防治水煤柱的留设及计算.docx

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防治水煤柱的留设及计算

桐梓县鸿森煤矿

防治水煤（岩）柱留设及计算

二〇一三年九月

根据防水煤（岩）柱所处的位置，可以分成不同的种类。

结合兴隆煤矿实际，就本矿井而言主要有:

断层煤柱、井田边界煤柱、采空区防水煤（岩）柱、煤层露头风氧化带煤柱及采区边界煤柱、封闭不良钻孔煤柱等。

一、防治水煤（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最低限度，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。

二、防水煤（岩）柱的计算依据

（1）矿井水文地质条件属中等类型；

（2）因未获得煤的抭张强度资料，类比我省煤炭指标取KP=10kgf/cm2考虑。

（3）因无含水位标高资料，该矿井开采中最大埋深约350m，即水头压力按P=35kgf/cm2考虑。

（4）煤层厚度按储量核实报告提供的C6、C7、C8、C13煤层最大厚度1.2、1.05、1.1、1.02m考虑。

（5）安全系数A取值范围2～5，本设计因已按最大埋深计算，故按4考虑。

（6）地质报告未发现有断层，因此按井田内未来揭露断层落差小于30m考虑。

（7）未提供井田内存在钻孔的有关资料，暂不计算。

三、计算方法、过程与结果

1、断层防水煤（岩）柱的留设

断裂不发育，煤层中局部有小断裂错动，但由于延伸短（3～５m）、断距小（0.3～1.0m）、对煤层连续性破坏不大，因此按井田内未来揭露断层落差小于30m考虑，按下式计算：

式中:

L——顺层防水煤柱宽度（m）。

M——煤层厚度或采高（m）。

KP——煤层的抗张强度（kgf/cm2）。

P——水头压力（kgf/cm2）。

A——安全系数，一般取2-5，本次设计取4。

计算结果如下:

今后若揭露落差大于15m，断层两侧各留设30m防水煤柱，落差大于30m，断层两侧各留设50m防水煤柱。

2、田边界煤柱的留设

该矿水文地质条件类型为中等类型，井田边界煤柱可按下述公式计算隔离煤柱宽度：

L＝0.5KM

≮20m

式中：

L——顺层防水煤柱宽度（m）；

M——煤厚或采高（m）；

KP——煤的抗张强度（kgf/cm2），KP＝10kgf/cm2；

P——水头压力（kgf/cm2），P＝35kgf/cm2；

K——安全系数，一般取2～5，本设计取4。

则计算的各煤层隔离煤柱宽度如下表：

3、主要巷道防水煤（岩）柱的留设

主要巷道煤柱留设计算结果如下：

4、水淹区或老空积水区（采空区）防水煤（岩）柱的留设

（1）在水淹区或老空积水区下掘进时，巷道与水体之间的最小距离不得小于巷道高度的10倍，经计算为10×3.2=32m。

（2）在水淹区下或老窑积水区下同一煤层中进行开采时的煤柱留设，采用下式计算:

式中:

L——顺层防水煤柱宽度（m）。

M——煤层厚度或采高（m）。

KP——煤层的抗张强度（kgf/cm2）。

P——水头压力（kgf/cm2）。

K——安全系数，一般取2—5，本次设计取4。

计算结果如下:

（3）在水淹区或老空积水区下回采时，防水煤（岩）柱的尺寸不得小于导水裂隙带最大高度与保护带厚度之和，因此按下式计算:

该矿煤层顶板多为粉砂岩（或细砂岩），按中硬岩石考虑:

式中:

h导裂——导水裂隙带高度（m）。

h保——保护层厚度。

M——煤层厚度或采高m

由此可知，实际开采过程中若探到C6、C7、C8、C13煤层上覆煤层存在采空区且其间距依次小于30.94、28.64、29.42、28.16m，在煤层中留设相应的煤柱或事先疏放上部采空区水或经探证实无水时，然后才能开采，否则必须留设煤柱。

5、煤层露头风氧化带煤柱

根据《矿井水文地质规程》及《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》有关规定，煤层露头风氧化带煤柱采用下式计算:

式中:

h导裂——导水裂隙带高度（m）。

h保——保护层厚度。

M——煤层厚度或采高m

H地裂——地裂缝高度，m，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》表6-7取8m

计算结果如下:

6、水平及采区边界煤柱

按下式计算：

式中:

L——顺层防水煤柱宽度（m）。

M——煤层厚度或采高（m）。

KP——煤层的抗张强度（kgf/cm2）。

P——水头压力（kgf/cm2）。

A——安全系数，一般取2-5，本次设计取4。

计算结果如下:

7、地表水煤柱

区内无山塘和河流，仅有季节性溪沟。

溪沟水随季节变化而变化，无较大的地表水体。

对矿区开采基本没影响，因此，不专篇不考虑煤柱留设。

8、防水安全煤柱留设宽度

防水煤柱留设表

9、煤柱留设应注意的问题

（1）矿井开采过程中应随时注意煤层物理性质，若煤层为较松软煤层，则煤柱留设宽度在上述计算基础上应加大，建议在煤层松软的情况下各煤柱均按40m留设。

（2）开采过程中若发现留设的煤柱有侵水以及相应的采掘面有淋水情况，必须停止作业立即处理。

四、煤层群开采，上覆煤层开采后，开采下覆煤层时疏干老空水的方式、方法：

1、疏水降压方案制定原则

1）应与煤矿建井、开采阶段相适应。

2）疏水能力要超过充水含水层的天然补给量。

3）疏水工程应靠近防护地段，疏水点应有安全防护设施。

4）疏水钻孔数应采用多种方案进行试算，水位降低能够满足安全采掘要求。

5）疏水工程不能停顿，应根据生产需要有步骤进行。

2、疏水降压工程

1）水压

本矿未采取疏干勘探，由于矿方提供资料不足，含水层水压无法计算，建议矿方尽快补充完善。

2）疏水方式

根据矿井实际情况，采用井下疏干孔的疏干方式，由井下施工钻孔，直接钻入煤层采空区和底板含水层，利用承压水头，将地下水疏放出来，实现疏干或降压。

3）安全水头值

进行采掘活动前，应对其上覆煤层采空区或底板含水层进行疏水降压，使煤层承受的水头压力降到安全水头值以下方可以进行采掘活动，安全水头值计算如下：

P底=TsM底=0.06×（1～3.5）=（0.06～0.21）Mpa

式中：

Ts—临界突水系数（MPa/m），取0.06MPa/m；

P—安全水压（MPa）；

M—隔水层厚度，1～3.5m；

经计算采取底板疏水降压后必须达到的安全水头值为0.06MPa。

4）疏水降压地点

矿井在采掘活动之前建议加强物探、化探、钻探工作，查清地下水分布、赋存情况。

对赋存灰岩溶洞水且可能造成矿井突水危险的位置打放水钻孔进行疏放，使水压降到安全水压以下。

若地下水赋存情况不明时，应采取探放水措施进行超前探水，若探测范围内发现有灰岩溶洞水时，则实施放水钻孔进行疏放，使水压降至安全水压以下，方可进行采掘活动。

5）井下疏、排水配套工程

井下疏、排水前必须清理排水沟、检查排水机械设备和清理水仓。

井下疏水通过水沟流入井底水仓，然后利用水泵把水排到地表。

6）井下疏水钻孔布置

根据探查结合、疏放结合的原则，井下放水钻孔的布置一般遵循先疏后密，先浅部后深部。

钻孔重点布置区域为：

（1）回采工作面回风巷、运输巷、回采工作面的开切眼、停采线以及回采工作面中部；

（2）直接揭露或尽量靠近导水断层、裂隙带和陷落柱；

（3）采动影响范围内，煤层顶底板隔水岩层厚度不清处；

（4）顶底板岩性较差、厚度较薄处；

（5）井底车场附近。

7）疏水降压设备

疏水降压设备与井下探放水设备共用。

配备MYZ-150B探水钻4台，三台使用，一台备用。

8）施工疏水降压钻孔时应注意：

（1）在施工疏水降压钻孔之前，须编制专门的疏水降压的设计和完成井下疏、排水配套工程施工和调试工作，根据施工疏水降压钻孔所取得的数据，必须确认承压含水层的水头值降到隔水层能承受的安全水头值以下，工作面才能回采，并制定安全措施。

（2）井下疏干孔施工前，须开掘专门的防水硐室。

（3）疏放水前应砌筑好放水挡水墙，利用疏干钻孔的孔口套管、孔口放水闸门或防喷、控放装置，控制流量，有计划的疏放水，钻孔附近的巷道应加强支护。

（4）采用能控制水量的钻孔，如平孔和垂孔。

（5）钻孔间距一般以工作面中部及开切眼、停采线均有钻孔为宜。

（6）在存在断层的工作面实施钻孔，钻孔应直接揭露或尽量靠近断层附近，以增加钻孔的出水率。

（7）在施工疏水降压钻孔过程中，发现煤层变潮湿、松软，煤帮出现滴水、淋水现象且淋水由小变大，巷道有挂汗、挂红、空气变冷、出现雾气，底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水征兆，必须停止作业，采取措施，立即上报并发出警报，撤出所有受水害威胁地的人员。

（8）清理巷道和排水沟，井下排水设施满足矿井涌水量和疏水量的要求。

（9）在施工钻孔地点或附近安设专用电话。

（10）测量和相关人员必须亲临现场，依据设计，确定钻孔位置、方位、角度、深度和钻孔数目。

（11）预计水压较大时，疏水降压钻孔钻进之前，必须先安装好孔口管和控制阀门，进行耐压试验，达到设计承受的水压后，继续钻进。

开设躲避场所，并规定避灾线路。

在建设和生产过程中必须进行承压水观测，进行水压测试，根据观测结果若存在承压水则制定专门的措施并严格贯彻执行。