤层的防水煤岩柱，造成防水煤层柱失效。
④防水煤层柱留设计算公式参数选择尽量选用本井田资料，并且适当加大安全系数。
3 高陂煤矿急倾斜坚硬煤层防水煤岩柱留设计算方法高陂井田F0断层接近灰岩水，所以当高陂井田煤层开采至深部时，极易与F0断层伴生断层相连，常常成为含水层间联系的通道，可能把灰岩水导入工作面，造成淹井事故，所以在地质构造比较复杂特别是有预测有断层出现的采掘工作面掘采时必须要考虑如何留设防水煤岩柱，确保矿井安全生产。
浅部煤层露头防水煤柱计算
露头防水煤柱及奥陶系灰岩含水层隔水煤柱计算书一、浅部煤层露头防水煤柱计算：根据《矿井水文地质规程》煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，应按以下公式计算：1、当煤层露头无覆盖或被粘微透水松散层覆盖时：H防=H冒+H保2、当煤层露头被松散富含水层覆盖时；H防=H裂+H保根据上两式计算的值，不得小于20米。
式中 H防-----防水煤（岩）柱高度（m）H冒-----采报冒落带高度（m）；H裂-----垂直煤层的导水裂隙带最大高度（m）；H保-----保护层厚度（m）；a------煤层倾角（°）。
冒落带与导水裂隙带最大高度的经验公式表注：1、表中：M—累计采厚（m）；n---煤分层层数；m----煤层厚度（m）；h---采煤工作面小阶段垂高（m ）。
2、冒落带、导水裂隙带最大高度，对于缓倾斜和倾斜煤层，系指从煤层顶面算起的法向高度；对于急倾斜煤层系指从开采上限首起的垂向高度。
3、岩石抗压强度为饱和单轴极限强度。
本矿井根据勘中间报告本矿井内各煤层均有隐伏露头存在，有风氧化带存在，推测风氧化带宽度为100m 。
本矿井浅部煤层风化带处于，该含水层主要由第三系和第四系孔隙含水层下部，由大气降水的垂直入渗补给。
因此煤层浅部风化带防水保护煤柱按式H 防=H 裂+H 保进行计算。
导水裂隙带（包括冒落带最大高度）：1.52.5n 1.5100H ++=M裂其中：M —累计采厚（m ），4煤取1.19m ，6煤取0.95m ，8煤取2.37m ，13煤取12.21mn —煤分层层数，4、6、8煤取1，13煤取2经计算，4煤裂隙带H 裂=16.65m ；6煤裂隙带H 裂=14.32m ；8煤裂隙带H 裂=28.11m ；13煤裂隙带H 裂=84.39m 。
H 保—保护层厚度（m ），取20m ；则：露头防水煤柱4煤H 防=H 裂+H 保=16.65+20=36.65m6煤H 防=H 裂+H 保=14.32+20=34.32m 8煤H 防=H 裂+H 保=28.11+20=48.11m 13煤H 防=H 裂+H 保=84.39+20=104.39m注：以上计算煤柱厚度为垂高二、13煤层突水系数值及安全防水岩柱计算1、突水系数计算根据《矿井水文地质规程》，“突水系数”计算公式为：s P pT M C =-式中 Ｔｓ-----突水系数〔kgf/(cm 2.m)〕; P-------隔水层承受的水压（kgf/cm 2）; M-------底板隔水厚度（m ）；C P ------采矿对底板隔水层扰动破坏厚度（m ）。
峰峰矿区煤层开采防水煤柱计算留设方法
峰峰矿区煤层开采防隔水煤（岩）柱计算留设方法冀中能源峰峰集团科技发展部关永强前言安全技术措施是指运用工程技术手段消除物的不安全因素，实现生产工艺和机械设备等生产条件本质安全的措施。
防止事故发生的安全技术措施是指为了防止事故发生，采取的约束、限制能量或危险物质，防止其意外释放的安全技术措施。
常用的防止事故发生的安全技术措施有：①消除危险源。
②限制能量或危险物质。
③隔离。
④故障——安全设计。
⑤减少故障和失误。
留设防隔水煤（岩）柱是目前最经济、最安全、效果最好、操作最简单、最常用的一种防治水安全技术措施，留好防隔水煤（岩）柱对保障矿井安全具有十分重要的意义，由于对防水煤柱的留设认识不足和管理不到位等多种原因导致的水害事故，是有着深刻的教训的，这里举2个峰峰集团的例子。
事例一：一矿奥灰突水淹井及损失情况：1960年6月4日一矿1532野青工作面，因接近断层，防水煤柱留设不足，加之采掘破坏，导致断层下盘奥灰强含水层突出，突水量达150m3/min，致使一矿淹井，造成停产9年零5个月，仅堵排水费用高达1660.22万元，损失极为严重。
事例二：孙庄矿奥灰突水淹井及损失情况：1996年11月24日23时40分，因峰峰矿区界城镇北界城小煤矿非法越层越界开采孙庄矿井田边界F6断层防水煤柱，引发断层下盘奥灰强含水层突出，突水量达150m3/min，造成孙庄矿淹井，停产1年零8个月，直接经济损失2.24亿元。
之所以介绍这2个例子无非是提醒在座的各位，从理念上提高对留设防水煤柱安全重要性和巨大经济价值以及对矿井安全的巨大危害的认识程度，提升安全警觉性，做好矿井防治水工作，确保矿井安全正常运转。
下面我就给大家讲一讲防隔水煤（岩）柱的有关问题。
1、防隔水煤（岩）柱的概念在受水害威胁的地段，预留一定宽度和高度的煤层不采，使工作面和水体保持一定的距离，以防止地下水溃人工作面，这部分不采的煤层称为防隔水煤（岩）柱。
2、防隔水煤（岩）柱的类型防隔水煤（岩）柱分为：冲积层防隔水煤（岩）柱，地表水体防隔水煤（岩）柱，煤层露头防隔水煤（岩）柱，水淹区和老空积水区防隔水煤（岩）柱，相邻井田边界防隔水煤（岩）柱、上下水平，相邻采区或相邻工作面防隔水煤（岩）柱，断层防隔水煤（岩）柱，陷落柱防隔水煤（岩）柱、封闭不良钻孔防水隔离煤柱等。
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。
防隔水煤(岩)柱7.20
防隔水煤（ 第一节 防隔水煤（岩）柱的种类和留设原则
二、防隔水煤（岩）柱的留设原则 防隔水煤（ 7．多煤层地区、各煤层的防隔水煤（岩）柱必须统一考虑确 定，以免某一煤层开采影响和破坏另一煤层的煤柱。 8．防隔水煤（岩）柱中必须要有一定厚度的粘土质隔水岩层 或含导性能弱的岩层，否则防隔水煤（岩）柱将无隔水作用。 9．严禁在水体下通过留设防隔水煤（岩）柱的方法开采急倾 斜煤层，以避免发生煤层抽冒。造成重大透水事故。 10．相邻井田的分界处，应当留设防隔水煤（岩）柱，防隔水 煤（岩）柱的尺寸在矿井设计时确定。
防隔水煤（ 第二节 防隔水煤（岩）柱的留设和计算
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防隔水煤（ 煤层与强含水层或导水断层接触，并局部被覆盖时（图17-3）， 防隔水煤（岩）柱的留设要求如下：
图17-3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
防隔水煤（ 第一节 防隔水煤（岩）柱的种类和留设原则
二、防隔水煤（岩）柱的留设原则 防隔水煤（ 1．煤矿防隔水煤（岩）柱的留设必须与矿井地质构造、水文 地质条件、煤层赋存条件及其组合结构方式、围岩物理力学性 质等自然因素密切结合，还应与开采方法、开采强度和顶板管 理方法等人为因素一致。 2．煤矿防隔水煤（岩）柱留设应在开采设计中确定。应当与 开采方式和井巷布局以及防水闸门的留设相适应，否则会给以 后煤柱的留设造成极大困难，甚至造成无法留设的后果。 3．在受突水威胁，但又不宜采用疏放或注浆封堵等其它防 治水方法的地区采掘时，必须留设防隔水煤（岩）柱。
防隔水煤（ 第二节 防隔水煤（岩）柱的留设和计算
防隔水煤（岩）柱的留设和尺寸计算方法主要有四种： 一、经验类比法，参照工程地质和水文地质条件相似的 矿井安全采掘的防隔水煤（岩）柱尺寸，作为本矿区开 采防隔水煤（岩）柱的留设依据； 二、利用理论公式进行计算，如匈牙利的埃斯茨公式 和查姆保公式等； 三、依据《煤矿防治水规定》中的传统方法留设； 四、利用数值法计算或相似模拟试验确定煤柱的合理尺寸。 本节采用《煤矿防治水规定》中提出的关于防隔水煤（岩）柱 的留设和计算方法。
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 。
２ １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 ， Ｅ ３ 矿井 初 步 设计 时 留设 断 层 防水 煤柱 尺寸 为 ５ ～ １０ ｍ， 煤 ２３ ２ 万 吨 ， ０ ０ 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 ： Ｄ７ ５ＴＤ８ ２ ３ Ｔ ４； ２ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３５８ （０ ２ Ｏ 一０ ７０ １ ７—７ １２ １ ） ｌ０ ２ ３
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 ２ ０ 属 ０ ５年 ６ 月 开工 建设 ，０ ８ ９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
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 。
保护煤柱留设标准
xx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；xx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xx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xx：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。
xx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xx：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。
断层上盘防水煤柱合理宽度研究
西
安
科
技
大
学 学
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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 ：１７ ６ ２—９ １ （Ｏ Ｏ Ｏ ０ ２ ０ ３ ５ ２ Ｌ ）５— ５ ３— 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 ７ ０ ５ ； ． １０ ４ ２ 煤炭科 学研究总院 西安研究 院 ， 陕西 西 安 ７ ０ ５ ） １０ ４
关 键词 ：断层 ；防 水煤 柱 ；屈服 区 ；弹性核 区 ；裂 隙 区 中图分 类号 ： Ｄ ８ ３ Ｔ ２ 文献标 志 码 ： Ａ
防隔水煤柱留设设计
12302工作面和12200采空积水区防隔水煤柱留设设计书一、留设防水煤柱的目的：防止12200采空区积水（1.6万m3）溃入新布置的12302工作面。
二、12200采空区和12302工作面水文地质概况：三、煤柱留设的依据和设计计算：1、图纸：采掘工程平面图（1：2000）2、数据：岩移角利用赵坡煤矿岩层移动角资料：上山移动角δ上=δ1=72°下山移动角δ下=δ2=71°防隔水煤柱受到的侧向水头压力（kg/cm2）,2.89 kg/cm2。
12下煤的抗张强度（kg/cm2）,5.87kg/cm2（据《煤矿安全手册》）。
3、根据《矿井水文地质规程》第37条的规定，凡属下列情况之一者，必须留设防水煤（岩）柱：①煤层露头风化带。
②含水、导水或与富含水层相接触的断层。
③矿井水淹区。
④受保护的地表水体。
⑤受保护的通水钻孔。
⑥井田技术边界。
我矿属于上述第三种情况，因而应留设防水煤柱。
4、依据《规程》第38条规定，在水淹区下或老窑（老空）积水区同一煤层中进行开采时，若水淹区或老窑积水区的界限已基本查明，隔水煤柱的尺寸应按下列公式计算：L=0.5KM（3P÷K P）1/2≮20m5、煤柱留设宽度的计算：根据《水文地质规程》计算防隔水煤柱宽度的经验公式：L=0.5KM×（3P÷K P）1/2≮20m其中：L——煤柱宽度（m）K——安全系数（一般2～5），取K=5M——煤厚或采高（m），M=1.60mP——水头压力（kg/cm2），P=2.89 kg/cm2K P——煤的抗张强度（kg/cm2），K P =5.87 kg/cm2那么：L=0.5×5×1.6×（3×2.89÷5.87）1/2=4.86（m）同时《规程》规定：L不得小于20m，因此，所留设的煤柱宽度应为20m。
四、利用采动岩层移动角、冒落裂隙高度及最高水面岩柱宽度Ly验用：我矿单独开采12下煤层时，裂隙带高度依据《矿井中水文地质规程》中公式：H裂=100M÷（3.3n+3.8）+5.1M——累计采厚（取最大值1.65m）n——煤分层层数（取1）则：H裂=100×1.6÷（3.3×1+3.8）+5.1=27.6m12302和12200工作面防隔水煤柱示意图L1= H裂/tgδ1=27.6÷tg72°=9.0（m）L2= H裂/tgδ2=27.6÷tg71°=9.5（m）L= L1+Ly+ L2依据前面计算L=20m则Ly=L- L1- L2=20-9.0-9.5=1.5（m）即：12302和12200两工作面在最大冒落裂隙带处还有1.5m的岩柱，也即防隔水煤柱两边工作面的采空区在最大冒落裂隙带处没有“交手”。
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。
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。
矿井煤柱留设
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。
工作面停采线至上（下）山的煤柱宽度：对薄及中厚煤层约为20m；对于厚煤层约为30～40m。
2、上下山区段平巷之间的煤柱宽度：对薄及中厚煤层约为8～15m。
对于厚煤层约为30m。
3、运输大巷一侧煤柱宽度：对薄及中厚煤层约为20～30m；对于厚煤层约为25～50m。
4、回风大巷一侧煤柱宽度：对于薄及中厚煤层约为20m；对于厚煤层约为20～30m。
5、采区边界两个采区之间的煤柱宽度为10m。
6、断层一侧煤柱宽度根据断层落差及含水等具体情况而定：落差大且含水时留30～50m；落差较大留10～15m；采区内落差小的断层通常不留煤柱。
小煤柱开采对应留设宽度的合理化设计
2021年第3期2021年3月煤矿掘进、开采以及后期维护等均需要在工作面留设一定宽度的煤柱，以确保煤柱上方的覆岩和围岩得到有效控制，进而确保工作面地表不会下沉。
尤其是随着工作面采煤深度的增加和采高的增加，煤矿生产对留设煤柱的依赖性越来越大[1]。
传统煤矿生产中为了保证生产及管理安全，所留设的煤柱宽度较大，从而导致煤炭资源被浪费，回采率较低。
因此，根据巷道稳定性和断面形状确定煤柱留设宽度，对保证工作面回采率，减少煤炭资源浪费具有重要意义。
1工程概述以3045工作面为例开展研究，该工作面采用大采高综采技术进行开采，采高为5m ，工作面顶板、两帮采用“锚杆+锚索+注浆”联合支护方式。
3045工作面的顶底板情况如表1所示。
表13045工作面顶底板情况经探测，3045工作面煤层的厚度为5.65~6.20m ，平均厚度为6.0m ；工作面煤层倾角为2°~7°，平均倾角为5°。
3045工作面煤层的最大涌水量为30m 3/h ，一般情况下的平均涌水量为20m 3/h 。
总的来说，3045工作面围岩的稳定性较好，顶板条件良好，但在开采时预计来压步距较大。
2煤柱留设宽度的初步确定2.1小煤柱开采的合理性分析小煤柱开采为煤矿开采的未来发展趋势，其对巷道布置和工作面顶板及围岩的变形控制具有重要意义[2]。
经统计分析，小煤柱在工作面开采的优势为：a)基于小煤柱开采可提升工作面煤炭资源的回采率，进而减少煤炭资源的浪费。
与传统大煤柱开采相比，小煤柱开采具有明显优势。
b)基于小煤柱开采可提升工作面开采巷道的稳定性，具体表现为，采用小煤柱开采时需保证内部的破坏区域较小，即小煤柱具有较好的完整性，可承担由于回采所传递的动载荷。
c)小煤柱开采与传统大煤柱开采相比，大煤柱开采破坏区域较大，导致传统锚杆支护手段效果无法满足要求，而小煤柱开采对应锚杆的支护效果较好。
鉴于小煤柱开采的优势，拟将小煤柱开采应用于3045工作面的开采工作中。
导水构造防隔水煤(岩)柱的计算方法
煤炭与化工Coal and Chemical Industry第43卷第11期2020年11月Vol.43 No. 11Nov. 2020地测与水害防治导水构造防隔水煤（岩）柱的计算方法刘阔林，曹栋，白辉辉（冀中能源峰峰集团有限公司羊东矿，河北邯郸056201）摘要：矿井生产期间，开采煤层受底板承压水威胁时，往往因导水构造的影响造成突水淹井事故，因此，需对导水构造留设合理的防隔水煤（岩）柱，避免水害事故的发生。
以往对导水构造防隔水煤（岩）柱的留设主要以绘图法为主，留设煤柱尺寸虽合理，但在思想逻辑 上不易于理解。
本文通过将导水构造防隔水煤（岩）柱留设的实际问题转换为数学问题，建 立数学模型，通过对煤岩层的赋存状态及导水构造的发育形态进行分析、总结，确定了固定的计算公式，准确、合理的计算出导水构造防隔水煤（岩）柱尺寸。
关键词：底板承压水；防隔水煤（岩）柱；计算公式中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：2095-5979 （ 2020 ） 11-0055-04Calculation of water-retentive structuralcoal (rock) columnsLiu Kuolin, Cao Dong, Bai Huihui(Yangdong Mine, Jizhong Energy Fengfeng Group Corporation Ltd., Handan 056201, China )Abstract : During the production period of the mine, when the coal seam is threatened by the bottom pressure water, it often causes sudden flooding accidents due to the influence of the water-bearing structure. In the past, the retention ofwater —suppressing coal (rock) columns in water-suppressing structures was mainly based on the drawing method, andalthough the size of coal columns was reasonable, it was not easy to understand the logic of the idea. In this paper, byconverting the practical problems of water-ducting structure coal (rock) column retention into mathematical problems andestablishing a mathematical model, and by analyzing and summarizing the coal bed state and the development pattern ofwater —ducting structure, a fixed calculation formula was established to accurately and reasonably calculate the size of water —ducting structure coal (rock) column retention.Key words : base plate bearing water; watertight coal (rock) column; calculation formula0引言羊东井田水文地质类型为极复杂型矿井，随着矿井开采水平的不断延深，采煤工作面承受的底板 奥灰地下水压力也逐渐增大，开采期间发生突水事 故的可能性也尤为凸显。
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日益 突 出 ， 了延 长矿 井 服务年 限 ， 为 缓解采 掘 接替 紧
张局 面 ， 三 １ ０ １工作 面 的回采 上限 由原 设 计 的 将 －１ ３
一
１ ０ｍ 提 高 到 目前 的 一１０～ 一１０ ｍ， 岩 柱 高 ７ ２ 进 行 分 析 ， 。１３ 结合 相 邻 矿 井 成 功 提 高 回 采 上 限 的 实 践 经 验 ， 充 分 在
论 证 的基 础 上 将 工 作 面 的 回采 上 限 由 一１０ ｍ 提 高 至 一１０一 一１０ ｍ， 水 煤 岩 柱 由 ５ 缩 小 至 １ ７ ２ ３ 防 ０ｍ ２～ｌ ５ ｍ， 炭 资 源 得 以充 分 安 全 回 收 ， 解 了采 掘 接 替 紧 张 的 局 面 ， 济 效 益 显 著 。 煤 缓 经
层含 水层 有 ３～６层 ， 厚 约 ２ 埋 深 在 ６ 以 累 ５ ｍ， ６ｍ
下 ， 于承压 水 ， 属 富水 性 中等 含 水层 为 承 压 水 层 ， 富
水性 属 于 中等偏 弱类 型 。再 下面 为第 三系半 固结 砂 及砂 卵石 孔 隙含水 层 ， 富水性 中等 ； 新生 界松 散砂 层 各孔 隙含 水层 （ ） 组 水位 标 高一 般 在 ＋２ ９～ ＋３ Ｏｍ， 具有 自上 而下 富水 性 也 由强 变 弱 的特 点 ， 位 涌 水 单
改扩 建 至 １ ０万 ｔａ 目前 核定 生产 能力 ２ ５万 ｔａ ８ ／， ２ ／。
随着 矿井 生 产 能力 的 迅速 提 高 ， 炭 资 源 紧 缺 问题 煤
采 区 内以新生 界 冲积 、 积松 散沉 积物 为主 ， 湖 沉 积旋 回稳定 ， 由砂 、 含砾 砂 、 土及砂 质黏 土等 组成 ， 黏
２１ ０２年第 ４ 期
中州 煤 炭
总第 １６期 ９
工 作 面 防水 煤 岩 柱 合 理 宽 度 设 计
杨 为振 ， 振 明 ， 苏 彭 坤 ， 小 庆 蒋
（ 南神 火煤 电股 份 有 限公 司 新 庄 煤 矿 ， 南 永 城 河 河 ４６０ ） ７６ ０
摘要 ： 散含水层下采煤也称水体下采煤 ， 松 防水 煤 柱 留设 过 大 ， 资 源 浪 费严 重 ； 小 ， 安 全 无 法保 障 。 针 则 过 则
由原设 计 的 ５ ０ ｍ缩 小 至 １ ２～１ 并 回收 煤 炭 １ ５ ｍ， ５ 万 ｔ 三 １０ １工作 面 的成 功 回采 ， 。 一１３ 为该 矿 其 他 工
作 面乃 至 整 个 永 城 矿 区 回采 上 限 的提 高 积 累 了经
验。
１ 三 １ ０ １工 作 面 概 况 一１ ３
２ 工 作 面 地 质 与 水 文 地 质
工作 面南 高 北 低 ， 体上 为 一倾 斜 向北 的单 斜 总 构 造 ， 均倾 角 ７ ， 质构 造 较 简单 ， 工作 面 掘 进 平 。地 在
三，１０ １工作 面 为 综 采 工 作 面 ， 于 三 煤 组 ．１３ 位 １ １采 区 的东 南 部 ， 、 分 别 为 未 掘 进 的 １ ０ １工 东 西 １１
作 面和 １０ １工作 面 ， １７ 北为 三 煤东 轨道 巷 ， 为三： 南
等偏 强 ， 但不 均一 ； 四系 下 部 细 中砂 含 水 组 ， 砂 第 其
ｍ ｄ 其 中以上 部 ２层 富水 性 较好 ， 质 也 由重 碳 酸 ／， 水
变为 重碳 酸 硫 酸 及 硫 酸 钠 钙 型 ， 化 度 为 ０ ２ 矿 ． ０— ３ ２ ／ ， 见 其 地下 水 补 给 和水 交 替 条 件 亦 由 强 ． ２ｇ Ｌ 显 变弱 。各 含水 组 间一般 都发 育有较 稳定 的黏 土隔 水
关 键 词 ： 体 下 采煤 ； 水 回采 上 限 ； 岩 柱 留设 煤 中 图 分 类 号 ：Ｄ ２ ．３ Ｔ ８ ３ ８ 文 献标 志码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ３— ５ ６ ２ １ ）４— ０ ５— ２ １０ ００ （０ ２ ０ ０ ２ ０
河 南神 火煤 电股 份 有 限公 司新 庄煤 矿 为神 火集
团 主力 生 产 矿井 ， 计 生 产 能 力 ９ 设 ０万 ｔａ １ ９ ／ 。 ９ ８年
过程 中先后 揭 露 落 差 ２～３ｍ 的断 层 ３条 （ Ｆ 、 Ｆ 、 ：
Ｆ ） 在 掘进 过程 中局 部 有 淋 水 现象 ， 作 面 掘 进期 ，， 工
间 涌 水 量 为 ２～ ｈ ５ｍ ／ 。
水性 ， 又可 自上 而下 划分 为 ３—５个含 水组 。第 四系 上 部粉 细砂 层含 水 组埋 深 ＜ Ｏ ｍ， １～ ２ 由 ３层 粉 、 细 砂组成 ， 以粉 砂 为 主 ， 累厚 约 １ 属 于潜 水 ， ０ ｍ， 富水 性 较强 ， 质较 好 ； 四 系 中部 粉 细 、 中砂 含 水 组 水 第 细 埋深在 ２ ０～６ 由 ２～５层 砂 层 组 成 ， 细 砂 为 ６ｍ． 以 主， 含水 砂层 累厚 １ ５～２ 属 于承 压 水 ， ０ｍ， 富水 性 中
量 ６ ５ ２～ ． ３ ／ ｓ ｍ） 渗 透 系 数 ９ ６ ６～ ． ６ ． ３ ０ ０ ６Ｌ （ ・ ， ． １ ００４
煤 隐伏 露头 。工 作 面标 高 一２ ０一 一１０ ｍ， 面 标 １ ２ 地 高 ＋ １ ５ｍ， 作 面 埋 深 １０～２ ０ ｍ， 作 面 倾 斜 ３ ． 工 ５ ４ 工
长 ８ ０ｍ， 向 宽 １０ｍ， 面 面 积 １ ０ 走 ５ 采 ２万 ｍ ， 层 平 煤
均 厚 度 １ ７ ｍ； 面 地 质 储 量 ２ ． ． 采 ７ ８万 ｔ 可 采 储 量 ， ２． ７ ３万 ｔ顶板 岩 性 为砂 质 泥 岩 、 岩 等 ， 层 风 氧 ， 砂 岩
化 带 ８～１ ０ ｍ。