防隔水煤柱留设设计方案
防隔水煤柱留设设计方案 Prepared on 24 November 2020
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,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 P K P /3
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、、、、、、、、、、；
K P ——煤的抗张强度（kgf/cm 2），K P 取9kgf/cm 2； P ——水头压力（kgf/cm 2），P ＝50kgf/cm 2； K ——安全系数，一般取2～5，本设计取3。
则： L 4＝3××m ）
L 5＝3＝（m ）
L 7＝3＝（m ）
L 8＝3＝（m ）
L 10＝3＝（m ）
L 14＝3＝（m ）
L 23＝3＝（m ）
L 24＝3＝（m ）
L 25＝3＝（m ）
L 28＝3＝（m ）
L 29＝3＝（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、、、、、、、、、、；
4煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
5煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
7煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
8煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
10煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
14煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
23煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
24煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
25煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
28煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
29煤层开采时:H
冒
=100M÷++=100×÷×++=（m）
则： 4煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
5煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
7煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
8煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
10煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
14煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
23煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
24煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
25煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
28煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（m）
29煤层开采时：Ｈ
防=Ｈ
裂
+Ｈ
保
=+10=（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 、、、、、、、、、、；
K P ——煤层的抗张强度(kgf/cm 2)K P 取8kgf/cm 2； P ——水头压力(kgf/cm 2)，P=50kgf/cm 2； K ——安全系数，一般取2-5，本次设计取3。 L 4＝3××8/503?＝（m ） L 5＝3××8/503?＝（m ）
L 7＝3××m ）
L 8＝3××m ）
L 10＝3××m ）
L 14＝3××m ）
L 23＝3××m ）
L 24＝3××m ）
L 25＝3××m ）
L 28＝3××m ）
L 29＝3××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
K P ——煤层的抗张强度(kgf/cm 2)K P 取8kgf/cm 2； P ——水头压力(kgf/cm 2)，P=50kgf/cm 2； K ——安全系数，一般取2-5，本次设计取5。
L ＝3××8/503?＝（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
K
P ——煤层的抗张强度(kgf/cm2)K
P
，取8kgf/cm2；
P——水头压力(kgf/cm2) ，P=50kgf/cm2；A——安全系数，一般取1～，本设计取
L
4＝××8/
50
3?＝（m）
L
5＝××8/
50
3?＝（m）
L
7
m）
L
8
m）
L
10
m）
L
14
m）
L
23
m）
L
24
m）
L
25
m）
L
28
m）
L
29
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布置和施工。矿井并制定相应的“探、放、堵、截、排”等综合防治安全技术措施。经矿总工程师批准，向施工队认真贯彻执行。确保下部
煤层开采的安全。
7）河流防水煤(岩)柱的留设：矿区内无河流经过，该矿井不存在河流防水煤(岩)柱的留设。
4、防水安全煤柱留设宽度见下表。
防水煤柱留设宽度表