防隔水煤柱留设设计方案

晴隆县中营镇仁禾煤业有限责任公司防隔水煤柱留设设计方案仁禾煤矿地测科2015年4月5日防隔水煤柱留设设计方案一、矿井概况晴隆县中营镇仁禾煤矿为“三证一照”齐全的生产矿井，设计生产能力30万吨／a，为瓦斯矿井（M04在+1110M水平以上无突出危险性）。井田面积1.357km2,开采煤层11层（M04、M05、M7、M8、M10、M14、M23、M24、M25、M28、M29），平硐、暗斜井开拓，并列式通风。矿井划分为上、下煤组进行开采，上煤组为4、5、7、8、10、14号煤层，下煤组为23、24、25、28、29号煤层。先采上煤组，后采下煤组。上、下煤组之间采用石门联络，各煤层之间采用正、反石门联络，联合布置，分煤层开采。上煤组划分为一个水平，两个采区进行开采。水平标高+1099m。+1099m标高以上为一采区，+1099m标高以下为二采区；下煤组划分为两个水平，三个采区进行开采。水平标高+1099m、+883m。下煤组+1099m标高以上为三采区，+1099-＋883m标高为四采区，+883m标高以下为五采区；采区分界线以水平标高为界；开采顺序为先采上煤组，后采下煤组；上煤组先采一采区，后采二采区，区段下行式开采。同一区段内先采4号煤层，后采5、7、8、10、14号煤层。晴隆县中营镇仁禾煤矿构造复杂程度属中等型。晴隆县中营镇仁禾煤矿水文地质条件为中等型。根据2011年～2013年《矿井瓦斯等级鉴定报告》的批复，晴隆县中营镇仁禾煤矿为瓦斯矿井。矿区无冲击地压现象。本矿属地温正常型矿井。目前，矿井在设计的一采区进行采掘作业（煤层编号：M04），采掘标高均以+1110ｍ以上。二、设计依据1、《矿井设计规范》2、《煤矿地质规程》、《煤矿测量规程》、《煤矿防治水规定》。3、《煤矿安全规程》。4、《仁禾煤矿水文地质调查报告》。5、《仁禾煤矿安全设施设计》（变更）及矿井实际情况。三、防隔水煤柱设计方案在矿井可能受到水害威胁的地段留设一定宽度或高度的煤(岩)柱，用以堵截水源流入矿井巷道，这段煤(岩)柱称之为防水煤(岩)柱。1.防水煤(岩)柱的种类根据防水煤(岩)柱所处的位置，可以分成不同的种类。对于本矿井而言主要有：（1）断层防水煤柱；（2）井田边界煤柱；（3）井巷保护煤柱；（4）小窑及采空区边界防水煤柱；（5）风氧化带煤柱(在风氧化带以下存在采空区时则按采空区煤柱考虑)；（6）采区边界防水煤柱；2.防水煤(岩)柱的留设原则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。3.防水煤(岩)柱的留设计算、方法与结果1）断层防水煤(岩)柱的留设断层破坏了岩层的完整性，常常成为含水层间的联系通道。断层的某一区段是否导水，导水性强弱等情况取决于两侧岩层的接触关系、含水层的水压以及采矿活动对断层的重复破坏作用。因此，在没有掌握断层各区段的导水性时，应把整个断层作为导水断层对待。煤层直接和富含水层、导水断层接触，顶底板无突水可能，即煤柱主要是顺层受压时，常以下述计算公式计算煤柱宽度：L＝KM式中：L——顺层防水煤柱宽度（m）；M——煤厚或采高；4、5、7、8、10、14、23、24、25、28、29号煤层平均厚度为1.69m、1.42m、1.78m、1.22m、1.32m、1.39m、1.73m、1.48m、1.98m、1.38m、1.4m；KP——煤的抗张强度（kgf/cm2），KP取9kgf/cm2；P——水头压力（kgf/cm2），P＝50kgf/cm2；K——安全系数，一般取2～5，本设计取3。则：L4＝3×1.69×＝20.7（m）L5＝3×1.42×＝17.4（m）L7＝3×1.78×＝21.8（m）L8＝3×1.22×＝14.9（m）L10＝3×1.32×＝16.2（m）L14＝3×1.39×＝17.0（m）L23＝3×1.73×＝21.2（m）L24＝3×1.48×＝18.1（m）L25＝3×1.98×＝24.2（m）L28＝3×1.38×＝16.9（m）L29＝3×1.4×＝17.1（m）根据本矿的实际情况，开采时断层两侧煤层各留25m防水煤柱。2）煤层露头防隔水煤（岩）柱该矿属无覆盖或粘土类微透水松散层覆盖的煤层露头，煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按以下公式计算：Ｈ防=Ｈ冒+Ｈ保根据上式计算的值，不得小于20m。式中冒高（H冒）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。式中：H防-----防隔水煤（岩）柱高度（m）；H冒-----采后冒落带高度（m）；H保-----保护层厚度（m），一般为5—15m，取10m；α------煤层倾角（°）。M-----煤厚或采高，4、5、7、8、10、14、23、24、25、28、29号煤层平均厚度为1.69m、1.42m、1.78m、1.22m、1.32m、1.73m、1.38m、1.48m、1.98m、1.38m、1.4m；则：4煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=32.41+10=42.41（m）5煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=29.78+10=39.78（m）7煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=43.21（m）8煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=37.57（m）10煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=38.7（m）14煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=43.8（m）23煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=39.4（m）24煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=40.4（m）25煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=44.9（m）28煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=39.4（m）29煤层开采时：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=39.6（m）3）井田边界煤柱的留设井田边界煤柱按下式计算：L=式中：L——井田边界煤柱宽度(m)；M——煤层厚度或采高(m)，4、5、7、8、10、14、23、24、25、28、29号煤层平均厚度为1.69m、1.42m、1.78m、1.22m、1.32m、1.73m、1.38m、1.48m、1.98m、1.38m、1.4m；KP——煤层的抗张强度(kgf/cm2)KP取8kgf/cm2；P——水头压力(kgf/cm2)，P=50kgf/cm2；K——安全系数，一般取2-5，本次设计取3。L4＝3×1.69×＝21.95（m）L5＝3×1.42×＝18.4（m）L7＝3×1.78×＝23.1（m）L8＝3×1.22×＝15.8（m）L10＝3×1.32×＝17.1（m）L14＝3×1.39×＝18.1（m）L23＝3×1.73×＝22.5（m）L24＝3×1.48×＝19.2（m）L25＝3×1.98×＝25.7（m）L28＝3×1.38×＝17.9（m）L29＝3×1.4×＝18.2（m）根据上述计算，本井田边界煤柱宽度两侧留设25m防水煤柱。4）采区边界防水煤(岩)柱的留设本设计全矿井按5个采区设计，采区边界煤柱按20m留设。5）斜巷防水煤(岩)柱的留设斜巷煤柱按下式计算：L=式中：L——斜巷防水煤柱宽度(m)；M——煤层厚度或采高(m)，4煤层1.69mKP——煤层的抗张强度(kgf/cm2)KP取8kgf/cm2；P——水头压力(kgf/cm2)，P=50kgf/cm2；K——安全系数，一般取2-5，本次设计取5。L＝3×1.69×＝21.95（m）根据上述计算，斜巷防水煤柱宽度留设25m防水煤柱。6）老空积水区(采空区)防水煤(岩)柱的留设本矿老空积水区(采空区)防水煤(岩)柱按下列3种情况留设。（1）在老窑积水区下掘进时，掘进巷道与采空区积水之间的最小距离不得小于巷道高度的10倍。（2）在老窑积水区下同一煤层中进行开采时。储量核实报告未提供采空区位置，用下列公式计算防水煤柱：L=式中：L——采空区防水煤柱宽度(m)；M——煤层厚度或采高(m)，4煤层1.69mKP——煤层的抗张强度(kgf/cm2)KP，取8kgf/cm2；P——水头压力(kgf/cm2)，P=50kgf/cm2；A——安全系数，一般取1～2.5，本设计取2.5L4＝2.5×1.69×＝18.3（m）L5＝2.5×1.42×＝15.4（m）L7＝2.5×1.78×＝19.3（m）L8＝2.5×1.22×＝13.2（m）L10＝2.5×1.32×＝14.3（m）L14＝2.5×1.39×＝15.0（m）L23＝2.5×1.73×＝18.7（m）L24＝2.5×1.48×＝16.0（m）L25＝2.5×1.98×＝21.4（m）L28＝2.5×1.38×＝14.9（m）L29＝2.5×1.4×＝15.2（m）（3）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，隔水煤柱的尺寸按下式计算：H防＝H裂＋H保（计算值不得小于20m）式中：H裂――垂直煤层导水裂隙带最大高度，m；H保――保护层厚度，m。根据上述计算，综合考虑采空区留设25m防水煤柱。矿区内上部煤层开采后，采空区有一定的积水，对下部煤层开采会造成一定的水患威胁。因此，矿井在下区段各煤层进行采掘作业前，必须采取探、疏、排、放等安全技术措施，待上部煤层采空区积水对下部各煤层开采没有水害威胁时，方能进行下部煤层采掘工程的