礦井斷層及大巷煤柱留設計算

陷落柱保護煤柱怎麼留設

礦井斷層作為生產中不可避免的地質構造，對礦井生產影響很大，探明不當或者煤柱留設不合理很容易造成斷層導通含水層突水或採後斷層受礦壓影響滯後突水。

所以合理的留設保護煤柱，顯得尤為重要，下面以一個案例詳細介紹一下如何計算煤柱的寬度！

不對的地方希望同行多交流！

一、 斷層煤柱留設原則

1、在有突水威脅但又不宜疏放（疏放會造成成本大大提高時）的地區採掘時，必須留設防水煤（巖）柱。

2、防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基礎上把煤柱的寬度或高度降低到安全限度，以提高資源利用率。

3、留設防水煤（巖）柱必須與當地的地質構造、水文地質條件、煤層賦存條件、圍巖的物理力學性質、煤層的組合結構方式等自然因素密切結合，與採煤方法、開採強度、支護形式等人為因素互相適應。

4、一個井田或一個水文地質單元的防水煤（巖）柱應該在它的總體設計中確定，即開採方式和井巷佈局必須與各種煤柱的留設相適應，否則會給以後煤柱的留設造成極大的困難，甚至無法留設。

5、在多煤層地區，各煤層的防水煤（巖）柱必須統一考慮確定，以免某一煤層的開採破壞另一煤層的煤（巖）柱，致使整個防水煤柱失效。

6、在同一地點有兩種或兩種以上留設煤（巖）柱的條件時，所留設的煤（巖）柱必須滿足各個留設煤（巖）柱的條件。

7、對防水留設煤（巖）柱的的維護要特別嚴格，因為煤（巖）柱的任何一處被破壞，必將造成整個煤（巖）柱無效。防水煤（巖）柱一經留設即不得破壞，巷道必須穿過煤柱時，必須採取加固巷道、修建防水閘門和其它防水設施，保護煤（巖）柱的完整性。

8、留設防水煤（巖）柱所需要的資料必須在本地區取得。鄰區或外地的資料只能參考，如果需要採用，應適當加大安全係數。

9、防水煤（巖）柱中必須有一定厚度的粘土質隔水岩層或裂隙不發育、含水性極弱的岩層，否則防水巖柱將無隔水作用。

二、斷層煤（巖）柱留設依據

1、《煤礦防治水細則》第五章“礦井防治水技術”第六節“防隔水煤（巖）柱留設”第九十二條規定“有以下情況之一的，應當留設防隔水煤（巖）柱：……與富水性強的含水層間存在水力聯絡的斷層、裂隙帶或者強導水斷層接觸的煤層；……”

同時第五節“水體下采煤”中第八十四條規定“……，在基岩含水層（體）或者含水斷裂帶下開採時，應對開採前後覆巖的滲透性及含水層之間的水力聯絡進行分析評價，確定採用留設防隔水煤（巖）柱或者採用疏幹（降）等方法保證開採。”

根據《建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開採規範》第五章“水體安全煤（巖）柱留設與壓煤開採”中第一節“水體安全煤巖柱的留設，第七十四條”內容，“近水體採煤時，必須採用相應的開採技術措施和安全措施，。。。（七）在積水採空區和基岩含水層附近採煤，或者存在充水斷層破碎帶、陷落柱等時，應當先探放、再疏降、後開採。”

針對含水破碎帶、強導水斷層或與強含水層存在水力聯絡的斷層，在《煤礦防治水細則》中明確規定了相應的煤柱留設方法和計算公式。

2、採煤工作面安全水頭值計算

Ps=TsM

式中：

Ps—底板隔水層安全水頭值，MPa；

M—底板隔水層厚度，m；

Ts—臨界突水系數，MPa/m。

Ts值應當根據本區資料確定，一般情況下，底板受構造破壞的地段按0。06MPa/m計算，隔水層完整無斷裂構造破壞的地段按0。1MPa/m計算。

3、防隔水煤（巖）柱的尺寸要求

《煤礦防治水細則》附錄6。2計算方法

《煤礦防治水細則》附錄六第二條，含水或者導水斷層防隔水煤（巖）柱的留設：可以參照下列經驗公式計算：

圖1 含水或者導水斷層防隔水煤（巖）柱留設

式中：

L=煤柱留設的寬度，m；

K——安全係數，一般取2～5。

M——煤層厚度或採高，取m；

P——實際水頭值，取MPa；

Kp——煤的抗拉強度，MPa。

《煤礦防治水細則》附錄6。4計算方法；煤層位於含水層上方且斷層導水時防隔水煤（巖）柱留設：

在煤層位於含水層上方且斷層導水時（插圖2）防隔水煤（巖）柱的留設應當考慮2個方向上的壓力：一是煤層底部隔水層能否承受下部含水層水的壓力；二是斷層水在順煤層方向上的壓力。

圖2 煤層位於含水層上方且斷層導水時防隔水煤（巖）柱留設圖

當考慮底部壓力時，應當使煤層底板到斷層面之間的最小距離（垂距），大於安全防隔水煤（巖）柱的寬度（Ha）的計算值，但不得小於20m。其計算公式：

式中：

L——煤柱留設的寬度，m；

α——斷層傾角，（°）；

Ha——斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度。

當考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時，按附錄6。2計算煤柱寬度。

根據以上兩種方法計算的結果取用較大的數值。

其中，Ha應當根據礦井實際觀測資料來確定，即透過總結本礦區在斷層附近開採時發生突水和安全開採的地址、水文地質資料。

Ha值也可以按下列公式計算：

式中：

p——防隔水煤（巖）柱所承受的實際水頭值，MPa；

Ts——臨界突水系數，MPa/m；

10——保護帶厚度，一般取10m。

本礦區如無實際突水系數，可以參考其他礦區資料，但選用時應當綜合考慮隔水層的巖性、物理力學性質、巷道跨度或者工作面的的空頂距、採煤方法和頂板控制方法等一系列因素。

三、具體案例展示

（一）斷層防隔水煤柱計算

F10斷層位於井田南部，正斷層，走向北東東，傾向北，傾角78°，落差0～26m，延展長度3542m。

依據鑽孔資料，17煤至奧灰頂介面平均垂距約70m。上盤17煤距下盤奧灰含水層頂面最小垂距約為40m。

依據《煤礦防治水細則》中，附錄六之四，煤層位於含水層上方且斷層導水時防隔水煤（巖）柱留設規定，計算公式為：

式中：

L——煤柱留設的寬度，m；

α——斷層傾角，（取78°）；

Ha——斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度。

其中Ha的計算公式為：

式中：

p——防隔水煤（巖）柱所承受的實際水頭值，取1。61MPa；

Ts——臨界突水系數，取0。1MPa/m；

10——保護帶厚度，一般取10m。

經計算得出Ha＝26。1；L=26。68m。

當考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時，其計算公式為：

式中：

K——安全係數，一般取2～5；

M——煤層厚度或採高，取17煤最大厚度1。35m；

P——實際水頭值，取1。60MPa（按照奧灰水位標高-136m計算）；

Kp——煤的抗拉強度，煤的抗拉強度取0。392 MPa。

經計算得出L=11。81m。

根據以上兩種方法計算，當煤層位於含水層上方，即煤層底部隔水層承受下部含水層水的壓力時F10斷層上盤煤柱留設的寬度應大於26。65m，當斷層水在順煤層方向上的壓力時，F10斷層上盤煤柱留設的寬度應大於11。81m。考慮到F10斷層下盤的奧灰含水層水壓高，富水性較為豐富，為確保安全考慮，根據細則要求，按照以上兩種方法計算的結果取用較大的數值。即F10斷層上盤煤柱留設的寬度應大於26。65m，為確保安全生產，F10斷層17煤層煤（巖）柱放寬至30m。