煤矿采动治理设计手册

煤矿采动治理设计手册

1保护煤柱留设原则及方法

1.1保护煤柱留设原则

（1）在一般情况F,保护煤柱应根据受护面积边界和移动角值进行圈定。移动角

值按建筑物下列允许变形值确定：

倾斜i=±3mm/m

曲率k=+0.2xlO-W

水平变形£=+2mm-m-1

（2）地面受护面积包括受护对象及其周围的围带宽度可按表1确定。

表1建构物保护煤柱的围护带宽度

建构物保护等级围护带宽度/m建构物保护等级围护带宽度/m

I20III10

II15IV5

围护带宽度根据受护对象的保护等级而定，一般可按表2规定值选用。

表2矿区建（构）筑物保护等级划分

保护等

主要建（构）筑物

级

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

发生重大生产、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

高炉、焦化炉，220kV以上高压输电线路杆塔，矿区总变电站,

II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，二等火车站，长

度大于20m的二层楼房和三层以上多层住宅楼;输水管干线和

铸铁瓦斯管道支线；架空索道，电视塔及其转播塔，一级公路

无吊车设备的砖木结构工业厂房，三、四等火车站，砖木、砖混结

III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

输电线路杆塔，钢瓦斯管道等

IV农村木结构承重房屋，简易仓库等

注：凡未列入表内的建（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。

（3）当受护建筑物和构筑物面积较小时，应酌情加大其保护煤柱尺寸，使建筑物

受护面

积内地表变形值叠加后不超过允许地表变形值。

（4）当受护边界与煤层走向斜交时，应根据基岩移动角求得垂直于受护边界线方

向（即

伪倾斜方向）的上山方向移动角Y'和下山方向移动角B\然后再确定保护煤柱。

/和£'角值按下式计算：

C。/厂'-Jcot27cos2夕+coFdsin?夕（4—1）

cot夕二^/cot2/7cos2/7+cot2<5sin2p

式中o—受护边界与煤层走向方向所夹的锐角；J

3、八P一分别为走向方向、上山方向和下山方向的基岩移动角。

（5）受护对象的外侧边界，可以在平面图上通过受护对象角点作矩形，使矩形各

边分别平行于煤层倾斜方向和走向方向，在矩形四周作围护带，或在平面图上作各边

平行于受护对象总轮廓的多边形（或四边形），在多边形（或四边形）各边外侧作围护

带，该围护带外边界即为受护面积边界。

（6）有滑坡危险的山区建筑物留设保护煤柱时，为了防止山体滑移，在建筑物上

坡方向，

移动角应减小20〜25。，或者加大保护煤柱尺寸0.5~1.0rO为主要影响半径）；在建

筑物下坡方向，移动角应诚小5~10。，或者加大保护煤柱尺寸0.2~0.5几

（7）其下有落差大于20~30m断层的建筑物留设保护煤柱时，应考虑沿断层面

滑移的可能性，适当加大煤柱尺寸，使断层两翼均包括在保护煤柱范围之内，如图1

所示。

图1保护煤柱内有断层或立井穿过断层时保护煤柱留设方法

（8）立井保护煤柱应按其深度、用途、煤层赋存条件以及地形特点留设。立井深

度大干或等于4（X）m的，以边界角圈定；小于400nl的，以移动角圈定；穿过急倾斜

煤层的，在倾向剖面上以底板移动角圈定下山边界，在走向剖面上以移动角圈定。当

穿过有滑移危险的软弱岩层、高角度断层和山区斜坡时，需考虑防滑煤柱和加大煤柱

尺寸。

1.2保护煤柱设计方法

对于必须留设保护煤柱的建筑物和构筑物、当其形状规整，且长轴与煤层走向或

倾向平行时，宜用垂直剖面法圈定保护边界；当保护对象形状复杂，且又与煤层走向

斜交时，宜用垂线法圈定保护边界；同时应用上述两种方法确定保护煤柱边界时，其

重叠部分为受护对象的最合理保护煤柱；当圈定延伸形建筑物或基岩面标高变化较大

情况下的保护煤柱时，宜用数字标高投影法。

煤层为向、背斜构造时，保护煤柱的留设方法一般用垂直剖面法，但保护边界的

圈定要根据保护对象所在的构造位置和构造性质而定。

1.2.1垂直剖面法

（1）确定受护边界

在平面图上（图2）通过被保护对象轮廓的角点分别作平行于煤层走向和倾向的

四条直线，得到矩形而山。再按保护等级留设围护带，得受护边界""c、”。

依、/3点转投到平面图上，与由剖面I—I所确定的煤柱边界线投影相交于A、B、C、

D四点，ABCD即为所求的保护煤柱边界。

1.2.2垂线法

（1）确定受护边界

在平面图上（图4一3）按保护对象的保护等级平行于保护对象的轮廓线留设围

护带，可得受护边界。加乩

图4一3用垂线法确定建筑物下保护煤柱

（2）确定保护煤柱

将受护边界abed绘在煤层底板等高线图上（图3）,由受护边界向外量出距离

SXcoM式中〃为冲积层厚度;夕为冲积层移动角），得在基岩面上的受护边界。方七小。

再从b\c\d'四点向外作受护边界各边的垂线，各垂线在上山和下山方向的长

度⑺和人分别按式（4-2）计算：

=-------7-7-/-c-o--t匚/-/-；------

114-cot//Scos<9/tan«

/_"cot》

11—cotyScos6^ztan

式中：Hi―优、b\c\d'各点位置的埋藏深度减去该点的冲积层厚度/?,此

值可在煤层底板等高线图上分别确定；

火——受护边界。力Q小各边与煤层走向之间所夹的锐角；当求垂直于受护

边界。力’的垂线长度时，角为。'〃与煤层走向线间所夹的锐角；当求垂直于

受护边界〃小的垂线长度时，出角为式小与煤层走向线间所夹的锐角，求其余

各垂线长度确定名危的方法同上；

和八——所作各垂线方向的下山和上山移动角，可根据〃i角值按寸（4

—I）计算。

然后，按计算结果分别在各垂线上量取S、/i值，得A、4、B、B\。、C\。、

。‘各点，分别连接45、AC、CD\。，夕各线，并使其延长相交于1、2、3、4四点,

则1234即为所求保护煤柱边界。

在确定〃角值时，如果煤层走向变化较大，则应根据所求点，如图2中的4、4，、

B、夕……各点附近的煤层走向线和受护边界线确定。

同时应用垂直剖面法和垂线法确定保护煤柱时，其重叠部分为受护对象的最合理

保护煤柱，如图4中粗实线所示。

（1）确定受护边界

在平面图（图5）上，按保护对象保护等级，平行于保护对象的轮廓线留设围护

带，得受护边界abed。

（2）确定保护煤柱

用数字标高投影法踊定保护煤柱是根据煤柱空间体的侧平面（倾角分别为外〃、

/的平面）上等高线的等高距应与煤层底板等高线（或基岩面等高线）的等高距相同

的原则。具体作法如下：

①以（P角作保护煤柱空间体侧平面°相邻两等高线之间的水平距离为£>3-Deo%

其中，。为煤层底扳等高距。按平面图比例尺绘出倾角为8的保护煤柱侧平面的等高

线，此时保护煤柱侧平面的走向线与受护边界一致，故所作等高线平行于受护边界。

连接保护煤柱侧平面与基岩面上各同值等高线交点，得上业场地在基岩面上的保护煤

柱边界

②以为受护边界线,在基岩内以廿和Y，角值作煤柱侧平面,并按d产Dcot

0'和M=Dcot广分别计算各侧面的保护煤性侧平面上相邻两等高线之间水平距离小

和山

-100

图5用数字标高投影法确定保护煤柱

③|乍NM垂直优"，取NM=di,若M点高程为〃，则N点高程为H-O。连接

与N点同值高程的点"，则ATN为07f一侧保护煤柱侧平面的走向线。根据该走向

线和力，可以绘出该侧保护煤柱侧平面等高线，连接保护煤柱侧平面与煤层层面上同

值等高线的交点，即得该侧保护煤柱边界能力”。

同理。可在/c',c'd'和众d”各侧面分别求出保护煤柱边界c"d“和

则〃“为%”即为用数字标高投影法圈定的保护煤柱边界。

124煤层为向、背斜构造时建筑物保护煤柱的留设方法

（1）建筑物位于向斜轴部上方时（图6a）,保护煤柱边界的圈定

①在煤层倾向剖面上由受护面积边界点M、N,以伊角作直线至基岩面I、I点。

②在基岩内，由于向斜翼上煤层倾角的变化，在采用夕=3—履（式中5为走向移

动角，。为煤层倾角，出为系数）确定保护煤柱上边界时，应选用不同的A值。为计

算方便，按倾角相差10°为间隔，用⑦求出，，由I点以闭作直线交于U点（II点处

的煤层倾角an,较I点处ai相差10。）。

③用aw求出pw,由II点以价作直线至煤层底板机、n点。如果在II点至煤层之

间，岩层的倾角仍变化很大，则仍按上述原则确定出点III、IV……直至煤层底板。〃2、

〃即为倾向剖面上保护煤柱的边界点。

④煤层走向剖面保护煤柱边界的圈定方法是过向斜轴面与煤层交点。处作走向剖

面，以外3角在松散层和基岩内作直线，得出保护煤柱的上、下边界。

图6煤层为向、背斜构造时建筑物保护煤柱的留设方法

。一建筑物位于向斜轴部上方；〃一建筑物位于向斜一翼上方（右45。）；

c一建筑物位于背斜轴部上方（a>45°）；4一建筑物位于背斜轴部上方（运55。〕；

e一建筑物位于向斜轴部上方（a>55。）；/—背斜、向斜构造相连时

（2）建筑物位于向斜一翼上方时，保护煤柱边界的圈定

1）当向斜构造煤岩层的倾角小于或等于45。时，图6（b）

①在倾向剖面上，有M点在冲积层内以°角作直线，在基岩内以£角作直线与

煤层底板相交得加点，此点为保护煤柱边界。

②由N点在冲积层内以（p角作直线，在基岩内以丫角作直线与煤层底板相交得〃

点，此点为保护煤柱下边界。如果该直线与向斜轴面相交（如图6〃中交点A）,则由

交点以£角作直线与煤层底板相交于〃点，此点即为保护煤柱下边界。

③在走向剖面上，保护煤柱边界圈定方法同前。

2）当向斜构造煤岩层的倾角。>45。时（图6c）

①在倾向剖面上，保护煤柱上边界仍采用外尸角圈定。

②保护煤柱上边界圈定方法如图图6c所示，由N点以9角在表土层内作直线至

基岩面。若有建筑物一翼的煤层平均倾角为。I,则在基岩内以a.角作直线至向斜轴

面交于A点。由A点以£角作直线与煤层底板相交于〃点，此点即为煤柱下边界。

③为了防止保护煤柱在大倾角条件下出现滑移现象，保护煤柱应具有一定的平面

尺寸，要求自保护煤柱下边界（〃点）至向斜轴面的水平距离小于〃值。d值按式（4

-3）计算：

4H2瑞蒜黑魏；=KHR(4-3)

式中P'——软弱面（有时为岩层与煤层的接触面）上的内摩擦角，当无实测值时,

取。'=13。；

。3—煤层露头至后〃’的点其间煤层的平均倾角；

G—向斜无建筑物一翼的煤层倾角；

HB—的点处的煤层埋藏深度；

K——系数，可按表表3确定。

表3系数K值（当〃=13。时）

02Q3/(。)

/(°)141620253()394551

10.1450.3770.6920.9221.0471.1191.0951.030

5().1130.2950.5420.7210.8190.8760.8570.807

100.0900.2340.4280.5710.6480.6930.6780.638

150.0750.1940.3570.4750.5390.5770.5640.531

250.0570.1480.2720.3620.4110.4400.4300.405

350.0470.1230.2250.3000.3410.3640.3570.335

450.041().1080.1970.2630.2990.3190.3210.294

3）建筑物位于背斜轴部上方时，保护煤柱边界的圈定。

背斜两翼煤层倾角。＜55。时，（图&/r

①在倾向剖面上，由受护面积边界以9角在冲积层内作直线，以7角在基岩内作

直线，与煤层底板相交于相、〃点，此二点即为保护煤柱边界。

（2）在走向剖面匕保护煤柱边界圈定方法同前

1）背斜两翼煤层倾角。＞55。时，（图8）

①在倾向剖面上，如果以外7所作直线不与煤层相交往下边界，则以矿井设计深

度作为保护煤柱下边界.

②在走向剖面上，保护煤柱边界圈定方法同前。

2）背斜、向斜构造相连时，（图8'）

①在倾向剖面上，由受护面积边界以w角在表土层内作直线，以7角在基岩内作

直线，

与背斜部分煤层底板相交于〃7、〃点。再以4角在基岩内作直线，与向斜部分煤

层底板分别相交于〃八屋点。若向斜轴面与煤层交点分别为0m和。n,贝0m和〃，

On为向斜部分的保护煤柱，〃7〃为背斜部分的保护煤柱。

②在走向剖面上，保护煤柱边界圈定方法同前。

2保护煤柱设计示例

2.1主井与ZDlk广场保护煤柱的设计

2.1.1主井井筒保护煤柱的设计

某矿立井井简的地质条件及冲积层和基岩移动角值见表4o保护煤柱边界的圈定

如下（图7）：

I-111-II

表4某矿立井井简的地质条件及冲积层和基岩移动角值

井筒垂深煤层厚度煤层倾角a!冲积层厚度

(pl(°)y/(°)8!(°)61(°)

H/mM/m(°)h/m

3002204570607()2()

(1)通过立井井筒中心沿煤层倾向和走向分别作剖面I—I和II—II,按I级保护

建筑物在井筒周围留20m宽的围护带，在剖面图上得/〃，〃及晨/各点。

(2)根据冲积层和基岩的移动角值，绘出保护煤柱的边界线，在剖面1一1上得

m\,点，在剖面n—n上得力1、/i点。

(3)将〃71、、%、各点投影到平面图上，得加2、、攵2、上点。过侬、

〃2点分别

作走向平行线，井截取线段公心和g%'分别等于和9，得梯形八/'睡7八连接

对角线OB,Og',0/1和0"。

（4）以井简中心。为原点，分别以。加2、Oki.Om.0/2为半径画圆弧，井交于

对角线

上；在对角线上取两圆弧与之相交的中点，得P,Q,R,S。

（5）用圆滑曲线连接加2、P、上、Q、〃2、R、b、S各点，即为立井井筒保护煤

柱的边界。

2.1.2工业广场保护煤柱的设计

某矿工业场地需保护建筑物的轮廓为abcdef（图8）。该矿地质条件及冲积层和基

岩移动角值见表5。

表5某矿地质条件及冲积层和基岩移动角值

井筒垂深煤层倾角d煤层厚度冲积层厚度

P!(0)

W(°)次(0)y/(°)

H/m（0）M/mh/m

3002523045757550

保护煤柱边界的圈定方法如下：

（1）自建筑物轮廓外侧留15m宽围护带，得受护面积边界优"cTfeT。

（2）沿煤层倾向作剖面I—LII-IL并将工业场地的受护边界投影到剖面图上，

得八/和从d点。

（3）由优、.「和3、d点以8=45。作直线与基岩面相交。再由这四个交点分别

作S或y角分别与煤层底板相交于0、f\和点bi、cio将0、fi和点bi、。点投影到

平面图上，即为煤柱在倾向上的边界点。

（4）沿煤层走向作剖面III-III,IV-IV,并将工业场地的受护边界投影至陪U面

图上，得得〃'、少和卢、d点。

（5）按给定的"3角值和第3条所述的方法，可求得与煤层底板的交点42、b2

和夕、。投影到平面图匕即为煤杵在走向上的小界点。

（6）在平面图上连接41、历和历、C2点，并延长之；同时过点。2、C2、力、CI

作相应受护边界的平行线。则可得保护煤柱边界ABCDEF.

注意事项：

（I）对形状不规则的受护边界，应在特征点处作剖面。如剖面1-1,IV-IVo

（2）对多煤层进行煤柱设计时，用上述方法按每个煤层分别设计。在一般情况下

各煤层的煤柱边界线不应互相交叉。

2.2急倾斜煤层群立井井筒保护煤术的设计

某矿开采急倾斜煤层群，煤层倾角68。，各煤层厚度及间距如图9。立井井筒位于

煤系地层底板，其参数为s=45。，3=78。，2=55。。

保护煤柱边界圈定方法如下(图9)：

(1)过工业场地角点作平行煤层走向和倾向的直线得四边形1234。在四边形外

围留20m宽围护带，得受护面积边界『234"

(2)在过井简中心的倾向剖面即4一8剖面上过M点以9二45。作直线，交基

岩面上m点;由m点以2=55。作直线，分别交如和加2煤层于S和f点,则此两点

分别为两个煤层的开采下限。〃刈直线及矿井设计深度以内所有煤层均为倾向剖面的

保护煤柱。

(3)在过井筒中心的走向剖面即C-D剖面上，由P、Q两点以夕二45。作直线，

交于基岩面P,1点；由夕两点以3二78。作直线，两直线与设计深度所圈定的煤层，

为走向剖面上的保护煤柱。

(4)在平面图上力及65为加煤层保护煤柱边界⑶5287为〃?2煤层保护煤柱边界；

pq910为加3煤层保护煤柱边界等等。

2.3主井防滑煤柱

立井防滑煤柱（图io）的下边界应根据煤层埋藏条件按卜.式计算确定:

HB=HM+H上（4-4）

式中HR——开采多个煤层时应留设防滑煤柱的深度，m：

H即—开采多个煤层时发生滑移的临界深度（从保护煤柱的上边界算

起）；或参照本矿区经验选取；

〃——开采煤层层数；

H上——按一般方法设计保护煤柱的上边界垂深。

当立井穿过煤层群时，第一煤层防滑煤柱按.上述原则确定留设深度，其余各煤层

的防滑煤柱下边界设计方法是，过上层煤防滑煤柱下边界点（在煤层倾斜剖面上），以y

角作直线，该直线与各煤层底板的交线即为其防滑煤柱的下边界。

2.4斜井保护煤柱的设计

某矿斜井井简地质条件及冲积层和基岩移动角值见表6o

表6某矿斜井井简的地质条件及冲积层和基岩移动角值

煤层厚

斜井斜斜井倾煤层倾维护带

夕yd

度M

长L/m角/（。）角〃（。）宽/m/(°)/(°)/(°)/(°)

/m

300252512()4570705()

保护煤柱边界的圈定方法如下（图11）：

（1）在倾向剖面上，自斜井AB的井底车场留2（）m宽的围护带，延长至C点,

自。点按y=70。作直线交煤层于C点。

（2）自斜井井口A向外，留20m围护带得。点，由。点以4=50。作直线交于

煤层力'点。

（3）由A点以），二70。作直线，交煤层于4点。

（4）在走向剖面上，由围拧带的边界〃、。点以（5=70。作直线，与少点投影线

相交于。‘、夕，与4点没影线相交于a、、//io由井底车场围护带的边界C「、C2'以

3=70。作直线，与C点投影线相交于。'、C"

（5）将倾向剖面上的C、A'、ZT点和走向剖面上的C】“C2"、防‘"和投影

到平面图上。

（6）连接投影点〃‘、〃'】、c"i、c”2、bl、夕为斜井井简保护煤柱边界。

2.5反斜井井筒及工业广场保护煤柱设计

某矿反斜井地质条件及冲积层和基岩移动角值如表7o

表7某矿反斜井井简地质条件和基岩移动角值

斜井斜煤层厚

斜井倾

煤层倾冲积层甲yP

长£度M

角/（。）角0/（。）厚度/m/(°)/(°)/(°)/(°)

/m/m

41523112.21545757570

保护煤柱边界圈定方法如下（图12）：

（1）在工业场地边界外侧留15m宽的围护带；在斜井两侧留2（）m宽的围护带,

得受护面积边界a'b'eiC

（2）过斜井轴线作倾向剖面4一瓦由工业场地受护边界卬、"点以夕=45。作直

线与基岩面相交，由交点分别以），=75。和彼=70。作直线，与煤层底板相交分别得0、

/月点。煤层与井筒在e点相交。由井底车场巷道顶板到煤层底板的垂高不应小于高度

/isho

/?sii=30-25X—=30-25x=25（m）。从而确定得煤层底板上的q点。

P57.3

式中3()、25均为回归的常数；a为煤层倾角；p为斜井落底处井底的曲线半径。

井口加在煤层上的垂直投影点/21为斜井井筒保护煤柱下边界(当只留斜井保护煤

柱时，

仍由井口受护面积边界点按移动角圈定)。

为倾向剖面上工业场地保护煤柱边界。

Ing为倾向剖面上斜井和井底车场保护煤柱边界。

(3)在走向剖面。一。上，由〃‘、夕’点以夕二45。作直线与基岩面相交，由交点

以3二75。作直线，与倾向剖面上#］、61点的投影线分别相交于点42、相2和岳、分’2。

。2〃'2和历"2为走向剖面上工业广场保护煤柱边界。

斜井井筒受护面积边界和倾向剖面上g、e点的投影线相交于点和白、刈。

gigl和egi为走向剖面井底车场保护煤柱边界。

由井口受护面积边界以9=45。作直线，与基岩面相交，由交点以5=75。作直线,

与倾向剖面上用点的投影线分别相交于〃2、〃'2点。连接eih?和el"2,与b力’2分别

相交于点历和夕3。

(4)将42、#2、bl.夕2、匕3、夕3、0、刈、如、夕点投影到平面图上，则

42/帅Mglg'ie'l"38’24’2即为反斜井及工业场地保护煤柱边界。

2.6平洞、石门、大巷及上、下山保护煤柱的设计

2.6.1平洞、石门穿过煤层

当平碉、石门穿过煤层时，平碉、石门保护煤柱可按下述方法设计（图13）。

⑴对倾角小于或等于35。的煤层，穿煤点上方的平碉、石门保护煤柱的水平投

影长度b,可按下式计算确定：

b=-^—M（4-5）

tana

式中h——穿煤点上方保护煤柱的相对垂高，m；

M——煤层厚度，mo

图13平铜及石门保护煤柱设计方法

$一平洞及石门和巷道煤柱宽度

/?=30-25-（4-6）

P

式中a―煤层倾角；

〃一常数，为57.3。。

（2）对倾角大于35。的煤层，平嗣、石门上方煤柱的相对垂高一般可取为10m。

（3）如果煤层底板为厚度大于20m的坚硬岩层（如石英砂岩等）时，平碉、石

门上方可只留设3~5m煤柱作为护巷煤柱，而不留设干碉、石门保护煤柱。

（4）穿煤点下方的平砌及石门保护煤柱设计方法是从护巷煤柱边界起，以岩层移

动角法设计（图14）o

2.6.2大巷及上、下山位于煤层中

当大巷及上、下山位于煤层中时，其护巷煤柱宽度可按下述方法确定。

煤层中的大巷及上、下山保护煤柱宽度按下式设计计算（图15）,或按实测资料取

煤层中固定支承压力带的宽度设计（一般为20〜80m）o

煤层大巷及上、下山保护煤柱宽度S为：

S=2Si+勿（4-7）

式中Si—大巷及上、下山保护煤柱的水平宽度（m）,可按下式设计计算：

图15大巷及上、下山保护煤柱设计方法

（4-8）

式中a——受护斜井或巷道宽度的一半，m；

H——斜井或巷道的最大垂深，m；

M——煤厚，m；

f——煤的强度系数，/二0』厢元；

Rc——煤的单向抗压强度，MPa。

2.6.2其他情况

（1）大巷及上、下山位于煤层顶板岩层中时，其保护煤柱设计方法及宽度可按第

一条第四款所述方法进行计算。

⑵大巷及上、下山位于煤层底板岩层中时，且上山倾角与煤层倾角相同时，应

根据上、下山至煤层的法线距离（图16）、煤层厚度及其间的岩性参照表8确定是否

留设煤柱。当该法线距离大干或等于表8中的数值时，上、下山上方的煤层中可不留

设保护煤柱;当该法线距离小于表8中的数值时,斜产上方的煤层中应留设保护煤柱。

该保护煤柱的宽度可参照前述有关方法设计。

图16斜井或巷道煤柱设计方法

表8斜井上方煤层中留设保护煤柱的临界法线距离

临界法线距离力（m）

岩性岩石名称

薄、中厚煤层厚煤层

坚硬石英砂岩、砾岩、石灰岩、砂质页岩(6〜10)M(6-8)M

中硬砂岩、砂质页岩、泥质页岩，页岩(10-15)M(8-10)M

软弱泥岩、铝土页岩、铝土岩、泥质砂岩(15-25)M(10〜15)M

（3）上、下山穿过煤层时，其保护煤柱宽度可按下述方法进行确定。

将上、下山的受护边界投影到地面标高水平，并在走向和倾斜剖面上均以移动角

法设计如图17所示。

图17上、下山穿过煤层时，煤柱的设计

2.7水体安全煤（岩）柱设计方法

某矿采区上方有水库一座，水库下方为含水砂砾层，厚10m；基岩风化带垂深10

m,富水性强；覆岩性质中硬。

该矿地质条件及裂缝角和移动角值见表9

表9某矿地质条件及裂缝角和移动角值

煤层厚开采分

维护带煤层倾a开采方93y0

度M层数

宽度/m/（°）法/(°)/(°)/(°)/(°)/(°)

/mn

倾斜分

6.5152()3层长壁8()45737361

法

保护煤柱边界的圈定方法如下（图18）：

（1）由库坝外侧留15m宽的围护带，得受护面积边界必元库坝处仅考虑最

高洪水位，不另加围护带。

（2）通过水库底面最低标高处作煤层倾向剖面A-B和走向剖面C-D.

（3）在剖面上，由受护边界"、"点以9=45。作直线与基岩面相交。由

交点分别以7=73。和夕=61。作直线，分别与煤层底板相交于优1、"।点。由于水库在

煤层下山方向，尚需计算防水安全煤岩柱尺寸”如。

水体安全煤柱的圈定

100M100x6.5

导水裂缝带高度Hu=16M+3.6+5.6=L6x6.5+3.6+5.6=52(m)

6M6x6.5

保护层厚度Hb=〃=3=13(m)

基岩风化带深度为二10m

则Hsh=Hu+Hb+Hfe=75m

由水库下砂砾层底部最低水平处向下量75m,其端部水平线与煤层顶板交于m点。

由于⑨点在。，点下方，故的、加点为倾向剖面上保护煤柱边界。

（4）在。一。剖面上，以最高洪水位〃”、/尸点为受护面积边界。由加，点以

3=73°作直线,与倾向剖面上b1和⑨点的投影相交于历、by2和。2、。’2。

（5）在河床底部以裂缝角（T=80。作直线，与煤层底板相交于加、夕3点。

（6）将历、"2、氏、夕3、02、。'2投影到平面图上。则以"力’3为水库保护

煤柱边界。

2.8铁路保护煤柱设计

2.8.1铁路保护煤柱设计

某矿地质条件及基岩移动角值见表10o

表10某矿地质条件和基岩移动角值

煤层厚度M/m煤层倾角〃（°）维护带宽度/m/?/(°)y/(°)6/(°)

61615657575

保护煤柱边界圈定方法如下（图19）

图19铁路保护煤柱的固定

（1）由铁路路基向外留15m宽的维护带。

（2）按特征点作剖面1一1、n—n、ni—ni、IV-IV.v-v。

（3）求出各剖面线与铁路中心线交点位置的煤层深度“、各剖面线方向上的煤

层伪倾角优、铁路中心线与煤层走向间所夹锐角以在由式4—1求出各剖面位置的夕

和/值，见表11。

（4）按表11中的有关数据，绘制各剖面图，求出煤柱边界点〃、b、c、d、e、卜

g、h、i、Jo把各点投到平面图上，用曲线连接，即为所求的煤柱边界。

表11剖面位置的。'和/值

剖面H/m0/(°)pfl(°)//(°)

1-16415216675

II-II8915206675

III-III951606575

IV-IV8915276675

v-v5113336775

2.8.2铁路立交桥保护煤柱设计

某矿有铁路立交桥一座，桥上为矿区专用铁路线，桥下为国家n级铁路线。立交

桥长轴与煤层倾向一致。该矿地质条件和基岩移动角直见表12,立交桥允许变形值处2

mm/nio

表12某矿地质条件和基岩移动角值

煤层倾角oJ煤层深度冲积层厚度

煤层厚度M/m9/（。）6/(°)y/(°)做(°)

（°）H/m/m

2.114293745787868

保护煤柱的圈定方法如下（图20）：

图20铁路立交桥保护煤柱的圈定

（1）以线路两侧路堑边缘为界，留15m宽的维护带。

（2）鉴于立交桥长轴与煤层倾向一致，本例只考虑煤层走向方向保护煤柱边界圈

定。有走向剖面上的受护边界?、。点以（p=45°作直线与基岩面相交，再由交点以d二

78。作直线与煤层底板相交于〃、q点。〃、4点应为走向剖面上保护煤柱边界点，其距

离pq=2()4m。

(3)由于受护面积边界较小，需验算立交桥的水平变形值应不超过允许变形值。

计算参数为：

下沉系数行0.67；主要影响角正切tmM=L85；拐点偏移距S=0.1〃；水平移动系

数6=0.3。

由与二经卷8(m)

计算得:

tan/?1.85

Wb=Mqcosa=2100x0.67xcosl4°=1365(mm)

eo=1.526=1.52x0.3365=394(mm/m)

r3158

因为立交桥水平变形值为双向半无限叠加值，取&——:——=1(mm/m)

2

经计算应留保护煤柱宽度为£=2x147=294(m)。实际应留保护煤柱宽度/二乙一

2S=L—0.2/7=294—0.2x293=236(m)。

3煤柱回收设计

3.1立井井筒保护煤柱回收设计

3.1.1簸

(1)各生产矿井在安全情况允许条件下，必须回收即将报废立井的保护煤住。

(2)即将报废矿井的井筒保护煤柱和工业场地保护煤柱，应采用正规采煤方法和

利用本井筒回收，需要采用非正规方法和另建新井筒或增加其它工程才能回收的，必

须在专门设计中论证。

(3)回收井筒保护煤柱时，应根据井筒与所采煤层的空间关系、地质、水文i也质

及开采技术条件，采用相应的开采方法和安全措施。

①当所采煤层被井筒穿过时，一船应首先在煤层内切断井壁，代之以可缩性木跺

圈，并采用充填方法开采井筒周I韦I的一个正方形或矩形块段，然后用主工作面从井筒

煤柱的一侧边界向另一侧回采或对称开采。主工作面一般可采用充填方法管理顶板或

条带法开采；条件允许时，也可采用全部陷落方法管理顶板。

②当所采煤层在井筒下面时，如井底及其巷道、雨室至煤层的垂距大于裂缝带高

度，可采用长工作面或阶梯工作面由井筒煤柱一侧向另一侧回采或对称开采，条件不

利时，应采用充填法或条带法开采。

③当所采煤层（块段）在井筒一侧时，一般应保留防偏煤柱，并采用对称方法开

采，即在井筒煤柱范围内的煤层走向方向上，按采厚、面积或产量的等量对称开采；

条件不利时，应采用条带法或充填法开采。

④开采井筒煤柱的防护措施有：在所采煤层上方的井壁内加木砖可缩层；在井筒

舞道接头处加可伸缩接头；在排水、压风管路接头处加可伸缩接头；在电线固定点之

间留可伸缩余量；必要时要备有安全出口；对井壁、井筒装备进行及时检查和维修。

3.1.2立井井筒保护煤柱回收设计步骤

立井井筒保护煤柱回收设计应包括方案设计和初步设计两个步骤，其基本内容应

符合下列要求：

（1）方案设计

①回收井筒保护煤柱的必要性、可能性和安全可靠。

②回收井筒保护煤柱的各种技术方案。

③方案的技术、经济评价。

④方案的选择。

（2）初步设计

①开采方法。应包括采煤方法和顶板管理方法、布置、开采顺序、推进方向、推

进速度等。

②井筒、井筒装备、井筒保护煤柱范围内主要巷道、碉室及地面建（构）筑物所在

地表的移动与变形值预计。

③建（构）筑物、井筒及其装备的加固保护和维修措施。应包括采前的加固保护

措施、加固构件的设计说明书和施工图：开采期间及采后的维修措施，加固与维修材

料和费用预算。

④经济效益分析与评价。

⑤各种观测站设计。

3.13技术资料和工程图

完成井筒保护煤柱回收设计必须具备如下技术资料和工程图。

（1）技术资料

①地质及开采技术条件。煤层的层数、层间距、厚度、倾角、埋藏深度、压煤量，

所采煤层与井筒的空间关系，所采煤层中及其上、下的巷道、嗣室分布情况，岩性、

断裂构造、岩层含水性、井筒保护煤柱外己开采情况。

②井筒及其装备概况。井深、井壁、井径、罐道、罐道梁、提升设备、井筒内管

路、电缆、梯子间、井架（井塔）及井口房的技术特征、安装、布置方式、使用现状及

必要的设计说明书。

（2）工程图

①井上、下对照图。应包括地形和煤层底板等高线、地质构造、邻近工作面位置

及建（构）筑物平面布置。

②地质剖面图和钻孔柱状图。应标明地面标高，建（构）筑物位置、煤层的层数、

厚度、层间距、埋臧深度、倾角和地质构造等。

③建（构）筑物的施工图（或竣工图）。应包括平面图、立面图、剖面图，主要承

重构件（梁、柱、屋架、楼板、基础等）的支座联接方式，断面尺寸和配筋，管线接

头构造及重要设备基础等。

④井筒剖面图。应包括井壁结构、围岩性质及含水层分布等。

⑤通过井筒及工业场地的地质剖面图。

⑥井筒横断而图及井筒装备布置图。

3.13变形观测

回收井筒保护煤柱时，应在地面、巷道内进行观测工作。

（1）地表及建筑物的移动与变形观测。

（2）井筒保护煤柱范围内的各种巷道移动与变形观测。

（3