防隔水煤岩柱留设.docx
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防隔水煤岩柱留设
水城县XXXX煤矿
防隔水煤（岩）柱留设
二0一二年一月五日
根据《老地沟煤矿安全专篇》防治水方面要求中的以下规定：
一、矿井开拓、开采所采取的安全保证措施：
一）开拓井、巷位置及层位的确定
1、由于井口及工业场地位于矿界西南矿井边界附近的地势较为平缓的坡地上，新建开拓系统。
2、根据贵州省安全生产监督管理局、贵州煤矿安全监察局、贵州省煤炭管理局文件（黔安监管办字【2007】345号“关于加强煤矿建设项目煤与瓦斯突出防治工作的意见”，老地沟煤矿在该文件划定的煤与瓦斯突出区域内。
该矿准采标高范围内共有7层可采煤层，煤层编号从上往下依次为M15、M18、M20、M23、M25、M30、M40，均没有作煤与瓦斯突出危险性鉴定，根据《矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018－2006）》标准，采用分源预测法对矿井瓦斯涌出量进行预测，煤层瓦斯压力依次为4.27MPa、3.4MPa、3.45MPa、3.46MPa、3.04MPa、2.55MPa、2.1MPa，煤层瓦斯含量依次为15.2m³/t、13.7m³/t、14.2m³/t、12.8m³/t、13m³/t、12.1m³/t、11.1m³/t，煤层瓦斯压力均大于0.74MPa，煤层瓦斯含量均大于8.0m³/t，煤层瓦斯压力和含量均处于煤与瓦斯突出临界值以上，本次设计按突出煤层进行设计和管理，因此，矿井主要开拓巷道不能布置在煤层中，只能布置在煤层顶板或煤层底板中，根据矿井实际情况，主、副斜井和回风斜井布置在M23煤层底板岩石中。
二）采掘工程所采取的防治水措施
1、必须密切观察矿井内的淋水、涌水情况，必须坚持“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采”的原则，同时必须坚持“有疑必停”的原则。
2、定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下对照图及采掘工程图上标出其位置、开采范围、积水情况、探水红线等。
3、针对主要含水层（段）建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水害预报，并制定相应的“探、防、堵、截、排”综合防治措施。
4、井巷在掘进过程中必须先探后掘，掌握前方水文情况，若发现有水患时，应及时采取措施，待确认安全后才向前掘进，并将出水点位置标于井上下对照图及采掘工程图上。
井巷揭露的主要出水点或地段，必须进行水温、水量、水质等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析，防止滞后突水。
5、采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突出预兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告矿调度室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。
6、井下和地面排水设施保证完好，所设沉淀池、水沟要及时进行清理，每年雨季前必须清理一次。
每年雨季前对矿井防治水工作进行一次全面检查，成立防洪抢险队伍，并储备足够的防洪抢险物资。
7、对于巷道破碎和淋水段特别加强支护，并采取导水等措施以免淋水直接淋至电缆上腐蚀电缆，巷道排水沟按规定设置并及时清理，巷道要保证排水坡度，对于巷道局部地段低洼集水段要设潜水泵或泥浆泵及时排水。
8、以后掘进的开拓、准备巷道应根据井下地层情况选择稳定、淋水小的岩层，尽量避免穿过断层等构造带。
9、要加强水文地质预测预报工作，提前预测和查清采掘工作面前方“断层、裂隙、陷落柱等构造导水性”的基本情况，以便提前采取针对性的防治水措施。
10、矿井生产过程中，严禁在各种防隔水煤柱中进行采掘，严禁破坏各种防隔水煤柱，并加强水文地质观察和资料编录工作。
11、煤矿企业应编制矿区水害防治规划、年度水害防治计划和水害应急预案，建立水害预测预报制度。
12、矿井雨季前必须进行水泵排水联合试运转，并编制联合试运转报告。
13、根据防治水计划及地下水动态观测查明矿区和矿井中的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。
14、定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑小窑情况，并在井上、下工程对照图上标出其老窑位置、开采范围、开采年限、积水情况，对本矿的采掘情况要及时测量和填图。
15、每年雨季前必须对防治水工作进行全面检查。
雨季前制定防治水措施，并组织抢险队伍，储备足够的防洪抢险物资。
对排水能力要进行核定，各排水系统要组织检修。
采空区设隔水墙，水沟及时进行清理。
16、采掘工程要有专人测量，准确填图，巷道掘进要按设计的中腰线施工，防止误穿采空区。
17、采区浅部巷道或采面风巷掘进必须先探后掘，其他巷道做到“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采”。
18、探放水必严格按贵州煤矿安全监察局，黔煤办字【2007】37号文《关于加强小煤矿水害防治工作的通知》有关规定执行。
二、防水安全煤（岩）柱留设
1、防水煤（岩）柱的种类
由于井田各含水层之间的垂直水力联系通道不很清楚，含水层的裂隙发育情况以及含水层的水力补给情况有待查明，含水层横向富水性及块段间的差异也不明，断层的含水性及与含水层的水力联系也有待进一步查明，因此防水煤（岩）柱的留设尤为重要，根据该矿的实际情况，设计需要留设的防水煤（岩）柱主要有以下几种：
①断层两侧或四周留设防水煤（岩）柱；
②煤层露头防水煤（岩）柱；
③采空区防水煤（岩）柱；
④井田边界防水煤（岩）柱；
⑤水平及采区边界煤（岩）柱；
⑥井筒、上、下山等主要巷道防隔水煤（岩）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或注浆堵水（疏放或注浆很不经济时）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。
为了多采煤炭，充分利用资源，也可以用采后充填，疏水降压、改造含水层（充填岩溶裂隙）等方法，消除突水威胁，创造少留煤柱的条件。
③留设防水煤（岩）柱必须与矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学特性、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，还要与采煤方法、开采强度、支护方式等人为因素相适应。
④一个井田或一个水文地质单元的防水煤（岩）柱应该在它的总体开采设计中确定。
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在多煤层块段，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（岩）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）柱必须满足各留设煤（岩）柱的条件。
⑦对防水煤（岩）柱的维护要特别严格，因为煤（岩）柱任何一处被破坏，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、修建防水闸门和其他防水措施，保护煤（岩）柱的完整性。
⑧留设防水煤在（岩）柱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防水岩柱中必须有一定厚度的粘土质隔水层或裂隙不发育、含水层极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。
3、防水煤（岩）柱的留设
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断层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。
·含水或导水断层防隔水煤柱的留设
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，可参照下述公式计算煤柱宽度：
L＝0.5KM
式中：
L——顺层防水煤柱宽度（m）；
M——煤厚或采高，M15、M18、M20、M23、M25、M30、M40煤层的平均厚度依次为1.46m、1.4m、1.02m、1.14m、1.27m、1.3m、1.41m；
KP——煤的抗张强度（kgf/cm2），KP取8kgf/cm2；
P——水头压力（kgf/cm2），P＝50kgf/cm2；
K——安全系数，一般取2～5，本设计取5。
M15煤层开采时L＝0.5×5×1.46×
＝3.65×4.33＝15.8（m）
M18煤层开采时L＝0.5×5×1.40×
＝3.5×4.33＝15.1（m）
M20煤层开采时L＝0.5×5×1.02×
＝2.55×4.33＝11.0（m）
M23煤层开采时L＝0.5×5×1.14×
＝2.85×4.33＝12.3（m）
M25煤层开采时L＝0.5×5×1.27×
＝3.17×4.33＝13.7（m）
M30煤层开采时L＝0.5×5×1.30×
＝3.25×4.33＝14.0（m）
M40煤层开采时L＝0.5×5×1.41×
＝3.52×4.33＝15.2（m）
根据上述计算，如果井巷施工中发现有含水或导水断层，则在含水或导水断层两侧各留设20m防水煤柱。
②井田边界煤（岩）柱的留设
该矿井水文地质条件属中等类型，根据《矿井水文地质规程》，采用垂直法留设，设计井田边界留设20m的防水煤柱，但相邻矿井之间的井田边界煤（岩）总宽度不得小于40m。
③煤层露头防水煤（岩）柱
H防=H裂+H保≮20m
式中：
H防——防水煤（岩）柱高度（m）
H裂——垂直煤层的导水裂隙带最大高度（m）；
H保——保护层厚度（m）；
·M15煤层露头防隔水煤柱高度为：
:
H防＝H裂+H保
H裂＝100×1.46÷（3.3×1.46+3.8）+5.1＝22.0
H保＝3×1.46＝4.3
H防＝22.0+4.3＝26.3（m）
·M18煤层露头防隔水煤柱高度为：
:
H防＝H裂+H保
H裂＝100×1.4÷（3.3×1.4+3.8）+5.1＝21.7
H保＝3×1.4＝4.2
H防＝21.7+4.2＝25.9（m）
·M20煤层露头防隔水煤柱高度为：
:
H防＝H裂+H保
H裂＝100×1.02÷（3.3×1.02+3.8）+5.1＝19.3
H保＝3×1.02＝3.06
H防＝19.3+3.06＝22.3（m）
·M23煤层露头防隔水煤柱高度为：
:
H防＝H裂+H保
H裂＝100×1.14÷（3.3×1.14+3.8）+5.1＝20.1
H保＝3×1.14＝3.42
H防＝20.1+3.42＝23.5（m）
·M25煤层露头防隔水煤柱高度为：
:
H防＝H裂+H保
H裂＝100×1.27÷（3.3×1.27+3.8）+5.1＝20.9
H保＝3×1.27＝3.81
H防＝20.9+3.81＝24.7（m）
·M30煤层露头防隔水煤柱高度为：
:
H防＝H裂+H保
H裂＝100×1.3÷（3.3×1.3+3.8）+5.1＝21.1
H保＝3×1.3＝3.9
H防＝21.1+3.9＝25（m）
·M40煤层露头防隔水煤柱高度为：
:
H防＝H裂+H保
H裂＝100×1.41÷（3.3×1.41+3.8）+5.1＝21.7
H保＝3×1.41＝4.23
H防＝21.7+4.23＝25.9（m）
L＝H/cosα
式中：
L—防水煤柱，m；
H—防水煤柱高度，m；
α—煤层倾角，α＝10°
M15煤层露头防隔水煤柱宽度为：
L＝26.3÷cos22°＝29m
M18煤层露头防隔水煤柱宽度为：
L＝25.9÷cos22°＝29m
M20煤层露头防隔水煤柱宽度为：
L＝22.3÷cos22°＝25m
M23煤层露头防隔水煤柱宽度为：
L＝23.5÷cos22°＝26m
M25煤层露头防隔水煤柱宽度为：
L＝24.7÷cos22°＝27m
M30煤层露头防隔水煤柱宽度为：
L＝25.0÷cos22°＝28m
M40煤层露头防隔水煤柱宽度为：
L＝25.9÷cos22°＝29m
根据上述计算，并结合实际情况，M15、M18、M40煤层露头防隔水煤柱为29m，、M20、煤层露头防隔水煤柱为25m，M23煤层露头防隔水煤柱为26m，M25煤层露头防隔水煤柱为27m，M30煤层露头防隔水煤柱为28m。
④采空区防水煤（岩）柱；
·在采空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：
10×3.5＝35m。
（巷道最大高度为3.5m）
·采空区或老空积水区下同一煤层中进行开采时，若采空区或老空积水区的界线已基本查明，隔水煤柱的尺寸应按含水或导水断层防隔水煤柱的留设要求留设。
故采空区防水煤（岩）柱按20m留设，计算详见断层防水煤（岩）柱的留设。
·在采空区或老窑积水区下的煤层进行回采时，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。
故采空区防水煤（岩）柱按30m留设。
根据上述计算分析，并结合实际情况，采空区边界留设35m的防水煤（岩）柱。
⑤水平及采区边界煤（岩）柱
L＝0.5KM
式中：
L——顺层防水煤柱宽度（m）；
M——煤厚或采高，M15、M18、M20、M23、M25、M30、M40煤层的平均厚度依次为1.46m、1.4m、1.02m、1.14m、1.27m、1.3m、1.41m；
KP——煤的抗张强度（kgf/cm2），KP取8kgf/cm2；
P——水头压力（kgf/cm2），P＝50kgf/cm2；
K——安全系数，一般取2～5，本设计取5。
M15煤层开采时L＝0.5×5×1.46×
＝3.65×4.33＝15.8（m）
M18煤层开采时L＝0.5×5×1.40×
＝3.5×4.33＝15.1（m）
M20煤层开采时L＝0.5×5×1.02×
＝2.55×4.33＝11.0（m）
M23煤层开采时L＝0.5×5×1.14×
＝2.85×4.33＝12.3（m）
M25煤层开采时L＝0.5×5×1.27×
＝3.17×4.33＝13.7（m）
M30煤层开采时L＝0.5×5×1.30×
＝3.25×4.33＝14.0（m）
M40煤层开采时L＝0.5×5×1.41×
＝3.52×4.33＝15.2（m）
根据上述计算，并结合实际情况，水平及采区边界煤（岩）柱按20m留设。
⑥井筒及井下主要巷道隔水煤柱
结合该矿的实际情况，设计井筒及井下主要巷道两侧各留设20m防水煤柱，各煤层按σ=δ=55°、β=65°的岩层移动角推算至所采煤层连线形成的区域，即为井筒及井下主要巷道保护煤柱。
⑦钻孔防水煤（岩）柱
根据徐州长城基础工程有限公司2011年7月提交的《贵州省水城县勺米老地沟煤矿生产地质报告》及业主反应，矿区范围内共布置有3个钻孔，这3个钻孔均封闭良好。
为确保矿井安全生产，在无确切的钻孔积水资料时，必须对钻孔留设防水煤（岩）柱。
由于无钻测斜资料，钻孔防水煤（岩）柱按下述公式留设防水煤（岩）柱：
L＝0.5KB
式中：
L——防水煤柱宽度（m）；
B——巷道的跨度（宽或高取其大者）（m），B＝3.8m；
KP——煤的抗张强度（kgf/cm2），KP＝8kgf/cm2；
P——水头压力（kgf/cm2），P＝100kgf/cm2；
K——安全系数，一般取2～5，本设计取5。
L＝0.5×5×3.8×
＝58.1（m）
经计算，钻孔防水煤（岩）柱取60m，用下式计算结果进行校正。
取其大值为半径，以钻孔中心点为圆心，所得圆面积即为导水钻孔的防水煤（岩）柱。
L＝Hcosα+F
式中：
L——导水钻孔防水煤柱厚度（m）；
H——导水裂隙带高度（m），按以上C式计算得，M15＝22m，M18＝21.7m，M20＝19.3m，M23＝20.1m，M25＝20.9m，M30＝21.1m，M40＝21.7m；
α——岩层塌陷角（°），取65°；
F——钻孔偏离系数，取15m
M15煤层开采时L＝22×cos65°+15＝22×0.42+15＝24.2（m）
M18煤层开采时L＝21.7×cos65°+15＝21.7×0.42+15＝24.1（m）
M20煤层开采时L＝19.3×cos65°+15＝19.3×0.42+15＝23.1（m）
M23煤层开采时L＝20.1×cos65°+15＝20.1×0.42+15＝23.4（m）
M25煤层开采时L＝20.9×cos65°+15＝20.9×0.42+15＝23.7（m）
M30煤层开采时L＝21.1×cos65°+15＝21.1×0.42+15＝23.8（m）
M40煤层开采时L＝21.7×cos65°+15＝21.7×0.42+15＝24.1（m）
根据上述计算，并结合实际情况，钻孔防水煤（岩）柱按60m的半径进行留设。
⑧地面水体、建筑物保护煤柱
矿区范围内无地表水体的存在，因此，无需留设保护煤柱。
矿区内地面建筑物保安煤柱留设原则：
首先在地形图上均以边界外推划出20m围护带，然后按煤层倾向向下方向移动角65°、向上方向按70°移动角投影到煤层上圈定压覆面积，然后计算煤柱。
地面没有重点保护的建筑物、公路，无需留设保护煤柱。
各种煤（岩）柱尺寸见下表。
各种煤（岩）柱尺寸表
序号
名称
M15
M18
M20
M23
M25
M30
M40
1
断层防水煤（岩）柱（m）
20
20
20
20
20
20
20
2
井田边界煤（岩）柱
20
20
20
20
20
20
20
3
煤层露头防水煤（岩）柱
29
29
25
26
27
28
29
4
采空区防水煤（岩）柱
35
35
35
35
35
35
35
5
水平及采区边界煤（岩）柱
20
20
20
20
20
20
20
6
井筒及井下主要巷道
20
20
20
20
20
20
20
7
钻孔防水煤柱
60
60
60
60
60
60
60
矿井生产过程中，严禁在各种防隔水煤柱中进行采掘，严禁破坏各种防隔水煤柱。
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