保护煤柱设计

1、建筑物下采煤的建筑物下采煤的4条技术路线：条技术路线：留设保护煤柱留设保护煤柱建筑物搬迁建筑物搬迁减小开采引起的变形减小开采引起的变形提高建筑物抗变形能力提高建筑物抗变形能力2-2 建筑物保护煤柱设计建筑物保护煤柱设计保护煤柱保护煤柱是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上述保护对象不受开采影响的那部分煤炭。留设保护煤柱是保护岩层内部和地表建筑物、构筑物免受开采影响的一种比较可靠的方法。缺点：1、有一部份煤炭留在地下暂时或永远不能采出，造成大量煤炭资源的损失，缩短矿井生产年限；2、由于留设保护煤柱，是采掘工作复杂化和采掘工程量增大，还会导致局部矿压集中，给矿井生产造成危害。

2、工业场地建筑物和构筑物，矿井主要通风机工业场地建筑物和构筑物，矿井主要通风机房及其风道等设施。房及其风道等设施。国务院明令保护的文物、纪念性建（构）筑国务院明令保护的文物、纪念性建（构）筑物。物。采用不搬迁或就地重建采煤在技术上不可能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。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需要留设保护煤柱的地面建筑物需要留设保护煤柱的地面建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采后重要建筑物或构筑物所在的地表可能产生

3、抽冒、切冒、滑坡等形式的塌陷漏斗坑、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）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。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，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。方法经济上不合理的。需要留设保护煤柱的地面建筑物需要留设保护煤柱的地面建筑物 重要河（湖、海）堤、库（河）坝、船闸、重要河（湖、海）堤、库（河）坝、船闸、泄洪闸

4、、泄水隧道和水电站等大型水工建泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑工程。筑工程。 高速公路、机场跑道。高速公路、机场跑道。建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程与压煤开采规程中华人民共和国国家煤炭工业局，中华人民共和国国家煤炭工业局，2000.6保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理在保护对象的下方留一部分煤炭不开采，使其在保护对象的下方留一部分煤炭不开采，使其周围的煤炭开采对保护对象不产生危险性的移周围的煤炭开采对保护对象不产生危险性的移动和变形。动和变形。-50-100-150-200建筑物受保护面积建筑物受保护面积 地面建筑物本身的面积地面建筑

5、物本身的面积建筑物周围增加了围护带后扩展的面建筑物周围增加了围护带后扩展的面积积增加围护带的目的：增加围护带的目的：抵消留设保护煤柱时移动角的误差抵消留设保护煤柱时移动角的误差抵消井上下位置关系确定不准确误差抵消井上下位置关系确定不准确误差 建（构）筑物保护等级与围护带宽度建（构）筑物保护等级与围护带宽度 建 筑 物 保建 筑 物 保护等级护等级III围 护 带 宽围 护 带 宽度度(m)2015105围护带尺寸取决于建筑物的重要性和破坏后围护带尺寸取决于建筑物的重要性和破坏后的后果。的后果。工业广场煤柱；工业广场煤柱；风井煤柱；风井煤柱；铁路煤柱；铁路煤柱；村庄煤柱。村庄煤柱。毕业设计为保护

6、地面建筑物需留设的煤柱毕业设计为保护地面建筑物需留设的煤柱 保护煤柱留设参数保护煤柱留设参数1）移动角）移动角岩层（基岩）移动角岩层（基岩）移动角 、 、 煤层倾角煤层倾角50时时, = , = -0.5 黄土层黄土层 = 55 松散层移动角松散层移动角 风化堆积物风化堆积物 =45 富水坡积物或砂层富水坡积物或砂层 =35 h h 采深不同，煤柱留设宽度不同，采深愈大，煤柱留设采深不同，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，煤柱留设宽度愈大宽度愈大。冲积层愈厚，煤柱留设宽度愈大2）围护带）围护带保护面积保护面积=建筑物本身建筑物本身+围护带围护带围护带的：围护带的：抵消移

7、动角的误差测量中井上下抵消移动角的误差测量中井上下位置不准确误差位置不准确误差围护带尺寸取决于建筑物的重要围护带尺寸取决于建筑物的重要性和破坏后的后果。性和破坏后的后果。保护等级保护等级 宽度宽度(m) 20 15 10 5三、垂直三、垂直剖面剖面法设计保护煤柱法设计保护煤柱作图法作图法:沿煤层走向和倾向作剖面，在剖面上由岩层移沿煤层走向和倾向作剖面，在剖面上由岩层移动角确定煤柱宽度，并投影到平面图上，得到动角确定煤柱宽度，并投影到平面图上，得到保护煤柱边界。保护煤柱边界。所需资料所需资料：移动角移动角煤层底板等高线煤层底板等高线井田地质剖面井田地质剖面井上下对照图井上下对照图C ( k )m

8、A ( q )-3503m23p 2 - 6B ( q )D ( k )-300-250-200-1502c b d dmka aqcnn2b2-100nm2 m1hn12n 3q q21qqkkh1k- 3 0 0- 3 5 0k3- 1 0 0- 1 5 0- 2 0 0- 2 5 02结果为结果为对称的梯形。对称的梯形。注意的问题：梯形上注意的问题：梯形上下边与煤层走向平行。下边与煤层走向平行。作图法比较简单，但作图法比较简单，但增大了煤柱尺寸，煤增大了煤柱尺寸，煤柱损失较大。柱损失较大。垂直剖面法煤柱尺寸的计算垂直剖面法煤柱尺寸的计算nHBlsBmsqAHAhtgtghHlB)(tgt

9、ghHqA)(倾倾向向剖剖面面上上4 4、垂线法（、垂线法（计算法）计算法）设计保护煤柱设计保护煤柱 计算从保计算从保护边界所护边界所做的垂线做的垂线长度长度d Ddldqd A1aal2ala - 4 0 0- 3 0 0 bqc d a c b b blbC2qqcc1c 1 0 0- 2 0 0- 1 0 001 5 0Bs = hctg 垂线计算垂线计算过a、b、c、d角点，分别作垂直ab、bc、cd和ad直线的垂线，la1和lb，qb和qc1，qc2和qd，la2和ldcos1)(cos1)(tgctgctghHltgctgctghHqiid Ddldqd A1aal2ala - 4

10、 0 0- 3 0 0 bqc d a c b b blbC2qqcc1c 1 0 0- 2 0 0- 1 0 001 5 0B涉及单独线条的保涉及单独线条的保护护对于每条线来说，对于每条线来说，只有伪倾斜上山方只有伪倾斜上山方向的移动角向的移动角 或伪或伪倾斜下山方向的移倾斜下山方向的移动角动角 ；埋深变化，垂线长埋深变化，垂线长度不同度不同d Ddldqd A1aal2ala - 4 0 0- 3 0 0 bqc d a c b b blbC2qqcc1c 1 0 0- 2 0 0- 1 0 001 5 0B垂线法设计保护煤柱分析垂线法设计保护煤柱分析 铁路保护煤柱留设铁路保护煤柱留设以下

11、情况需要留设铁路保护煤柱：以下情况需要留设铁路保护煤柱：1、国家一级、二级铁路；、国家一级、二级铁路；2、国家三级铁路：薄及中厚煤层、国家三级铁路：薄及中厚煤层H/M60 厚煤层及煤层群厚煤层及煤层群H/M80；3、工矿专用铁路：薄及中厚煤层、工矿专用铁路：薄及中厚煤层H/M40 厚煤层及煤层群厚煤层及煤层群H/M60；4、铁路隧道：全长大于、铁路隧道：全长大于20m的铁路桥，一、二的铁路桥，一、二级铁路线上的一、二级铁路车站；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、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；不合理的铁路及其建筑物；6、有严

12、重滑坡危险又难以处理的铁路线；、有严重滑坡危险又难以处理的铁路线；铁路保护煤柱留设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以铁路保护煤柱为例推导任意剖面处垂线长度长度已知条件已知条件: 铁路与煤层斜交，交角为铁路与煤层斜交，交角为表土层厚表土层厚h，移动角移动角 ，基岩移动角为基岩移动角为 ， 和和 煤层各点的埋深煤层各点的埋深Hi和真倾角和真倾角 铁路路基和其两侧围护带宽度之和为铁路路基和其两侧围护带宽度之和为TlhlThqBHSBHShAAlA-40q0-2020STBSq铁路保护煤柱留设铁路保护煤柱留设铁路直线段保护煤柱总宽度铁路直线段保护煤柱总宽度W=T+2S+l+qS=h

13、ctg lhlT hq BHSBHS hAAq lhlhHlhhHtglAlAqhqhHqhhHtgqBqB铁路保护煤柱留设铁路保护煤柱留设qhlhtgqltgqhHtgtglhHtgBA1ctgtgctghHtgtghHlAA1ctgtgctghHtgtghHqBB铁铁路路保保护护煤煤柱柱留留设设 CFEp2-10DCED伪倾斜角伪倾斜角、真倾斜角、真倾斜角 和和 角的关系角的关系EF=CEtg ，EF=ED tg ，CE/ ED = cos CEtg =ED tg ，tgtg=cos=cos tg tg cos1)(1)(cos1)(1)(ctgtgctghHctgtgctghHqctgt

14、gctghHctgtgctghHlBBAA铁路保护煤柱留设铁路保护煤柱留设lhlThqBHSBHShAAlA-40q0-2020STBSq铁路保护煤柱留设铁路保护煤柱留设铁路直线段保护柱煤柱总宽度铁路直线段保护柱煤柱总宽度W=T+2S+l+qS=hctg ctg 2 =ctg 2 cos2 +ctg 2 sin 2 ctg 2 =ctg 2 cos 2 +ctg 2 sin 2 3 3、伪倾斜基岩移动角和真倾斜基、伪倾斜基岩移动角和真倾斜基岩移动角的关系岩移动角的关系 、 、 下山、上山和走向移动角下山、上山和走向移动角 保护面积边界线与煤层走向所夹的锐角，保护面积边界线与煤层走向所夹的锐角，

15、单元开采下沉盆地单元开采下沉盆地 xK SbHb Hpc1M ( x , y )1yLPbaboacH下半部分椭圆方程下半部分椭圆方程2121xbay22220 xy dyabdx22xy dyab dx 处斜率椭圆切点微分12222byax22dybxdxay 11( ,)M x y)(点斜式方程直线方程KL21112122222211112222221111()xbyyxxaya y ya yb x xb xa y yb x xa yb x 2222111122222211221(1)a yyb x xyxa ba bbayxyxba直线的方程还可写为：直线的方程还可写为：xcos +ys

16、in =pcoscossinsin1sincos21212121paxpaxpbypbypypx将将x1,y1代入椭圆方程代入椭圆方程YXbbcappoCCKLM(x1,y1)(x1, y1)满足椭圆方程满足椭圆方程222222222222222222222242224221221sincossincos1sincos1sincos1ctgHctgHctgHpbapbpabpbapabyaxCtg2 =ctg2 cos2 +ctg2 sin2 Ctg2 =ctg2 cos2 +ctg2 sin2 =0 = 为下山移动角；为下山移动角； = 为上山移动角为上山移动角 =90 ， = ， = 为走向移动角为走向移动角 lhlThqBHSBHShAAlA-40q0-2020STBSq 角角的讨的讨论论 作业 已知保护物等级为已知保护物等级为级，平面形状为矩级，平面形状为矩形，受护面