防隔水煤(岩)柱的留设.ppt

1、防隔水煤（岩）柱的留设防隔水煤（岩）柱的留设 v 2012年3月14日中煤科工集团西安研究院中煤科工集团西安研究院研究员、博士生导师研究员、博士生导师李竞生李竞生第一部分第一部分 防隔水煤（岩）柱的种类防隔水煤（岩）柱的种类和留设原则和留设原则 防隔水煤（岩）柱的留设防隔水煤（岩）柱的留设一、概一、概 述述u 防隔水煤（岩）柱是煤矿井下的重要防水设施之一，其主要作防隔水煤（岩）柱是煤矿井下的重要防水设施之一，其主要作用有二：一是防止地表水、地下水、老空水和断层水等大量溃入用有二：一是防止地表水、地下水、老空水和断层水等大量溃入井下，发生水患事故；二是在水文地质条件复杂和极复杂矿区与井下，发生水

2、患事故；二是在水文地质条件复杂和极复杂矿区与防水闸门和闸墙联合使用实现分水平或分采区隔离开采，以便发防水闸门和闸墙联合使用实现分水平或分采区隔离开采，以便发生突水时能够控制水势，减少灾情，保证矿井安全。生突水时能够控制水势，减少灾情，保证矿井安全。u 防隔水煤（岩）柱的种类很多，但总的来说可以划分为纵向防防隔水煤（岩）柱的种类很多，但总的来说可以划分为纵向防隔水煤（岩）柱和横向防隔水煤（岩）柱两大类。在水体下采煤隔水煤（岩）柱和横向防隔水煤（岩）柱两大类。在水体下采煤所留设的煤柱是典型的纵向煤柱（也称垂向煤柱），其主要尺寸所留设的煤柱是典型的纵向煤柱（也称垂向煤柱），其主要尺寸用煤柱高度表示；

3、而在断层附近留设的一般是横向煤柱，其尺寸用煤柱高度表示；而在断层附近留设的一般是横向煤柱，其尺寸用宽度表示。用宽度表示。二、防隔水煤（岩）柱的种类二、防隔水煤（岩）柱的种类 根据煤矿防治水规定和煤矿安全规程，防隔水煤根据煤矿防治水规定和煤矿安全规程，防隔水煤（岩）柱主要有以下（岩）柱主要有以下7种。种。1.煤层露头防隔水煤（岩）柱；煤层露头防隔水煤（岩）柱；2.断层防隔水煤（岩）柱；断层防隔水煤（岩）柱；3.水淹区和老空积水区下防隔水煤（岩）柱；水淹区和老空积水区下防隔水煤（岩）柱；4.地表水体防隔水煤（岩）柱；地表水体防隔水煤（岩）柱；5.钻孔和陷落柱防隔水煤（岩）柱；钻孔和陷落柱防隔水煤（

4、岩）柱；6.相邻井田边界防隔水煤（岩）柱；相邻井田边界防隔水煤（岩）柱；7.上下水平、相邻采区或相邻工作面防隔水煤（岩）柱。上下水平、相邻采区或相邻工作面防隔水煤（岩）柱。三、防隔水煤（岩）柱的留设原则三、防隔水煤（岩）柱的留设原则1.煤矿防隔水煤（岩）柱的留设必须与矿井地质构造、水文地煤矿防隔水煤（岩）柱的留设必须与矿井地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件及其组合结构方式、围岩物理力学性质等质条件、煤层赋存条件及其组合结构方式、围岩物理力学性质等自然因素密切结合，还应与开采方法、开采强度和顶板管理方法自然因素密切结合，还应与开采方法、开采强度和顶板管理方法等人为因素一致。等人为因素一致。2.

5、煤矿防隔水煤（岩）柱留设应在开采设计中确定。应当与开煤矿防隔水煤（岩）柱留设应在开采设计中确定。应当与开采方式和井巷布局以及防水闸门的留设相适应，否则会给以后煤采方式和井巷布局以及防水闸门的留设相适应，否则会给以后煤柱的留设造成极大困难，甚至造成无法留设的后果。柱的留设造成极大困难，甚至造成无法留设的后果。3.在受突水威胁，但又不宜采用疏放或注浆封堵等其它防治水在受突水威胁，但又不宜采用疏放或注浆封堵等其它防治水方法的地区采掘时，必须留设防隔水煤（岩）柱。方法的地区采掘时，必须留设防隔水煤（岩）柱。4.防隔水煤（岩）柱一般不能再利用，故应在安全可靠的基础上防隔水煤（岩）柱一般不能再利用，故应在

6、安全可靠的基础上把煤柱的宽度和高度降低到最低限度，以提高资源利用率。也可把煤柱的宽度和高度降低到最低限度，以提高资源利用率。也可以采用充填法、条带法，疏水降压和含水层改造等方法，消除水以采用充填法、条带法，疏水降压和含水层改造等方法，消除水患威胁，创造少留煤柱的条件。患威胁，创造少留煤柱的条件。5.煤矿防隔水煤（岩）柱一经确定，不能随意变动，严禁在各类煤矿防隔水煤（岩）柱一经确定，不能随意变动，严禁在各类防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动。在水体下开采，提高采煤上防隔水煤（岩）柱中进行采掘活动。在水体下开采，提高采煤上限的必须经省级煤炭行业管理部门审批。限的必须经省级煤炭行业管理部门审批。6.防隔

7、水煤（岩）柱留设和计算所需要的数据，必须在本地区通防隔水煤（岩）柱留设和计算所需要的数据，必须在本地区通过试验确定，邻区或外地的数据只能参考。如果需要采用，应结过试验确定，邻区或外地的数据只能参考。如果需要采用，应结合本地情况适当加大安全系数。合本地情况适当加大安全系数。三、防隔水煤（岩）柱的留设原则三、防隔水煤（岩）柱的留设原则三、防隔水煤（岩）柱的留设原则三、防隔水煤（岩）柱的留设原则7.多煤层地区，各煤层的防隔水煤（岩）柱必须统一考虑确定，多煤层地区，各煤层的防隔水煤（岩）柱必须统一考虑确定，以免某一煤层开采影响和破坏另一煤层的煤柱。以免某一煤层开采影响和破坏另一煤层的煤柱。8.防隔水煤

8、（岩）柱中必须要有一定厚度的粘土质隔水岩层或含防隔水煤（岩）柱中必须要有一定厚度的粘土质隔水岩层或含水性能弱的岩层，否则防隔水煤（岩）柱将无隔水作用。水性能弱的岩层，否则防隔水煤（岩）柱将无隔水作用。9.严禁在水体下通过留设防隔水煤（岩）柱的方法开采急倾斜煤严禁在水体下通过留设防隔水煤（岩）柱的方法开采急倾斜煤层，以避免发生煤层抽冒，造成重大透水事故。层，以避免发生煤层抽冒，造成重大透水事故。10.相邻井田的分界处，应当留设防隔水煤（岩）柱，防隔水煤相邻井田的分界处，应当留设防隔水煤（岩）柱，防隔水煤（岩）柱的尺寸在矿井设计时确定。（岩）柱的尺寸在矿井设计时确定。第二部分第二部分 防隔水煤（岩

9、）柱的留设和计算防隔水煤（岩）柱的留设和计算防隔水煤（岩）柱的留设防隔水煤（岩）柱的留设概概 述述 防隔水煤（岩）柱的留设和计算方法主要有四种。防隔水煤（岩）柱的留设和计算方法主要有四种。一是经验类比法，参照工程地质和水文地质条件相似矿井安全采一是经验类比法，参照工程地质和水文地质条件相似矿井安全采掘的防隔水煤（岩）柱尺寸，作为本矿区开采防隔水煤（岩）柱掘的防隔水煤（岩）柱尺寸，作为本矿区开采防隔水煤（岩）柱的留设依据；的留设依据；二是利用理论公式进行计算，如匈牙利的埃斯茨公式和查姆保公二是利用理论公式进行计算，如匈牙利的埃斯茨公式和查姆保公式等；式等；三是依据三是依据煤矿防治水规定煤矿防治水

10、规定中的传统方法留设；中的传统方法留设；四是利用数值法计算或相似模拟试验确定防隔水煤（岩）柱的合四是利用数值法计算或相似模拟试验确定防隔水煤（岩）柱的合理尺寸。理尺寸。煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按公式（煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按公式（17-1）和）和（17-2）计算。）计算。煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时：煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时：Hf=Hk+Hb （17-1）煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图17-1）：）：Hf=HL+Hb （17-2）式中式中 Hf防隔水煤（岩）柱高度，防隔水煤（岩）柱高度，m；Hk

11、采后垮落带高度，采后垮落带高度，m；HL导水裂缝带高度，导水裂缝带高度，m；Hb保护层厚度，保护层厚度，m。一、煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设和计算一、煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设和计算 根根据据公公式式（17-1）或或（17-2）计计算算的的值值，不不得得小小于于20 m。式式中中Hk、HL和和Hb的的计计算算，参参照照建建筑筑物物、水水体体、铁铁路路及及主主要要井井巷巷煤煤柱柱留设与压煤开采规程留设与压煤开采规程的相关规定。的相关规定。图图17-1 煤层露头被松散富水性强含水层覆盖时防隔水煤（岩）柱留设图煤层露头被松散富水性强含水层覆盖时防隔水煤（岩）柱留设图 Hf防隔水煤（岩）柱高度；

12、防隔水煤（岩）柱高度；HL导水裂缝带高度；导水裂缝带高度；Hb保护层厚度；保护层厚度；煤层倾角煤层倾角一、煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设和计算一、煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设和计算 二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设和计算二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设和计算二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设和计算二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设和计算 含水或导水断层防隔水煤柱的留设（图含水或导水断层防隔水煤柱的留设（图17-2）可参照经验）可参照经验公式（公式（17-3）计算：）计算：20 m （17-3）式中式中 L煤柱留设的宽度，煤柱留设的宽度，m；K安全系数，一般取安全系

13、数，一般取25；M煤层厚度或采高，煤层厚度或采高，m；p水头压力，水头压力，MPa；Kp煤的抗拉强度，煤的抗拉强度，MPa。式中：式中：L煤柱留设的宽度；煤柱留设的宽度；p水头压力；水头压力；M煤层厚度或采高煤层厚度或采高图图17-2 含水或导水断层防隔水煤（岩）柱留设图含水或导水断层防隔水煤（岩）柱留设图 公式（公式（17-317-3）用于防隔水岩柱计算时，）用于防隔水岩柱计算时，M M为巷道高度，为巷道高度，K Kp为岩层抗拉强度为岩层抗拉强度 二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设和计算二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设和计算二、含水或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设和计算二、含水

14、或导水断层防隔水煤（岩）柱的留设和计算 三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防隔水煤（岩）柱的留设和计算隔水煤（岩）柱的留设和计算隔水煤（岩）柱的留设和计算隔水煤（岩）柱的留设和计算 煤煤层层与与强强含含水水层层或或导导水水断断层层接接触触，并并局局部部被被覆覆盖盖时时（图图17-3），防隔水煤（岩）柱的留设要求如下：防隔水煤（岩）柱的留设要求如下：L防隔水煤（岩）柱宽度；防隔水煤（岩）柱宽度；L1、L2、L3防隔水煤防隔水煤(岩岩)柱各分段宽柱各分

15、段宽度；度；HL导水裂缝带高度；导水裂缝带高度；Ha断层安全防隔水岩柱的宽度；断层安全防隔水岩柱的宽度；断层倾角；断层倾角；岩层塌陷角；岩层塌陷角；H煤层底板以上的静水位高度；煤层底板以上的静水位高度；M断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度图图17-3 煤层与强含水层或导水断层接触时防隔水煤（岩）柱留设图煤层与强含水层或导水断层接触时防隔水煤（岩）柱留设图 当含水层顶面高于导水裂缝带上限时，防隔水煤（岩）柱当含水层顶面高于导水裂缝带上限时，防隔水煤（岩）柱可按图可按图17-3a17-3a、图、图17-3b17-3b留设。其计算公式为：留设。其计算公式

16、为：v L=L1+L2+L3=Hacsc+HLcot+HLcot （17-4）导水裂缝带上限高于断层上盘含水层且断层不导水时，导水裂缝带上限高于断层上盘含水层且断层不导水时，防隔水煤（岩）柱按图防隔水煤（岩）柱按图17-3c17-3c留设。其计算公式为：留设。其计算公式为：L=L1+L2+L3=Ha（sincoscot）+（Hacos+M）（）（cot+cot）20 m （17-5）三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防三、煤层与强含水层或导水断层或不导水断层接触防隔水煤（岩）柱的留设和计算隔水煤（岩）柱的留设和计算隔水煤（岩）柱的留设和计算隔水煤（岩）柱的留设和计算 上式中：上式中：L防隔水煤（岩）柱宽度，防隔水煤（岩）柱宽度，m；L1，L2，L3防隔水煤（岩）柱各分段宽度，防隔水煤（岩）柱各分段宽度，m；HL导水裂缝带高度，导水裂缝带高度，m；断层倾角，（断层倾角，（）；）；岩层塌陷角，（岩层塌陷角，（）；）；M断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度，断层上盘含水层层面高出下盘煤层