煤矿防治水规定》培训-防隔水煤柱留设专题讲座

1、防挡水煤(岩)柱的留置，2012年3月14日，中煤科学工业集团西安研究员，博士课程导师李竞争生，第一部分防挡水煤(岩)柱的种类和留置原则，防挡水煤(岩)柱的留置，一、概况，二，防挡水煤(岩)柱的种类，三，防挡水煤(岩)柱的留置原则，三，三柱留置原则8 .挡水煤(岩)柱需要一定厚度的粘土质挡水岩层或含水性能弱的岩层，否则挡水煤(岩)柱没有挡水作用。 9 .采用在水体下放置防水炭(岩)柱的方法开采陡倾斜的煤层，防止煤层喷出物发生，严禁发生严重的透水事故。 10 .在邻接的井田的边界，留下遮水炭(岩)柱，遮水炭(岩)柱的尺寸必须在矿井设计时决定。 第二部分防水炭(岩)柱的留置和计算，防水炭(岩)柱的

2、留置概要，一、煤层被防水炭(岩)柱的留置和计算，图17-1煤层被松散的富水性强含水层复盖时防水炭(岩)柱的留置图，Hf防水炭(岩)柱的高度HL导水裂缝带高的Hb保护层的厚度； 煤层倾斜角，一、煤层截水煤(岩)柱的留置和计算，二、含水或导水断层截水煤(岩)柱的留置和计算，含水或导水断层截水煤柱的留置(图17-2 )可参照经验式(17-3 )计算： 20m(17-3 )，式中l煤柱的留置宽度，m； k安全系数一般为25煤层的厚度或开采高度，m； p水头压力、MPa； Kp煤的拉伸强度，MPa。 式中： l煤柱留下的宽度p水头压力m煤层的厚度或开采高度，图17-2的含水或导水断层防挡水煤(岩)柱的留

3、置图，式(17-3 )用于挡水岩柱计算时，m为巷道的高度，Kp为岩层的拉伸强度，二、含水或导水断层防挡水煤(岩)柱的留置和计算煤层与强含水层或导水断层防水煤(岩)柱的留置和计算，l挡水煤(岩)柱的宽度L1、L2、L3防止挡水煤(岩)柱各段宽的HL导水裂缝带高的Ha断层安全防水岩柱的宽度断层的倾斜角岩层的凹陷角h煤层底板以上的静水位高度m断层的上盘带水层水平高于下盘带煤层底板的高度， 图17-3煤层与强带水层或导水断层接触时防水炭(岩)柱留下图，带水层的顶面比导水龟裂带高的情况下，防水炭(岩)柱可如图17-3a、图17-3b那样留下。 其计算公式为L=L1 L2 L3=Hacsc HLcot H

4、Lcot(17-4 )，导水裂缝带的上限比断层上盘带水层高，断层不导水的情况下，隔水煤(岩)柱如图17-3c所示残留。 其计算公式为： l=l1l2l3=ha (sincos cot ) (ha cosm ) (cot ) 20m (17-5 )、三、煤层与强含水层或导水断层接触的挡水煤(岩)柱的新设和计算、上式： l挡水煤(岩)柱宽、m； L1、L2、L3防水煤(岩)柱各段宽、m； HL导水裂带高度，m； 断层的倾斜角，()； 岩层塌陷角，()； m断层上盘含水层水平高于下盘煤层底板的高度，m； PS断层安全防水岩柱的宽度，m。 三、煤层与强含水层或导水断层或非导水断层相接的防水炭(岩)柱的

5、留置和计算，式(17-5 )的导出过程：从a点画图17-3c与煤层平行的直线ad，可得到图17-4。图17-4遮水煤(岩)柱尺寸l的计算图，三、煤层与强带水层或导水断层或非导水断层相接的遮水煤(岩)柱的新设和计算， 直角aec中aec=所以ac=Hasin是直角ebc，BC=eccot=hacoscotl1=AC-BC=hasin-hacoscot=ha (sin-coscot )是直角egf，ef=mcoc=mchacos是直角egf 由于cot为直角efh，FH=L3=ef cot=(mhacos ) cot L2 L3=(moha cos ) (cotcotcot )，因此，l=l1l2

6、l3=ha(sin-coscot)(cot )、三、煤层与强含水层或导水断层或非导水断层接触引起的遮挡柱的留置和计算，图17-3c所示的挡水煤(岩)柱的尺寸也可以用其他方法计算(图17-5所示):将图17-3c转换为图17-5的形状，可以得到挡水煤(岩)柱的尺寸计算式： L=L1 L2 L3= (17-6 )、三、煤层和强含水层Ha值必须根据矿山的实际观测数据来确定，图17-5的防水煤(岩)柱的尺寸l的计算示意图，三、煤层与强含水层或导水断层或非导水断层接触防水煤(岩)柱的留置和计算，Ha值也可通过式(17-7 )计算：三、煤层与强Ts临界突水系数，MPam； a保护层的厚度通常为10m。(1

7、7-7 )、临界突水系数Ts必须根据本矿区的实际突水资料来决定。 如果本矿区没有实际的突水系数，可以参考其他矿区的资料，但在选择时，必须综合考虑隔水层的岩性、物理力学性质、巷道跨度和工作面的空中山顶距离、采煤方法和顶板控制方法等一系列因素。 我国某矿区的临界突水系数见表17-1。 三、与煤层和强含水层或导水断层或非导水断层接触的挡水煤(岩)柱的留置和计算、表17-1的某矿区的临界突水系数、三、与煤层和强含水层或导水断层或非导水断层接触的挡水煤(岩)柱的留置和计算、安全挡水岩柱Ha也由无声式和保护层厚度a决定隔水层的平均重度，MN/m3； Kp隔水层的平均拉伸强度、MPa； p遮水层受到的水头压

8、力，MPa。 三、煤层与强含水层或导水断层或非导水断层相接的挡水煤(岩)柱的留置和计算，四、煤层位于含水层上，断层导水和非导水时的挡水煤(岩)柱的留置和计算，煤层位于含水层上，断层导水时(图17-6 )，挡水煤(岩) 柱的留置应考虑两个方向的压力：一是煤层底部的隔水层能否承受下部含水层的水的压力；二是断层水的煤层正向的压力。 断层倾斜角Ha断层安全防水岩柱的宽度l挡水煤(岩)柱的宽度，图17-6煤层位于带水层的上方，断层导水时挡水煤(岩)柱留下图，考虑底部压力的情况下，煤层底板与断层面之间的最小距离(垂直距离)不得大于安全岩柱的宽度Ha的计算值，小于20m 其计算式(17-9 )为、20m(1

9、7-9 )、式中的断层角度、()； 其馀参数与之前相同。 四、煤层位于含水层上方，防止断层导水和无导水时挡水煤(岩)柱的留置和计算，考虑到断层水沿顺煤层方向的压力，按照式(17-3 )计算煤柱宽度。 根据以上两种方法计算的结果，虽然取了很大的数字，但还必须在20m以下。 断层不导水时(图17-7 )，断层安全防水岩柱Ha必须在含水层上表面和断层交点到煤层开采区之间的距离。如图17-7a所示，顺层防水炭柱的宽度用下式计算：(17-10 )、四、煤层位于含水层上，断层导水和非导水时防水炭(岩)柱的留置和计算，图17-7b所示的情况下，防水炭柱的宽度用下式计算：(17-10 )、(17-11 )式中

10、(17-11 )、四、煤层位于含水层上方，没有断层导水和导水时的隔水煤(岩)柱的留置和计算为Ha断层安全防水岩柱的宽度l防水煤(岩)柱的宽度，图17-7煤层位于含水层上方，断层不导水时的隔水煤(岩)柱的设置图，四、煤层位于含水层上方， 断层不导水和不导水时隔水炭(岩)柱的设置和计算，在上述各种情况下，断层安全隔水岩柱的宽度Ha用式(17-12 )计算：式中Cp煤层底板的破坏深度，m； 其馀参数与之前相同。(17-12 )、式(17-12 )为近似式，强调了煤层底板的破坏深度对Ha的影响。 四、煤层位于含水层上方，没有断层导水和导水情况下的挡水煤(岩)柱的留置和计算，安全挡水岩柱Ha也可通过苏莱

11、弗式和煤层底板破坏深度Cp确定，计算式如下。 四、煤层位于含水层上方，没有断层导水和导水时挡水炭(岩)柱的留置和计算，五、在水淹区或老空积水区开采时挡水炭(岩)柱的留置和计算，一.巷道在水淹区下或老空积水区挖掘时，巷道与水体之间的最小距离在巷道高度的十倍以下2 .在浸水区下或旧水区下的同一煤层开采时，如果浸水区或旧水区的分界线大致明确，防水煤(岩)柱的尺寸应按照式(17-3 )保留。 3 .在浸水区下或旧积水区下的煤层采矿时，防水炭(岩)柱的尺寸不得小于导水裂带的高度和保护带的厚度之和。 六、地表水体防隔水炭(岩)柱的留置和计算，地表水体防隔水炭(岩)柱的留置可以参照建筑物、水体、铁路及主要井

12、巷炭柱的留置和压炭开采规程来执行。 七、钻孔和凹陷柱的防水炭(岩)柱的留置和计算，必须根据钻孔的倾斜数据换算钻孔的炭点坐标，按照式(17-3 )留置防水炭(岩)柱，如无倾斜数据，考虑钻孔可能倾斜的误差。 从在陷落柱周围生长的导水裂缝带开始计算，按照式(17-3 )留下防水炭(岩)柱。 八、邻井田为边界防水炭(岩)柱的留置和计算，1 .从水文地质单纯型到中型矿井，可采用横向法，用式(17-3 )计算，但安全系数k一般应取410，总宽度不得在40m以下。 2、水文地质复杂型到极复杂型的坑道，必须根据煤层的赋存条件、地质构造、静水压力、开采上霸岩层的移动角、导水裂缝带的高度等因素决定。 单一煤层边界

13、煤柱见图17-8。 即使是水文地质条件复杂非常复杂的矿山，也可通过以下公式计算导水裂缝带的上限岩柱宽度Ly和层边界炭柱宽度l，但Ly不应该小于20m。17-14、(17-15 )、八、相邻井田人为边界防水炭(岩)柱的新设和计算、式中： L1、L2、L3部分边界炭柱宽HL导水裂缝带的高度h静水位高度1、2岩塌陷的边与煤层的交角TS突水系数，图17-8相邻井田人为边界防水煤(岩)柱的留置图相邻井田人为边界防水煤(岩)柱的留置和计算、多煤层开采时： (1)上下两层煤的层间隔小于下层煤开采后的导水裂缝带高度时，下层煤的边界防水煤(岩)柱必须从最上层煤的岩层移动角和煤层间隔向下推算。(2)上、下二层煤之

14、间的垂直距离大于下煤层开采后的导水裂缝带的高度时，上、下煤层的防水煤(岩)柱可以分别保留。 HL导水裂缝带的上限、3各煤层底板以上的静水位高度山的岩层的移动角下山岩层的移动角y、y、y导水裂缝带上限岩柱宽； 上层煤防水煤柱宽度2，3下层煤防水煤柱宽度，图17-9多煤层地区边界防水炭(岩)柱的留置图，八，相邻井田人为边界防水炭(岩)柱的留置和计算，导水裂缝带上限岩柱宽度的计算，式(17-16 ) :20m，(17-16 )，式中Ly导水裂缝带上限岩柱宽度，m； h煤层底板以上的静水位高度，m； HL导水裂带的高度，m； Ts水压与岩柱宽度之比最好是0.1MPa/m。 八、相邻的井田可以参照边界防水炭(岩)柱的留置和计算，九、以断层为边界的井田防水炭(岩)柱的留置和计算，以断层为边界的井田，其边界防水炭(岩)柱可以参照断层防水炭(岩)柱，但考虑到井田另一侧煤层的状况，破坏了另一侧的煤(岩)柱断层两盘设计的采空区不能相互交流，除了要防止强含水层水流入巷道外，还可以参考图17-10所