2第二章保护煤柱的设计

1、第二章 保护煤柱留设第一节 保护煤柱留设基础知识地下采煤引起岩层与地表产生沉陷、 移动和变形， 导致位于其影响范围内的井筒、 巷道、地面建筑物和构筑物、 地表水系及地下含水层等遭受不同程度的破坏。 为了保护有些重要的建筑物、水体等，使其免遭采动损害的影响，有时需要在井下留设保护煤柱。保护煤柱： 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各种保护对象不受开采影响的那部分煤炭。 受保护对象包括： 井筒、 井下主要巷道和硐室、地面各类建（构）筑物、铁路、水体等。留设保护煤柱的优点是能有效保护地表建（构）筑物，其缺点是：（ 1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限；（ 2）使采掘工作复杂化，

2、增大掘进工作量，造成采掘关系紧张。下列情况下需要留设临时性的或永久性的保护煤柱：（ 1）矿井工业场地及风井井口附近的建筑物、构筑物和其他重要设施；（ 2）国务院明令保护的文物、纪念性建筑物和构筑物；（ 3）采用不搬迁进行采煤在技术上不可行，而搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建筑物和构筑物；（ 4）煤层开采后，地表可能产生抽冒、切冒等形式的塌陷漏斗坑和突然陷落，对地基及上部建筑造成严重破坏的重要建筑物和构筑物；（ 5）所在地表下方潜水位较高，采后地表下沉将导致建筑物及其附近地面积水，而又不可自动排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的建筑物或构筑物；（ 6） 对国民经济和人民生活有重大意义的、

3、用其他保护方法不能确保安全的河（湖、 海、水库 ） 堤坝、船闸、泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑工程。一、保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理是在保护对象的下方留出一部分煤炭不开采， 使其周围的煤炭的开采对保护对象不产生有危险性的移动和变形。保护第柱秤出颇厚1 一拄森安世界a- K4*tj &一景护/根由界.*“所制毁物保界鑫柱电界图2-1保护煤柱留设原理图如图2-1：设煤层上方的地面有一建筑物，其受护面积为aobocodo,为保护建筑物不受开采的有害影响，需要留设保护煤柱。确定煤柱大小的方法具体如下：首先，通过建筑物中心作沿煤层走向和倾向的剖面图，如图所示。在倾向剖面上，从受护边界

4、点分别向煤层下山方向作上山移动角¥、向煤层上山方向作下山移动角P,交煤层于c、d两点；在走向剖面上，从受护边界点分别向两侧煤层作走向移动角6 ,交煤层于a、b两点；则a、b、c、d确定的煤柱范围就是保护煤柱的范围；将其投影到水平面上，就可在平 面图上确定出建筑物保护煤柱的范围。该煤层在保护煤柱边界 abcd以外的开采，不会引起受护建筑物的地表产生临界变形值 以上的移动、变形，仅可能产生小于临界变形值的微量移动和变形。注息：(1)在倾向剖面上，向煤层下山方向采用上山移动角；向煤层上山方向采用下山移动 角。(2)在走向剖面上，采用走向移动角，深度越大、煤柱范围越大；深度越小、煤柱范 围越

5、小。二、围护带留设煤柱时，为确保被保护对象的安全，还需要保护受护对象周围一定范围内的岩体或地表，这部分需附加保护的岩体或地表及其范围称为围护带”。留设围护带的目的是：(一)抵消在留设煤柱时所用的移动角等参数的误差引起的煤柱尺寸的不足，移动角误 差一般为25o；(二)抵消由于地质采矿条件和井上下位置对照关系不准确而造成的保护 煤柱尺寸和位置的误差。围护带的宽度根据保护对象的保护等级确定，按受保护建（构）筑物的重要性、用途以及受开采影响引起的不同后果， 将矿区范围内的建（构）筑物保护等级分为四级， 矿区建（构）筑物的保护等级及围护带宽度列于表2-1中。表2-1矿区建（构）筑物的保护等级及围护带宽度

6、保护等级重要建筑物和构筑物围护带宽度（m）I国务院明令保护的文物和纪念性建筑物；一等火车站，发电厂主厂房，在同一跨度内有两台重型桥式吊车的大型厂房，平炉，水泥厂回转窑，大型选煤厂主厂房等特别重要或特别敏感的、采动后可能导致发生重大生产和伤亡事故的建（构）筑物；铸铁瓦斯管道干线，大、中型矿井主要通风机房，瓦斯抽放站，高速公路，机场跑道，高层住宅楼等20II高炉，焦化炉，22万伏以上超高压输电线杆塔，矿区总变电所，立交桥；钢筋 混凝土框架结构的工业厂房，设有桥式吊车的工业厂房，铁路煤仓、总机修厂等较 重要的大型工业建（构）筑物；办公楼，医院，剧院，学校，百货大楼，二级火车 站，长度大于20m的二层

7、楼房和三层以上多层住宅楼；输水管干线和铸铁瓦斯管 支线；架空索道，电视塔及其转播塔，一级公路等15III无吊车设备的砖木结构厂房，三、四级火车站，砖木、转混结构平房或变形缝区 段小于20m的两层楼房，村庄砖瓦民房；高压输电线铁塔、钢瓦斯管道等10IV农村木结构承重房屋，简易仓库等5注：凡未列入表中的建（构）筑物，可依据其重要性、用途等类比其等级归属。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。三、保护煤柱留设使用的参数（一）移动角在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上三个临界变形中最外边的一个临界变形值点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称

8、为移动角。当有松散层存在时，应从最外边的临界变形值点用松散层移动角划线和基岩与松散层交接面相交，此交点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为移动角。按不同断面，边界角可分为走向移动角、下山移动角、上山移动角。在有实测资料的矿区，移动角选取本矿区实测值； 在没有实测资料的矿区，可参照表2-2进行选取。表2-2按覆岩性质区分的地表移动一般参数表（a<50）覆岩类型移动角（°）松散层移动角（°）Y345°坚硬75° 80°75° 80° (0.70.8 /中硬70° 75°70° 75&

9、#176; (0.60.7 /软弱60° 70°60° 70° (0.30.5 /（二）斜交剖面移动角图2-2与走向斜交的垂直剖面图1建筑物边界；2受护面积边界；3松散层保护边界如图所示，假设有一条铁路线与煤层走向斜交，受护面积边界与煤层走向所夹锐角为0 ；沿I-I线作铁路线的垂直剖面，此时所作的断面与煤层走向斜交，该斜交剖面上的煤层倾 角为伪倾角a',可以用以下公式计算：tana' = tana cos日（2-1）式中：a 煤层倾角；日一斜交剖面与煤层倾向所夹的锐角。斜交剖面上的移动角 B'和F可以采用以下公式计算：cot P

10、' = "；cot2 P cos2 H+cot2 每 sin2 日（2-2）cot ? ' = v-cot2 ccos2 日 + cot26 sin2 日（2-3）式中：P、¥、6为下山、上山、走向移动角。1、伪倾角a'计算公式的推导公式tanu' = tana cos日的推导情况如下:在图2-3中，设aA为受护面积边界线，它与煤层走向夹角为8 ; ac'为与煤层走向斜交的剖面线；ac为与煤层走向垂直的剖面线；h为两条煤层等高线的高差。在直角三角形acb中：h (2-4)tan 久=,即 h = L tana在直角三角形ac'

11、 b '中:即 h = L'tan：'(2-5)工 ,htan3=, L'由于式（2-4）=式（2-5）,故有 Ltanot =L'tano（'（2-6）在直角三角形 cc' a中：L = L'cosH（2-7）把式（2-7）带入式（2-6）得：L'tana'= L'cose tana故可以得出：tan ：-' = tan 二 cosi图2-3 3'与a之间关系图1-煤层走向；2 受护面积边界2、斜交剖面移动角 P'和¥'计算公式的推导公式cot B ' =

12、 cco t2 c cos2日+co t2 6sin2日的推导情况如下。设有一单元面积 ss （图2-4）,其开采后在走向方向、下山方向和上山方向的采动影响 范围可用移动角 6、P、¥确定。假设单元面积的开采对地表的影响范围为一个椭圆；这 个椭圆由两个半椭圆组成（图2-5）,上山方向半椭圆的半轴分别为：c = H cot ' , b = H cot 6下山方向半椭圆的半轴分别为：a = H cot P , b = H cot 6式中：H单元的开采深度。图2-4单元开采影响（a沿走向剖面；b沿倾向剖面）图2-5斜交剖面移动角求法图2-5表示单元面积被开采后，地表出现的影响椭圆。

13、设x轴为煤层倾斜方向，走向方向。假设保护边界 KL位于开采单元的伪下山方向，并且切影响椭圆于M点,标为（, y。，这就是从保护边界向伪上山方向划保护煤柱的情况。保护煤柱边界线煤层走向的夹角为日。保护边界至开采单元的水平垂距为P。y轴为M坐KL与从保护边界向伪上山方向确定煤柱范围采用的伪下山移动角B'可按下面方法导出已知影响椭圆下山方向半椭圆的半轴分别为:a = H cot P , b = H cot a同时：P = H cot '22椭圆方程式为：x2y2 =1a b62微分上式，得椭圆上任一点的斜率为:dyb2xdxa2y则在切点M(% yi)处的斜率为b2xiF二 ,所以直

14、线KL的方程式为 a yi(y - yi)学(x-xi)a yi化简上式得:从图2-5中可以看出，与椭圆相切的直线方程可以用以下公式表示:xcos 二 ysin 二-P即：乙cosi ysin 1 - iP对比公式(P2-9)和(2-i0)可得(2-8)(2-9)(2-i0)XiacosP %sin及二二b P而切点M (Xi, yi)的坐标应满足椭圆方程式:2 Xi -2 a2Jb2a a cos 1将x1： Py1 =b2 sin代入上式得:P222 2 -a cos f b sin f ,+=iP2P2即：a2 cos2 1 b2 sin21因为 a = H cot P , b = H

15、cot 6P = H cot 一：'所以： cot2 :' = cot2 : cos即： cot '二.cot2 : c o&i cot2、s i n：(2-ii)(2-i2)(2-i3)(2-i4)cot? ' = Vcot2 7cos2 8 +cot26sin2a 的推导与上述类似。第二节 保护煤柱留设方法常用的保护煤柱留设方法有：垂直剖面法和垂线法。一、垂直剖面法垂直剖面法是一种图解方法，首先沿煤层走向和倾向作垂直剖面，在断面图上确定保护煤柱宽度，最后投影到平面图上获得保护煤柱边界。其设计步骤如下：（一）确定受护面积边界1、如果建筑物边界和煤层走向

16、、倾向平行时，在平面图上直接沿煤层走向、倾向留一定宽度的围护带，得受护面积边界（图 2-6a）;2、如果建筑物边界和煤层走向斜交时，通过建筑物四个角点，分别作与煤层走向或倾向平行的直线，再留围护带，得受护面积边界（图2-6b）;3、如果地面有许多建筑物时，通过建筑群的最外角点，分别作和煤层走向或倾向平行的直线，再留围护带，得受护面积边界（图2-6c）。垂直剖面法确定受护面积边界时，一般应和煤层走向、倾向平行。图2-6垂直剖面法受护边界的确定1建筑物边界；2 围护带（二）确定保护煤柱边界在受护面积边界与煤层走向平行或垂直时所作的垂直剖面上，首先在松散层内用平画线交于基岩面，再在基岩内用P、T、6

17、画线交于煤层，即可得出保护煤柱边界。下面介绍一个垂直剖面法留设保护煤柱的例题。例2-1如图2-7,要设计一个重要建筑物的保护煤柱，保护级别为n级，保护面积的平面 形状为矩形，面积为100X200 m2,长轴与煤层走向斜交成 60度角。煤层倾角口 =30：煤 层在保护范围中央处的埋藏深度H=250m。地面标高为零，松散层厚度h=40m,煤层厚度M=2.0m,该地区的移动角为：P=55 : d =¥ = 73:华=45二。试用垂直剖面法留设该建筑 物的保护煤柱。图2-7用垂直剖面法设计保护煤柱方法和步骤如下：1、确定受护边界。通过建筑群的角点作平行于煤层走向和平行于煤层倾向的四条直线，

18、两两相交得一矩形保护范围。查表2-1得围护带宽度为15m,从矩形保护范围边界向外圈出一围护带s=15m,其外缘abcd即为受护边界。2、过保护范围abcd的中心O,作沿煤层走向和倾向的垂直剖面I1、n n。3、在倾向垂直剖面上标出地表线，受护边界的位置（m、n）、松散层和煤层等，并标注出煤层的倾角 q =30 ：煤层白厚度 M = 2.0m,煤层的埋藏深度 H = 250m。4、在受护边界点 m、n,作松散层移动角4 =45 :与基岩面相交于 mi、ni。再从m1、n1 点分别作基岩移动角 了 =73、P=55 ,与煤层底板相交于 m2、n2点，点n2、m2分别为 煤层倾向剖面上保护煤柱的上下

19、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线与受护边界的交点 q、k,投影到走向剖面图I I上，得q、k 点。从q、k点以4 =45彳乍直线，与基岩面相交于 q1、k1。再从用、k1点以基岩移动角圆作 斜线。6、将n n剖面上的n2、m2点分别水平投影到I I剖面图上，与I I剖面上从q1、k1点以S作出的斜线相交，得 q2、卜2和43、k3。q2、k2为煤柱上边界线在I 一 I剖面上的投影，q3、k3为煤住下边界线在I I剖面上的投影。7、将q2、k2和q3、k3分别投影到平面图上，得 B、C、D、A,依次连接 A、B、C、D各点，该梯形即为所求保护煤柱的平面图

20、。8、计算因留设保护煤柱而呆滞的煤量Q,即A(2-15)Q = ： Mcos 二式中：A为平面图上保护煤柱的面积，P为煤的质量密度。在煤矿生产实践中，保护煤住的边界线均用红线表示。二、垂线法垂线法是一种图解和计算相结合的方法。采用垂线法留设保护煤柱步骤如下：（一）确定受护面积边界首先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，再在其外围画 出围护带，得受护面积边界。垂线法确定的受护面积边界不需要与煤层走向或倾向平行（图2-8）。图2-8垂线法的受护面积边界确定方法1建筑物边界；2 围护带（二）确定松散层保护边界从受护面积边界向外量一段距离s,得松散层保护边界（图 2-2）。s计算

21、公式如下:(2-16)式中：s松散层保护边界宽度，m;h松散层厚度，m;平松散层移动角。（三）确定保护煤柱边界垂线法留设保护煤柱时，在松散层保护边界各角点分别作保护边界的垂线，垂线指向上山方向时、取长度 q,垂线指向下山方向时、取长度 1,计算公式如下:(H -h) cot '''(2-17)(2-18)q =1 cot :'-tan & cos【(H -h) cot '1 -cot '4an： cos二式中 H一计算点处煤层的埋藏深度，可从煤层底板等高线图上量得;h 一表土层的厚度，m；。一各受护边界与煤层走向所夹的锐角，。； 二煤层的

22、倾角，° ;P、单一斜交剖面上的斜交移动角,垂线长度q、1计算公式的推导如下。图2-9垂线长度q、1的求法图2-9为一通过地表点a并与建筑物保护边界相垂直的断面图。保护边界线与煤层走向相交成8角。这个断面与煤层走向相交900+e。图中的H为点a的埋藏深度，a'为煤层的伪倾角，它与煤层倾角的关系为:(2-19)tan - ' = tan - cos1从图中可以看出下列关系: 在&D' B中:在&AD中:tan '=3l在A AOD和A BOD中：tan 二hi将tg ot'代入上面两式，得二 H, H ,tan a= tan

23、9; t a n'=一 + t anql(2-20)从而H cot :'H cot -'q =：=：-1 cot :' tg-：11 cot :' ' tan ： cos?(2-21)H cot 'H cot '1 - co t ' - t an.：/ 1 -cot ' - tan ： cosu(2-22)当有松散层h覆盖时，上式应为(H -h) cot >(H-h)cot 'ql1 cot :'-tan 二 cos -1 - cot ' - t an： cos -下面举例说明垂线法留

24、设保护煤柱的过程。例2-2例2-1中建筑物的保护煤柱也可用垂线法来留设，其方法和步骤如下：(2-23)s=15m,1、确定受护边界。在平面图(图2-10)上先确定需要保护的范围，然后加围护带得受护边界1234。图2-10用垂线法设计保护煤柱2、在受护边界各点 1、2、3、4处，向外按宽度p = hcot中=40，COt45o=40m划 出矩形1 2' 3'艮鹤表土层与基岩接触面上的受护边界。3、从1'、2'、3'、4各点分别彳乍线段12和14'、2'1和2'3'、3'2和3'4'4'和

25、9;4'1的垂线，垂线的长度 q （上山垂线长卜l （下山垂线长）通过计算获得，其具体的值列于表2-3中。表2-3垂线长q、l的计算表角点号1'2，3'4，H350290145205H h310250105165垂线1- 51 - 62-72-83- 93-104-114- 1206030306060303060q99416079110411290554、在各垂线上按比例截取其垂线长得点5、6、7、8、9、10、11、12,依次连接各点并相交于I、II、出、Wo四边形I nmIV即为用垂线法留设的保护煤柱。5、计算因留设保护煤柱而呆滞的煤量。三、保护煤柱留设的其它方法除

26、上述方法外，保护煤柱留设的方法还有：数字标高投影法、临界面标高投影法、临 界变形值法和预计方法等。数字标高投影法是根据地表移动角参数，采用标高投影的方法，绘制出各受护边界保护煤柱各侧平面的等高线，它与煤层底板等高线的交线，即为保护煤柱的边界。数字标高投影 法对于煤层产状不规则及存在断层时比较方便，一般用于圈定延伸形建筑物或基岩面标高变化比较大时的保护煤柱。保护煤柱设计的垂直剖面法、垂线法和数字标高投影法，都是仅仅利用主断面上或少数 几个斜交剖面上的移动角， 致使在建筑物的角点处留下了过多的呆滞煤量。随着矿体倾角的增大，角点处的多余煤柱急剧增大， 甚至使保护煤柱的留设出现困难，此时可采用临界面标

27、高投影法来设计保护煤柱。此外，也可直接利用开采沉陷预计方法来设计保护煤柱。通过不断改变工作面的大小和位置，反复试算，直至受护建筑物处地表的变形值都小于临界变形值为止。此时的最小煤柱（开采范围最大），即为受护建筑物的保护煤柱。第三节 特殊类型煤柱的留设方法一、立井与工业场地保护煤柱的留设圈定立井保护煤柱时，地面受护面积应包括井架（井塔）、提升机房和围护带。围护带宽度为20m。立井按其深度、用途、煤层赋存条件及地形特点可分为5类，其保护煤柱一般用垂直剖面法圈定。各类立井的保护煤柱留设方法如下：（一）第一类：深度大于和等于400m的主副井保护煤柱用边界角圈定，如图2-11所示。当立井包括工业场地在内

28、时， 以工业场地受护面积和移动角圈定其保护煤柱。如立井煤柱大于工业场地煤柱时，应取立井煤柱为最终煤柱边界。图2-11立井保护煤柱（二）第二类：深度小于 400m的主副井及各类风井、注砂井保护煤柱以移动角圈定。（三）第三类：穿过急倾斜煤层的立井在煤层倾向剖面上以下盘移动角入圈定保护煤柱的下山方向边界，在煤层走向剖面上，以走向移动角8圈定保护煤柱的边界。例2-3急倾斜煤层群立井保护煤柱留设实例某矿开采急倾斜煤层群（有三层煤），煤层倾角70。，煤层厚度及间距如图 2-12所示, 立井井筒位于煤层底板方向。地表移动参数为：6 =78：儿= 55。=45电。试用垂直剖面 法圈定保护煤柱。步骤如下：1、确

29、定地面受护面积。在图 2-12平面图上，过工业场地角点作平行煤层走向或倾向的直线得四边形1234.在四边形外围加围护带，宽度取 20m,得地面受护面积边界 1' 2' 3' 4' 2、通过井筒中心作沿煤层倾向方向的剖面AB及走向方向的剖面 C D。3、将平面图上受护面积边界投影到AB剖面上，得M、N点。过M点以4 =450作直线，交于基岩面上得 m点。由m点以九=55。作直线，该直线与 M乂2煤层交于T、S 点，此两点分别为两个煤层的开采下限。A-B剖面上m S T直线及矿井设计深度以内所有煤层均为A-B剖面的保护煤柱。然后将其转绘至平面图上。4、将平面图上受护

30、面积边界投影到C D剖面上，得P、Q点。由P、Q两点以邛=45。作直线交基岩面于 p、q点。由p、q两点以6 =78叫乍直线；两直线与设计深度所圈定的煤层为走向剖面C -D上保护煤柱的垂直投影图。转绘至平面图上。在平面图上T 1T 265为M1煤层保护煤柱边界，S 1 S 287为M 2煤层保护煤柱边界，p q109为M 3煤层保护煤柱边界。图2-12急倾斜煤层群立井保护煤柱留设方法图（四）第四类：穿过有滑移危险的软弱岩层、软煤层及高角度断层 （断层面延至基岩面）的立井此时，除按前三类规定留设保护煤柱外，还应加设防滑煤柱（如图2-13）。图2-13立井防滑煤柱留设方法立井防滑煤柱的下边界应根据

31、煤层埋藏条件按下式确定:Hb = Hsv n +H 上（2-24）式中：H B -开采数个煤层时应留设防滑煤柱的深度，m;n开采煤层层数，层；H上按一般方法圈定保护煤柱的上边界垂深，m；Hs-开采单一煤层时发生滑移的临界深度（从保护煤柱的上边界算起），可按表2-4选取（表中a为煤层倾角，h为松散层厚度），或参照本矿区经验确定。表2-4 Hs值h (m)Hs (m)a= 15a= 25°a= 35°a= 45a= 55a= 60<5306090110140155103070100130160180153580115145180200>205011516020025

32、5285当立井穿过煤层群时，第一煤层的防滑煤柱按上述原则确定留设深度。 其余各煤层防滑 煤柱下边界的圈定方法是：在倾向剖面上，过上层煤防滑煤柱的下边界点，以 丫角作直线, 此直线与各煤层底板的交线即为各自的防滑煤柱下边界。（五）第五类：地表为山地的立井为了防止山地发生滑坡引起井筒破坏,般应在井筒所在斜坡的上下坡两侧加大煤柱尺寸。在建筑物上坡方向，移动角应减小 15°25°,或加大保护煤柱 0.51.0r （r为主要影响 半径）；在建筑物下坡方向，移动角应减小5°10°,或加大保护煤柱 0.20.5r。此外，除了以上5类情况外，对穿过断层的立井的保护煤柱，

33、如果立井所在处有落差大于2030m的断层时，可采用垂直剖面法圈定，并考虑沿断层面滑移的可能性，根据具体 条件，适当加大煤柱尺寸，使断层上、下盘均包括在保护煤柱范围之内（图2-14）。图2-14立井煤柱内有断层时保护煤柱的留设方法1 -无断层时的煤柱线；2-有断层时的煤柱线如图2-15所示，在圈定煤层倾角为45。65。的立井保护煤柱时，为了防止立井井筒受采动底板移动的影响，井筒至煤柱下边界的距离L不应小于下式计算出的长度：L = A3XHt(2-25)式中：A3与煤层倾角有关的系数，可从表 2-5选定;H T井筒穿过煤层底板处的垂深，m。表2-5系数A3值煤层倾角a45°55 s60

34、s65°A30.250.400.550.70图2-15急倾斜煤层立井井筒免受采动底板移动影响的最小尺寸圈定风井保护煤柱时， 如受护面积较小，则应酌情加大其保护煤柱尺寸，使风井受护面积内地表变形值叠加后不超过允许的地表变形值。圈定工业场地保护煤柱时，围护带宽度应为15m,工业场地保护煤柱用移动角圈定。斜井保护煤柱的留设（一）沿煤层底板斜井位于煤层底板的斜井（图2-16）,应根据斜井至煤层间的岩层性质和法线距离以及煤层厚度，参照表2-6判定是否需要留设煤柱。当斜井至与其最近的开采煤层的法线距离大于或等于表中的数值时， 斜井上方的煤层中可不留设保护煤柱；当小于表中的数值时， 在斜井上 方的

35、煤层中应留设保护煤柱。图2-16煤层底板斜井剖面图1-斜井井筒；2-煤层表2-6斜井上方煤层中留设保护煤柱的临界法线距离h岩性岩石名称临界法线距离h薄及中厚煤层厚煤层坚硬石英砂岩、砾岩、石灰岩、砂质页岩(610) M(6-8) M中硬砂岩、砂质页岩、泥质灰岩、页岩(1015) M(8-10) M软弱泥岩、铝土页岩、铝土岩、泥质砂岩(1525) M(10 15) M注：表中M为斜井上方煤层的厚度。斜井保护煤柱一侧的宽度Si,可按下式计算（图 2-17）:Si =H(2.5 0.6M)f(m)(2-26)式中：H斜井的最大垂深， m；M煤层的厚度，m；f 煤的强度系数，f =0.1.,10RcRc

36、煤的单向抗压强度，Mpa 。图2-17斜井煤柱留设方法（二）煤层斜井斜井所在煤层及斜井下方煤层均需留设保护煤柱。当斜井在单一煤层或煤层群的最上一层煤中时，斜井护巷煤柱宽度可按上述方法计算。对斜井下方的煤层，应从斜井所在煤层中的护巷煤柱边界起，用基岩移动角8圈定下煤层的斜井保护煤柱，见图2-18。图2-18斜井下方保护煤柱留设方法（三）穿层斜井穿层斜井煤柱留设方法为先对工业场地、斜井井筒、井底车场分别留设煤柱，然后合并。先确定受护面积边界， 取工业场地维护带宽度为 15m,主要井巷上面和两侧护巷岩（煤）柱宽度为20mo然后在平面图上用虚线标出斜井井筒、井底车场的护巷煤柱。例2-4平行于倾斜煤层的

37、斜井井筒保护煤柱留设实例A B为斜井井筒，打在上层煤中，至下层煤垂距为80m,倾角为30。，斜长280m。地质埋藏条件为：斜井下方煤层层厚M=2m,松散层厚度为20m o地表移动参数为：7 =7=75° P =75°-0.8« =51 :5=45:试用垂直剖面法在下方煤层中留设斜井保护煤柱。步骤如下：1、确定受护面积边界。根据题意，斜井开拓在上煤层中，在斜井两侧各留20m煤柱；在走向剖面图上得 C、D点；同时在井筒上下亦留 20m煤柱，得 ABi点。2、为保护井口 AAi段，在倾斜剖面图上 A、Ai点，在松散层内以 邛=45。作直线，在基岩内以7 =75°

38、;,P =51 口画出保护线，与煤层相交于1 (2),和3 (4)点；在走向剖面图上，从C、D两点作中=45 口角，在基岩内作6=75画出保护线，与煤层相交于1, 2,3, 4点。转绘至平面图上，得井口段AA1保护煤柱边界1 2 3 4。3、为保护井筒AB,在斜井剖面图上，自B1点处按¥ = 75画保护线，与煤层相交于 5(6)点；在走向剖面图上，自 E、F点按6角画保护线与煤层相交于5、6点，转绘至平 面图上。4、连结1 2 4 4 '6 5 3点'，3 口伪平面图上保护煤柱边界。图2-19斜井保护煤柱留设三、铁路保护煤柱的留设铁路的保护等级分为四级(表2-7)。表

39、2-7铁路保护等级保护等级铁路等级I国家一级铁路II国家二级铁路III国家三级铁路IV工矿企业铁路专用线（一级、二级、三级）注：对工矿企业（如特大型矿井）专用铁路的一级线路中年通过量、行车密度、速度及客运等指标达到国家三级铁路标准的可划分为 III保护等级。在下列情况下，需留设铁路保护煤柱：（一）国家一级铁路。（二）国家二级铁路。（三）国家三级铁路：薄及中厚煤层的采深与单层采厚比小于60;厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比小于 80。（四）工矿企业专用铁路：薄及中厚煤层的采深与单层采厚比小于40;厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比小于 60。（五）铁路隧道。（六）全长大于20m的铁路桥。（七）一级

40、、二级铁路线上的一、二等铁路车站。（八）目前条件下采用改道或不留设煤柱方法处理在技术上不可能或经济上不合理的铁路线路或其他建（构）筑物；（九）有严重滑坡危险而又难以处理的铁路线路。铁路受护面积的圈定：铁路路堤以两侧路堤坡脚外1m为界，路堑以两侧顶边缘为界。在两侧界线以内的范围为受护对象；在两侧界线外留出的维护带宽度为：国家一级铁路，20米；国家二级铁路，15米；国家三级铁路，10米；工业企业专用铁路，5米。铁路保护煤柱的留设方法比较简单：1、首先确定受护面积边界：在平面图上沿着线路圈出受护对象范围，再留出围护带， 得到受护面积边界；2、然后根据铁路线形状间隔选择适当剖面，采用斜交剖面移动角 &

41、#165;'、P'确定各个剖面上的煤柱范围（有松散层时先用松散层移动角中画线至基岩面）；3、最后将各个剖面上的煤柱边界投影到平面图上，相连后即得到铁路保护煤柱边界。例2-5:铁路保护煤柱设计实例某矿区有国家一级铁路线通过。铁路下方的煤层埋藏深度为120310m,厚度M=2m ,倾角a =15。煤系岩层为中等硬度，以砂岩、砂质页岩互层为主。铁路线路位置及煤层底板等高线见详图 2-20。本区松散层厚度 h=20m,为正常湿度的砂质粘土，地面平均标高为+70m。用垂直剖面法设计铁路保护煤柱。其具体步骤如下：1、受护面积的确定。在平面图上对路堤部分以路堤坡脚外1m为受护边界，由此得到abcdeff ed Cb 'a'。围护带宽度取20m。在受护边界外