断层条件下防水煤岩柱的合理留设
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。
防水煤柱的留设
屯兰矿防水煤柱留设设计说明按照新颁布实施的《煤矿防治水规定》，结合屯兰矿实际情况，防隔水煤（岩）柱的留设按下列进行。
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40m。
2.水文地质复杂型到极复杂型的矿井，应根据煤层赋存条件、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。
1）多煤层开采，当上、下两层煤的层间距小于下层煤开采后的导水裂缝带高度时，下层煤的边界防隔水煤（岩）柱，应根据最上一层煤的岩层移动角和煤层间距向下推算（下图a）。
2）当上、下两层煤之间的垂距大于下煤层开采后的导水裂缝带高度时，上、下煤层的防隔水煤（岩）柱，可分别留设（下图b）。
图6-7多煤层地区边界防隔水煤（岩）柱留设图H L—导水裂缝带上限；Ｈ１、Ｈ２、Ｈ3—各煤层底板以上的静水位高度；γ—上山岩层移动角；β—下山岩层移动角；Ｌ１y、Ｌ２y—导水裂缝带上限岩柱宽度；Ｌ１—上层煤防水煤柱宽度；Ｌ2、Ｌ3—下层煤防水煤柱宽度导水裂缝带上限岩柱宽度Ｌy 的计算，可采用以下公式：Ly=10H L -H ×sT 1≥20m 式中： T s ——水压与岩柱宽度的比值，可取１。
地表水体防隔水煤（岩）柱的留设地表水体防隔水煤（岩）柱的留设，可根据《煤矿测量规程》和《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的规定，屯兰河、原平河、大川河2#煤层保护煤柱设计的地表移动角︒β=︒γ=︒δ=70°，8#煤层和9#煤层保护煤柱设计的地表移动角︒β=︒γ=︒δ=75°。
研究区发育有屯兰河、原平河、大川河，防隔水煤柱的留设计算公式为：︒=βtan HL ≮20m 式中：L —煤柱留设的宽度（m ）；H —开采厚度（m ）； ︒β—地表移动角（°）；断层带防水煤柱宽度的计算与留设按《矿井水文地质规程》，在煤层位于含水层上方，断层又导水的情况下，防隔水煤柱的留设原则，主要应考虑两个方向上的压力。
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。
保护煤柱留设与防水安全煤岩柱计算规范标准
天健矿业集团股份保护煤柱留设及防水安全煤岩柱计算规天健矿业集团股份二0一二年七月十五日目录一、保护煤柱的留设 (3)（一）基本概念和参数 (3)1、岩层移动角 (3)2、下沉系数（η） (4)3、围护带宽度 (5)（二）保护煤柱的留设方法 (5)二、防水安全煤岩柱的计算 (7)1、目的和意义 (7)2、计算公式 (8)一、保护煤柱的留设（一）基本概念和参数1、岩层移动角指在充分采动情况下，采空区上方地表最外侧的裂缝位置和采空区边界的连线与水平线之间在煤壁一侧的夹角。
符号为：下山移动角β；上山移动角γ；走向移动角δ；急倾斜煤层底板移动角λ；表土移动角ψ。
详见附图一。
附图一岩层移动角参数表附表1 序号名称符号取值围备注1 下山移动角ββ=δ-（0.6-0.7）αβ与煤层倾角成反比。
α为煤层倾角2 上山移动角γ55-60°3 走向移动角δ55-60°4 底板移动角λ55-60°用于急倾斜煤层5 表土移动角ψ45-50°干燥土层取大值，含水土层取小值说明：因本公司下属煤矿暂无实测岩移数据，表中数据仅供参考。
2、下沉系数（η）指在充分采动情况下，开采水平煤层时的地表最大下沉量与采高（多煤层开采时取累计采高）之比。
在开采倾斜煤层时，由于上覆岩层大致沿岩层法线方向弯曲，最大下沉区的移动基本上是法向移动，最大下沉量应为法向移动量的垂直分量，因此，下沉系数等于最大下沉量除以煤层倾角余弦值与采高的乘积。
下沉系数的大小与上覆岩层的坚固性系数成反比，与采煤方法、顶板管理方式和开采面积有关，与采深关系不大。
下沉系数表附表23、围护带宽度指建筑物边界与保护边界线之间的安全距离，一般取10-15m。
（二）保护煤柱的留设方法1、当建筑物、水体或其它保护对象的保护边界线与煤层走向基本平行时，可直接参照附表1中的参数确定保护煤柱边界。
作图方法如附图二。
2、当保护边界线与煤层走向斜交时，应根据附表1中的基岩移动角求得垂直于保护边界线方向（伪倾斜）的上山移动角γ＇和下山移动角β＇，然后再确定保护煤柱边界。
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。
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 。
防隔水煤岩柱的留设
三、防隔水煤〔岩〕柱的留设原则
4. 防隔水煤（岩）柱一般不能再利用，故应在安全可靠的基础上 把煤柱的宽度和高度降低到最低限度，以提高资源利用率。也可 以采用充填法、条带法，疏水降压和含水层改造等方法，消除水 患威胁，创造少留煤柱的条件。 5. 煤矿防隔水煤（岩）柱一经确定，不能随意变动，严禁在各类 防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动。在水体下开采，提高采煤上 限的必须经省级煤炭行业管理部门审批。 6. 防隔水煤（岩）柱留设和计算所需要的数据，必须在本地区通 过试验确定，邻区或外地的数据只能参考。如果需要采用，应结 合本地情况适当加大安全系数。
二、防隔水煤〔岩〕柱的种类
根据《煤矿防治水规定》和《煤矿安全规程》，防隔水煤 （岩）柱主要有以下7种。 1. 煤层露头防隔水煤（岩）柱； 2. 断层防隔水煤（岩）柱； 3. 水淹区和老空积水区下防隔水煤（岩）柱； 4. 地表水体防隔水煤（岩）柱； 5. 钻孔和陷落柱防隔水煤（岩）柱； 6. 相邻井田边界防隔水煤（岩）柱； 7. 上下水平、相邻采区或相邻工作面防隔水煤（岩）柱。
a
M 〔17-6〕
tan sin tan
三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防 隔水煤〔岩〕柱的留设和计算
图17-5 防隔水煤〔岩〕柱尺寸L计算示意图
❖ Ha值应当根据矿井实际观测资料来确定，即通过总结本矿区在断层附 近开采时发生突水和平安开采的地质、水文地质资料来确定。
三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防 隔水煤〔岩〕柱的留设和计算
——隔水层的平均重度， MN/m3；
Kp——隔水层的平均抗拉强度，MPa； p——隔水层承受的水头压力，MPa。
四、煤层位于含水层上方且断层导水和不导水时防隔水 煤〔岩〕柱的留设和计算
断层防护煤柱留设
附录五 “安全隔水厚度”和“突水系数”计算公式：4L t KP =式中：t----安全隔水厚度（m ）；L----采掘工作面底板最大宽度（m ）；r----隔水层岩石的容重（t/m3）;KP---隔水层岩石的抗张强度（t/m3）;H----隔水层底板承受的水头压力（tf/cm2）。
附图4—1（略）s P p T M C=- 式中 Ｔｓ-----突水系数〔kgf/(cm 2.m)〕;P-------隔水层承受的水压（kgf/cm2）;M-------底板隔水厚度（m ）；CP------采矿对底板隔以的扰动破坏厚度（m ）。
按式（1）计算，如底板隔水层实际厚度小于计算值时，就是不安全的。
按式（2）计算，就全国实际资料看，底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.6，正常块段不大于1.5。
附录入 各类防隔水煤（岩）柱的留设一、煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按以下公式计算：1、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、煤层露头被松散富含水层覆盖时（见附图8-1）；H 防=H 裂+H 保根据上两式计算的值，不得小于20米。
式中（H 冒）、裂高（H 裂）的计算参照附录七。
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（°）。
二、含水或导水断层防隔水煤柱的留设（附图8—2）可参照以下经验公式计算：0.5L = ≮20m式中： L----煤柱留设的宽度（m ）K----安全系 （一般取2—5）；M-----煤层厚度或采高（m ）；P-----水头压力（kgf/cm2）；KP----煤的抗张强度（kgf/cm2）。
三、煤层与强含水层或导水断层接触，并局部被覆盖时（附图8—3），防水煤柱的留设：（图）1、当含水层顶面高于最高导水裂隙带上限时，防水煤柱可按附图8—3a 、b 留设。
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。
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。
留设防隔水煤(岩)柱设计方案
留设防隔水煤柱设计方案山西陆合集团基安达煤业有限公司二〇一四年二月基安达煤业留设防隔水煤（岩）柱设计方案一、巷道防隔水煤柱留设(一)、可采煤层概况根据《山西陆合集团基安达煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》第三章资料显示：井田内共含有11层煤，其中含可采煤层3层。
根据勘探程度及井田开拓布置根据勘探程度及井田开拓布置，3号煤层作为矿井的一个辅助水平，划分为一个采区；10号煤层划分为两个采区；井下11号煤层根据巷道布置共分为四个采区。
矿井首期开采地段位于井田西部的11号煤层，将该区域划为一采区（1101采区）。
全井田共划分为7个采区，采区编号为0301（3号煤层）；1001、1002（10号煤层）；1101、1102、1103、1104（11号煤层）。
采区接替顺序如下：1101采区（先期开采地段）→1001采区→1102采区→1002采区→1103采区→0301采区→1104采区。
①山西组的3号煤层为稳定全区可采煤层。
②太原组的10号煤层为较稳定大部可采煤层。
③太原组的11号煤层为稳定全区可采煤层。
现分述如下：1、3号煤层下距K7砂岩底5.30—10.70m，平均8.92m左右。
煤层厚度1.28—2.80m，平均2.39m；不含夹矸，结构简单。
属全区稳定可采煤层。
煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、局部为粉、细砂岩；底板大都为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩。
2、10号煤层位于太原组下部，上距7号煤层35.30—44.20m，平均39.06m。
厚度0—1.60m，平均1.29m，一般不含夹矸，结构简单。
煤层顶板为砂质泥岩、细砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。
在603号钻孔见该煤层，井田东南部矿井在开拓11号煤层时见该煤层，厚度在1.20—1.30m左右，属较稳定大部可采煤层。
3、11号煤层位于太原组下部，上距10号煤层5.32—9.83m，平均7.36m。
厚度2.60—3.65m，平均3.17m，一般不含夹矸，局部含1层夹矸，结构简单。
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。
断层防水煤岩柱留设
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：
• 式中 L——顺层防水煤柱宽度(m)； A——安全系数(一般取2～5)； M——煤层厚度或采高(m)； P——隔水层所承受的水压(MPa)； Kp——煤的抗张强度（MPa）。
当岩层与断层间夹角(与断层走向正交剖面上的锐角)较小时， 应考虑底板突水的可能性，并用底板防水岩柱厚度来校验：
L Ha
sin
返回
（三）煤层位于不导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设
1、含水层高于冒裂带时，煤(岩)柱的留设 2、含水层在冒裂带高度以内时，煤(岩)柱的留设 3、含水层低于煤层时，煤(岩)柱的留设
返回
1、含水层高于冒裂带时煤(岩)柱的留设
①δ＞θ时，
L (L2 L L1) L2 L1 (
H
2 a
h2
返回
1、含水层位于冒裂带上限附近时，煤(岩)柱的留设
含水层位于冒裂带上限附近时,断层防水煤柱的留设方法与“煤层位于 导水断层下盘时”相同。
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
L L1 L2 L3
H
2 a
h2
H ml
tg
H ml h
)
( Hml
tg
H ml
tg
)
h
tg
式中 h——含水层至冒裂带高度(m)。
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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
（）断层 面特 征 。矿 区地 质 图 及 综合 水 文 地 质 １ 图显 示 ，Ｉ 层 平 面形 态 近 似呈 “ ” 。由统 计 资 Ｆ ４断 Ｓ形
井、 中央 石 门 、 中运输 大巷 两翼 盘 区开拓方 式 ， 田 集 井
收 稿 日期 ：０ １Ｉ 一９修 改 日期 ：０ １１ —７ ２ １一Ｉ０ ； ２ １ ２０
明显 ＿ ： Ｉ 层 在 走 向上 不 同 位 置 其 倾 角 变 化 较 ５ Ｆ ４断 ＿ 大 。１ 勘 探 线 以南 断层 产 状 较 陡 ， 角为 ６。１ １ 倾 Ｏ；ｌ线
含水 层水 头 压 力 为 ３ ８ＭＰ ， 水 系 数 已达 ０ １以 ． ａ 突 ．
上 ， 而 受 区域 构 造 的 影 响 ， 田发 育 组 合 断 层 １ 然 井 ９ 条， 落差 大于 １ ０ｍ 的断层 ７ ， ０ 条 断层 密度 极高 ， 均 且
隙广 泛发 育 ， 类 断 层 （ 层 带 ） 了具 有 导 水 性 质 该 断 除 外［ 其 断 裂带 本 身 就是 一 个 含水 体 ， 些 断 层 两盘 ， 有 的导 水裂 隙带 十分 发 育 ， 具 有 一 定 的宽 度 ， 断层 且 在
作者简 介： 刘磊磊 （ ９４ ， ， １８ 一）男 安徽阜阳人 ， 安徽 建筑工业 学院硕 士生 ； 宣 以琼 （ ９５ ， ， １６ 一） 女 安徽肥东人 ， 博士 ， 安徽建筑工业学 院教授 ， 高级工程师 《 工程与建设》 ２ １ 年 第 ２ ０２ ６卷第 １期 ２ ７
一
０ 引
言
水平 标高 － ４ ０ｍ。根据 钻 探 资料 ， 田内所 见地 ４ 井
层 自下 向上 分别 为奥 陶系 、 石炭 系 、 二叠 系 、 三系 和 第 第 四系 ， 采 煤 层 为 二 叠 系 下 石 盒 子 组 及 山西 组 的 主
７ 、１ ８ 、 ０ 层 。矿井投 产 初期 ， ２８ 、２ １ 煤 曾受 到第 四系底
料可 知 ， 断层 延展 方 向 ， 层 在剖 面 上 的 变化 特 征 顺 断
力６ ０万 吨／ ， 计 服 务 年 限 ５ 年 设 ２年 。２ ０ ０９年 １ ２月 经上 级 主管 部 门核 定 生 产 能 力 为 １０ 吨 ９ ５２ ２ ０］ ５ 号文 ） 。井 田南北长 ４ ５ｋ 东 ． ｍ， 西宽 ０ ５ ５ ４ｋ 面积 ２ ． ５ ｍ ． ～ ． ｍ， １ ６ ０８ｋ 。矿 井采 用立
在 过去 的 １ ０年 里 ， 发 生 各 类 矿 井 水 害 事 故 共
１ ０ 余起 ， ０ ４ 死亡近 ６ ０ 人 ， ０ 经济损失达 ３ 亿元人 民 ０ ５ 币 。每 生产 百万 吨原 煤 因水 害 死亡达 ０３ ５ ， 中 ．７ 人 其 作 为 中国 主要煤炭 生产 基 地 的 华北 华 东 地 区受 水 害
断 层 条 件 下 防水 煤 岩柱 的合 理 留设
刘 磊 磊 ， 宣 以琼 ， 杨 本 水
（ 安徽建筑工业学 院 土木工程学 院， 安徽 合肥
摘
２０２） ３ ０ ２
要： 准确分析采区附近主要地质构造 和水源水力联系情况 ， 得出采区主要充水水源为通过 Ｆ ４断层导通的奥灰岩溶水 。文章 Ｉ
防水 煤岩 柱 留设 过 程 中 ， 往往 只注 意 了掘进停 头 到断
为张性 正 断层 ， 导致 突 水 系 数进 一 步 加 大 ， 断层 的位
置 、 数 与导水 性并 非 全 部 清楚 ， 不 采 取行 之 有 效 参 若 的 防治措施 ， 掘过程 中极 易 产生 突 水 （ ０ ７年 ５月 采 ２０
威胁 的煤 炭 资源 占已探 明资 源 量 的 ２ ％［ 防水煤 ７ 。 岩柱 的留设不 合理 ， 成断 层或 其他 含水体 水 突人矿 造
井 。对 于一些 大 型导水 断裂 ， 由于断层 两 盘 的牵引裂
部 含水层 及煤 层顶 底板砂 岩 裂隙水 的威胁 ， 后经 产学
研联 合攻 关并 采取 相应 的治理 对策 ， 害问题 已基本 水 得 到解决 。主采 的 １ 煤 层底板 太原 组石灰 岩溶 裂隙 ０