矿井断层及大巷煤柱留设计算Word文档下载推荐.docx

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二、断层煤（岩）柱留设依据

1、《煤矿防治水细则》第五章“矿井防治水技术”第六节“防隔水煤（岩）柱留设”第九十二条规定“有以下情况之一的，应当留设防隔水煤（岩）柱：

......与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层；

......”

同时第五节“水体下采煤”中第八十四条规定“......，在基岩含水层（体）或者含水断裂带下开采时，应对开采前后覆岩的渗透性及含水层之间的水力联系进行分析评价，确定采用留设防隔水煤（岩）柱或者采用疏干（降）等方法保证开采。

”

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》第五章“水体安全煤（岩）柱留设与压煤开采”中第一节“水体安全煤岩柱的留设，第七十四条”内容，“近水体采煤时，必须采用相应的开采技术措施和安全措施，...（七）在积水采空区和基岩含水层附近采煤，或者存在充水断层破碎带、陷落柱等时，应当先探放、再疏降、后开采。

针对含水破碎带、强导水断层或与强含水层存在水力联系的断层，在《煤矿防治水细则》中明确规定了相应的煤柱留设方法和计算公式。

2、采煤工作面安全水头值计算

Ps=TsM

式中：

Ps—底板隔水层安全水头值，MPa；

M—底板隔水层厚度，m；

Ts—临界突水系数，MPa/m。

Ts值应当根据本区资料确定，一般情况下，底板受构造破坏的地段按0.06MPa/m计算，隔水层完整无断裂构造破坏的地段按0.1MPa/m计算。

3、防隔水煤（岩）柱的尺寸要求

《煤矿防治水细则》附录6.2计算方法

《煤矿防治水细则》附录六第二条，含水或者导水断层防隔水煤（岩）柱的留设：

可以参照下列经验公式计算：

图1含水或者导水断层防隔水煤（岩）柱留设

L=煤柱留设的宽度，m；

K——安全系数，一般取2～5。

M——煤层厚度或采高，取m；

P——实际水头值，取MPa；

Kp——煤的抗拉强度，MPa。

《煤矿防治水细则》附录6.4计算方法；

煤层位于含水层上方且断层导水时防隔水煤（岩）柱留设：

在煤层位于含水层上方且断层导水时（插图2）防隔水煤（岩）柱的留设应当考虑2个方向上的压力：

一是煤层底部隔水层能否承受下部含水层水的压力；

二是断层水在顺煤层方向上的压力。

图2煤层位于含水层上方且断层导水时防隔水煤（岩）柱留设图

当考虑底部压力时，应当使煤层底板到断层面之间的最小距离（垂距），大于安全防隔水煤（岩）柱的宽度（Ha）的计算值，但不得小于20m。

其计算公式：

L——煤柱留设的宽度，m；

α——断层倾角，（°

）；

Ha——断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度。

当考虑断层水在顺煤层方向上的压力时，按附录6.2计算煤柱宽度。

根据以上两种方法计算的结果取用较大的数值。

其中，Ha应当根据矿井实际观测资料来确定，即通过总结本矿区在断层附近开采时发生突水和安全开采的地址、水文地质资料。

Ha值也可以按下列公式计算：

p——防隔水煤（岩）柱所承受的实际水头值，MPa；

Ts——临界突水系数，MPa/m；

10——保护带厚度，一般取10m。

本矿区如无实际突水系数，可以参考其他矿区资料，但选用时应当综合考虑隔水层的岩性、物理力学性质、巷道跨度或者工作面的的空顶距、采煤方法和顶板控制方法等一系列因素。

三、具体案例展示

（一）断层防隔水煤柱计算

F10断层位于井田南部，正断层，走向北东东，倾向北，倾角78°

，落差0～26m，延展长度3542m。

依据钻孔资料，17煤至奥灰顶界面平均垂距约70m。

上盘17煤距下盘奥灰含水层顶面最小垂距约为40m。

依据《煤矿防治水细则》中，附录六之四，煤层位于含水层上方且断层导水时防隔水煤（岩）柱留设规定，计算公式为：

α——断层倾角，（取78°

其中Ha的计算公式为：

p——防隔水煤（岩）柱所承受的实际水头值，取1.61MPa；

Ts——临界突水系数，取0.1MPa/m；

经计算得出Ha＝26.1；

L=26.68m。

当考虑断层水在顺煤层方向上的压力时，其计算公式为：

K——安全系数，一般取2～5，本报告取5；

M——煤层厚度或采高，取16煤最大厚度1.35m；

P——实际水头值，取1.60MPa（按照奥灰水位标高-136m计算）；

Kp——煤的抗拉强度，煤的抗拉强度取0.392MPa。

经计算得出L=11.81m。

根据以上两种方法计算，当煤层位于含水层上方，即煤层底部隔水层承受下部含水层水的压力时F301断层上盘煤柱留设的宽度应大于26.65m，当断层水在顺煤层方向上的压力时，F301断层上盘煤柱留设的宽度应大于11.81m。

考虑到F301断层下盘的奥灰含水层水压高，富水性较为丰富，为确保安全考虑，根据细则要求，按照以上两种方法计算的结果取用较大的数值。

即F301断层上盘煤柱留设的宽度应大于26.65m，为确保安全生产，F301断层16煤层煤（岩）柱放宽至30m。

（二）马楼断层

位于井田西部，为井田西边界，正断层。

走向北东，倾向北西，倾角70～76°

，落差35～110m。

井田内延展长度6000m，有23-15号孔穿过，17-10与17-18、21-5与21-6、25-6与25-15、29-4与29-6号孔四对钻孔控制在350m以内。

1、12下煤层煤柱留设

依据23-15、21-5钻孔资料，12下煤至奥灰顶界面平均垂距约112m。

上盘12下煤距下盘奥灰含水层顶面最小垂距约为82m。

奥灰含水层水位参照2#水文常观孔资料，奥灰含水层水位为-136m，假设F301断层为导水断层，计算断层保护煤柱。

α——断层倾角，（取76°

p——防隔水煤（岩）柱所承受的实际水头值，取1.16MPa；

经计算得出Ha＝21.6；

L=22.26m。

M——煤层厚度或采高，取12下煤最大厚度1.89m；

P——实际水头值，取1.16MPa（按照奥灰水位标高-136m计算）；

Kp——煤的抗拉强度，引用《锦丘煤矿初步设计安全专篇说明书》引用数据，煤的抗拉强度取0.392MPa。

经计算得出L=14.08m。

根据以上两种方法计算，当煤层位于含水层上方，即煤层底部隔水层承受下部含水层水的压力时马楼断层上盘煤柱留设的宽度应大于22.26m，当断层水在顺煤层方向上的压力时，马楼断层上盘煤柱留设的宽度应大于14.08m。

考虑到马楼断层下盘的奥灰含水层水压高，富水性较为丰富，为确保安全考虑，根据细则要求，按照以上两种方法计算的结果取用较大的数值。

即马楼断层上盘煤柱留设的宽度应大于22.26m，为确保安全生产，马楼断层12下煤层煤（岩）柱放宽至30m。

2、16煤层煤柱留设

依据23-15、21-5钻孔资料，16煤至奥灰顶界面平均垂距约70m。

上盘16煤距下盘奥灰含水层顶面最小垂距约为40m。

奥灰含水层水位参照2#水文常观孔资料，奥灰含水层水位为-136m，假设马楼断层为导水断层，计算断层保护煤柱。

经计算得出Ha＝26.07；

L=26.87m。

M——煤层厚度或采高，取16煤最大厚度1.89m；

P——实际水头值，取1.61MPa（按照奥灰水位标高-136m计算）；

经计算得出L=16.57m。

根据以上两种方法计算，当煤层位于含水层上方，即煤层底部隔水层承受下部含水层水的压力时马楼断层上盘煤柱留设的宽度应大于26.87m，当断层水在顺煤层方向上的压力时，马楼断层上盘煤柱留设的宽度应大于16.57m。

即马楼断层上盘煤柱留设的宽度应大于26.87m，为确保安全生产，马楼断层16煤层煤（岩）柱放宽至30m。

（三）F3断层

位于井田北部，正断层，走向近东西，倾向北，倾角倾角70°

，落差0～25m，延展长度1300m，两端尖灭，有3条地震测线穿过，2个A级断点，1个B级断点控制，控制点距350～500m，属基本查明断层。

依据23-15钻孔资料，12下煤至奥灰顶界面平均垂距约112m。

α——断层倾角，（取70°

经计算得出Ha＝21.56；

L=22.94m。

根据以上两种方法计算，当煤层位于含水层上方，即煤层底部隔水层承受下部含水层水的压力时F3断层上盘煤柱留设的宽度应大于22.94m，当断层水在顺煤层方向上的压力时，F3断层上盘煤柱留设的宽度应大于14.08m。

考虑到F3断层下盘的奥灰含水层水压高，富水性较为丰富，为确保安全考虑，根据细则要求，按照以上两种方法计算的结果取用较大的数值。

即F3断层上盘煤柱留设的宽度应大于22.94m，为确保安全生产，F3断层12下煤层煤（岩）柱放宽至30m。

依据23-15钻孔资料，16煤至奥灰顶界面平均垂距约70m。

奥灰含水层水位参照2#水文常观孔资料，奥灰含水层水位为-136m，假设F3断层为导水断层，计算断层保护煤柱。

L=27.74m。

经计算得出L=16.59m。

根据以上两种方法计算，当煤层位于含水层上方，即煤层底部隔水层承受下部含水层水的压力时F3断层上盘煤柱留设的宽度应大于27.74m，当断层水在顺煤层方向上的压力时，F3断层上盘煤柱留设的宽度应大于16.59m。

即F3断层上盘煤柱留设的宽度应大于27.74m，为确保安全生产，F3断层16煤层煤（岩）柱放宽至30m。

（四）F1断层

位于井田中部偏西，23-15号钻孔附近，正断层，走向近南北，倾向西，倾角70°

，落差0～30m，延展长度约1300m，两端尖灭，断层走向可靠，由12501材料道控制，属初步控制断层。

奥灰含水层水位参照2#水文常观孔资料，奥灰含水层水位为-136m，假设F1断层为导水断层，计算断层保护煤柱。

经计算得出L=11.84m。

根据以上两种方法计算，当煤层位于含水层上方，即煤层底部隔水层承受下部含水层水的压力时F1断层上盘煤柱留设的宽度应大于27.74m，当断层水在顺煤层方向上的压力时，F1断层上盘煤柱留设的宽度应大于11.84m。

考虑到F1断层下盘的奥灰含水层水压高，富水性较为丰富，为确保安全考虑，根据细则要求，按照以上两种方法计算的结果取用较大的数值。

即F1断层上盘煤柱留设的宽度应大于27.74m，为确保安全生产，F1断层16煤层煤（岩）柱放宽至30m。

三、大巷煤柱设计

大巷煤柱设计计算公式：

S=S1+a

式中a——巷道宽度的一半，本次取1.8m；

S1——巷道护巷煤柱的水平宽度，m，可以按下式计算：

式中H——巷道最大垂深，m；

M——煤厚，m；

f——煤的强度系数，

Rc——煤的单向抗压强度，本次取40MPa。

（一）12下煤层一采区大巷煤柱计算

即12下煤一采区大巷煤柱宽度至少为29.75m，为确保安全生产，12下煤一采区大巷煤柱宽度柱放宽至40m。

（二）16煤八采区大巷煤柱计算

即16煤八采区大巷煤柱宽度至少为30.23m，为确保安全生产，16煤八采区大巷煤柱宽度柱放宽至40m。