防隔水煤柱留设设计方案.docx
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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
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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
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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
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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 3P/ K P
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 ；
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＝3×1.69 ×
3 50 / 9 ＝20.7 （ m ）
5 ＝ 3× 1.42 × 3 50 /9 ＝ 17.4 （ m ）
L
7 ＝ 3× 1.78 × 3 50 /9
＝ 21.8 （ m ） L
8
＝ 3× 1.22 × 3 50 /9 ＝ 14.9 （ m ） L
10
＝3× 1.32 × 3
50
/ 9
＝ 16.2 （m ）
L
L 14 ＝3× 1.39 × 3 50 / 9 ＝ 17.0 （m ）
L 23 ＝3× 1.73 × 3 50
/ 9
＝21.2 （m ） L 24 ＝3× 1.48 × 3 50 / 9 ＝18.1 （m ）
25
＝3× 1.98 × 3 50 / 9
＝ 24.2 （m ）
L
28 ＝3× 1.38 × 3
50 / 9 ＝ 16.9 （m ）
L
29
＝3×1.4 ×
3
50/9
＝ 17.1 （m ）
L
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 ；
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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；
4 煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.69÷(1.6 ×1.69+3.6)+5.6=32.41（m）
5 煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.42÷(1.
6 ×1.42+3.6)+5.6=29.78（m）
7 煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.78÷(1.6 ×1.78+3.6)+5.6=33.21（m）
8 煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.22÷(1.6 ×1.22+3.6)+5.6=27.57（m）
10煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.32÷(1.6 ×1.32+3.6)+5.6=28.7（m）14煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.73÷(1.6 ×1.73+3.6)+5.6=32.8（m）23煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.38÷(1.6 ×1.38+3.6)+5.6=29.4（m）24煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.48÷(1.6 ×1.48+3.6)+5.6=30.4（m）25煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.98÷(1.6 ×1.98+3.6)+5.6=34.9（m）28煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.38÷(1.6 ×1.38+3.6)+5.6=29.4（m）29煤层开采时:H 冒=100M÷(1.6M+3.6)+5.6=100×1.4÷(1.6 ×1.4+3.6)+5.6=29.6（m）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=33.21+10=43.21（m）
8 煤层开采时：Ｈ防 =Ｈ裂 +Ｈ保=27.57+10=37.57（m）
10 煤层开采时：Ｈ防 =Ｈ裂+Ｈ保 =28.7+10=38.7 （m）
14 煤层开采时：Ｈ防 =Ｈ裂+Ｈ保 =32.8+10=43.8 （m）
23煤层开采时：Ｈ防 =Ｈ裂+Ｈ保 =29.4+10=39.4 （m）
24煤层开采时：Ｈ防 =Ｈ裂+Ｈ保 =30.4+10=40.4 （m）
25煤层开采时：Ｈ防 =Ｈ裂+Ｈ保 =34.9+10=44.9 （m）
28煤层开采时：Ｈ防 =Ｈ裂+Ｈ保 =29.4+10=39.4 （m）
29煤层开采时：Ｈ防 =Ｈ裂+Ｈ保 =29.6+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=
KM 3 /
K P P
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；
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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。
4＝3×1.69 ×350/ 8
＝ 21.95（ m）
L
5＝3×1.42 ×350/ 8
＝ 18.4（m）
L
7350/8
＝23.1（m）L ＝3×1.78 ×
8350/8
＝15.8（m）L ＝3×1.22 ×
10
3× 1.32 ×350/8
＝ 17.1（ m）
L＝
143× 1.39 ×350/8＝ 18.1（ m）
L＝
23
3× 1.73 ×350/8
＝ 22.5（ m）
L＝
24
3× 1.48 ×350/8
＝ 19.2（ m）
L＝
25
3× 1.98 ×350/8
＝ 25.7（ m）
L＝
28
3× 1.38 ×350/8
＝ 17.9（ m）
L＝
29
3× 1.4 ×350/8
＝18.2（ m）
L＝
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=
KM 3 /
K P P
式中： L——斜巷防水煤柱宽度(m) ；
M——煤层厚度或采高(m) ， 4 煤层 1.69m
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× 1.69 × 3 50 / 8 ＝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：
.
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L= AM 3 P / K P
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 1.69m
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；
A ——安全系数，一般取 1～2.5 ，本设计取 2.5
4
3 50 /8 ＝18.3 （m ）
L ＝2.5 ×1.69 × 5 ＝ 2.5 × 1.42× 3 50/8＝ 15.4（ ）
L
m
7
3
50/8
＝ 19.3 （ m ） L ＝2.5 ×1.78 ×
8
3 50/8
＝ 13.2 （ m ） L ＝2.5 ×1.22 ×
10
× 1.32 × 3 50/8
＝14.3 （m ）
L ＝ 2.5
14
× 1.39 × 3
50/8
＝15.0 （m ）
L ＝ 2.5
23
× 1.73 × 3
50/8
＝18.7 （m ）
L ＝ 2.5
24
× 1.48 × 3 50/8
＝16.0 （m ）
L ＝ 2.5
25 × 1.98 × 3 50/8 ＝21.4 （m ）
L ＝ 2.5 28
× 1.38 × 3
50/8
＝14.9 （m ）
L ＝ 2.5
29
×1.4 ×
3
50/8
＝ 15.2 （m ）
L ＝ 2.5
（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。
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防水煤柱留设宽度表
名称煤 ( 岩 ) 柱尺寸 (m)留设煤层断层防水煤柱25各煤层
井田边界煤柱25各煤层
采区边界煤柱20各煤层斜巷煤柱25各煤层采空区边界煤柱25掘进巷道与采空区距离煤层露头煤柱38-45各煤层河流不存在
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