防治水煤柱的留設(shè)頭及計(jì)算

1、桐梓縣鴻森煤礦防治水煤（巖）柱留設(shè)及計(jì)算二一三年九月根據(jù)防水煤 （巖） 柱所處的位置， 可以分成不同的種類。 結(jié)合興隆煤 礦實(shí)際，就本礦井而言主要有 : 斷層煤柱、井田邊界煤柱、采空區(qū)防水 煤（ 巖）柱、煤層露頭風(fēng)氧化帶煤柱及采區(qū)邊界煤柱、封閉不良鉆孔煤柱 一、防治水煤 （ 巖）柱的留設(shè)原則1）在有突水威脅但又不宜疏放 （疏放會(huì)造成成本大大提高時(shí) ）的地 區(qū)采掘時(shí)，必須留設(shè)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(chǔ)上把煤柱的寬 度或高度降低到最低限度，以提高資源利用率。3）留設(shè)防水煤 （巖）柱必須與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造、 水文地質(zhì)條件、煤層 賦存條件、圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)、

2、煤層的組合結(jié)構(gòu)方式等自然因素密切 結(jié)合，與采煤方法、開采強(qiáng)度、支護(hù)形式等人為因素互相適應(yīng)。4）一個(gè)井田或一個(gè)水文地質(zhì)單元的防水煤 （ 巖）柱應(yīng)該在它的總體 設(shè)計(jì)中確定，即開采方式和井巷布局必須與各種煤柱的留設(shè)相適應(yīng)，否 則會(huì)給以后煤柱的留設(shè)造成極大的困難，甚至無法留設(shè)。5）在多煤層地區(qū)，各煤層的防水煤 （巖）柱必須統(tǒng)一考慮確定， 以免 某一煤層的開采破壞另一煤層的煤 （ 巖） 柱，致使整個(gè)防水煤柱失效。6）在同一地點(diǎn)有兩種或兩種以上留設(shè)煤 （巖）柱的條件時(shí)，所留設(shè)的 煤（ 巖）柱必須滿足各個(gè)留設(shè)煤 （巖）柱的條件。7）對(duì)防水留設(shè)煤 （巖）柱的的維護(hù)要特別嚴(yán)格，因?yàn)槊海◣r）柱的任何 一處被破壞，

3、必將造成整個(gè)煤 （ 巖） 柱無效。防水煤 （ 巖） 柱一經(jīng)留設(shè)即不 得破壞，巷道必須穿過煤柱時(shí)，必須采取加固巷道、修建防水閘門和其 它防水設(shè)施，保護(hù)煤 （巖） 柱的完整性。8）留設(shè)防水煤（巖）柱所需要的數(shù)據(jù)必須在本地區(qū)取得。鄰區(qū)或外地的數(shù)據(jù)只能參考，如果需要采用，應(yīng)適當(dāng)加大安全系數(shù)。9）防水煤（巖）柱中必須有一定厚度的粘土質(zhì)隔水巖層或裂隙不發(fā)育、含水性極弱的巖層，否則防水巖柱將無隔水作用。二、防水煤（巖）柱的計(jì)算依據(jù)（1）礦井水文地質(zhì)條件屬中等類型；（2）因未獲得煤的抗張強(qiáng)度資料，類比我省煤炭指標(biāo)取K=10kgf/cm2 考慮。（3）因無含水位標(biāo)高資料，該礦井開采中最大埋深約350m即水頭壓力

4、按P=35kgf/cm2考慮。（4）煤層厚度按儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告提供的 C6 C7、C8 C13煤層最大厚度1.2、1.05、1.1、1.02m 考慮。（5）安全系數(shù)A取值范圍25,本設(shè)計(jì)因已按最大埋深計(jì)算，故按4 考慮。（6）地質(zhì)報(bào)告未發(fā)現(xiàn)有斷層，因此按井田內(nèi)未來揭露斷層落差小于30m考 慮。（7）未提供井田內(nèi)存在鉆孔的有關(guān)資料，暫不計(jì)算。三、計(jì)算方法、過程與結(jié)果1、斷層防水煤（巖）柱的留設(shè)斷裂不發(fā)育，煤層中局部有小斷裂錯(cuò)動(dòng)，但由于延伸短（35 m、斷距?。?.31.0m）、對(duì)煤層連續(xù)性破壞不大，因此按井田內(nèi)未 來揭露斷層落差小于30m考慮，按下式計(jì)算：L =0.5MA 3P/KP式中丄順層防水煤

5、柱寬度（m）。M煤層厚度或采高（m）。Kp煤層的抗張強(qiáng)度（kgf/cm 2）。P水頭壓力（kgf/cm 2）。A安全系數(shù)，一般取2-5，本次設(shè)計(jì)取4計(jì)算結(jié)果如下：煤層M(m)A(2 5)2P(kgf/cm )2KP(kgf/cm )L(m)設(shè)計(jì)留設(shè)寬度（m）備注C61.24r 35107.7820C71.05435106.8020按煤層最大 厚度C81.1435107.1320C131.02435106.6120今后若揭露落差大于15m斷層兩側(cè)各留設(shè)30m防水煤柱，落差大 于30m斷層兩側(cè)各留設(shè)50m防水煤柱。2、田邊界煤柱的留設(shè)該礦水文地質(zhì)條件類型為中等類型，井田邊界煤柱可按下述公式計(jì)算隔離

6、煤柱寬度：L= 0.5KM 3P/KP 20m式中：l順層防水煤柱寬度（m ；m煤厚或米高（m ；Kp煤的抗張強(qiáng)度（kgf/cm 2）, Kp= 10kgf/cm2;P水頭壓力（kgf/cm2）, P= 35kgf/cm 2;K安全系數(shù)，一般取25,本設(shè)計(jì)取4則計(jì)算的各煤層隔離煤柱寬度如下表：煤層M(m)A(2 5)2P(kgf/cm )2KP(kgf/cm )L(m)設(shè)計(jì)留設(shè)寬度（m）備注C61.24r 351015.5540本礦2 0mC71.054351013.6140本礦20mC81.14351014.2640本礦20mC131.024351013.2240本礦20m3、主要巷道防水煤

7、（巖）柱的留設(shè)主要巷道煤柱留設(shè)計(jì)算結(jié)果如下：煤層M(m)A(1 2.5)2P(kgf/cm )2KP(kgf/cm )L(m)設(shè)計(jì)留設(shè)寬度（m）備注C61.22:35107.7815C71.05235106.8015C81.1235107.1315C131.02235106.61154、水淹區(qū)或老空積水區(qū)（采空區(qū)）防水煤（巖）柱的留設(shè)（1）在水淹區(qū)或老空積水區(qū)下掘進(jìn)時(shí)，巷道與水體之間的最小距離不 得小于巷道高度的10倍，經(jīng)計(jì)算為10X 3.2=32m。（2）在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下同一煤層中進(jìn)行開采時(shí)的煤柱留設(shè)， 采用下式計(jì)算：L= MA._3P/Kp式中丄順層防水煤柱寬度（m）。M 煤層厚度

8、或米高（m）。Kp煤層的抗張強(qiáng)度（kgf/cm 2）。P水頭壓力（kgf/cm 2）。K安全系數(shù)，一般取25,本次設(shè)計(jì)取4。計(jì)算結(jié)果如下:煤層M(m)A(2 5)2P(kgf/cm )2KP(kgf/cm )L(m)設(shè)計(jì)留設(shè)寬度（m）備注C61.24351015.5530C71.054351013.6130C81.14351014.2630C131.024351013.2230（3）在水淹區(qū)或老空積水區(qū)下回采時(shí)，防水煤（巖）柱的尺寸不得小于導(dǎo)水裂隙帶最大高度與保護(hù)帶厚度之和，因此按下式計(jì)算:該礦煤層頂板多為粉砂巖（或細(xì)砂巖），按中硬巖石考慮100瓦 M”H導(dǎo)裂+J.6M+3.6 十5.6 丿+

9、 3M式中:h導(dǎo)裂導(dǎo)水裂隙帶高度（m）。h保一一保護(hù)層厚度。M煤層厚度或米咼m煤層M(m)H導(dǎo)裂(m)H呆(m)旳(m)備注C61.227.343.6030.94C71.05P 25.493.1528.64C81.126.123.3029.42C131.02r 25.103.0628.16由此可知，實(shí)際開采過程中若探到 C6、C7、C8 C13煤層上覆煤層存在采空區(qū)且其間距依次小于 30.94、28.64、29.42、28.16m,在煤層中留設(shè)相應(yīng)的煤柱或事先疏放上部采空區(qū)水或經(jīng)探證實(shí)無水時(shí),然后才能開采，否則必須留設(shè)煤柱。5 、煤層露頭風(fēng)氧化帶煤柱根據(jù)礦井水文地質(zhì)規(guī)程及建筑物、水體、鐵路及主

10、要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程有關(guān)規(guī)定，煤層露頭風(fēng)氧化帶煤柱采用下式計(jì)算：100 送 M+5.6+3M十1.6 M+3.6/式中:h導(dǎo)裂導(dǎo)水裂隙帶高度(m)。h保一一保護(hù)層厚度。M煤層厚度或采高mH地裂一一地裂縫高度，m參照建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程表 6-7取8m計(jì)算結(jié)果如下:煤層M(m)H導(dǎo)裂(m)H保(m)H也裂(m)H防 (m)備注C6 :1.227.34:3.608.0038.94C71.0525.493.158.0036.64C81.126.123.308.0037.42C131.0225.103.068.0036.166、水平及采區(qū)邊界煤柱按下式計(jì)算：L =

11、0.5MA. 3P/KP式中丄順層防水煤柱寬度(m)。 M煤層厚度或米高(m)。Kp煤層的抗張強(qiáng)度（kgf/cm 2）。P水頭壓力（kgf/cm 2）。A安全系數(shù)，一般取2-5，本次設(shè)計(jì)取4計(jì)算結(jié)果如下：煤層M(m)A(2 5)2P(kgf/cm )2KP(kgf/cm )L(m)設(shè)計(jì)留設(shè)寬度（m）備注C61.2435107.7810C71.05435106.8010C81.1435107.1310C131.02435106.61107、地表水煤柱區(qū)內(nèi)無山塘和河流，僅有季節(jié)性溪溝。溪溝水隨季節(jié)變化而變化, 無較大的地表水體。對(duì)礦區(qū)開采基本沒影響，因此，不專篇不考慮煤柱 留設(shè)。&防水安全煤柱留設(shè)

12、寬度防水煤柱留設(shè)表煤（巖）柱類型斷層煤柱井田邊界煤 柱上山煤柱老窯積水區(qū)煤柱露頭風(fēng)氧 化帶煤（巖）柱水平及采 區(qū)邊界煤柱積水區(qū)下 掘進(jìn)積水區(qū)煤層中 回采積水區(qū)下煤 層中回采煤、巖柱類別煤柱煤柱煤柱巖柱煤柱巖柱巖柱煤柱C6202015323030.9437.4210C7202015323028.6436.6410C8202015323029.4237.4210C13202015323028.1636.1610備注9、煤柱留設(shè)應(yīng)注意的問題（1）礦井開采過程中應(yīng)隨時(shí)注意煤層物理性質(zhì)，若煤層為較松軟煤 層，則煤柱留設(shè)寬度在上述計(jì)算基礎(chǔ)上應(yīng)加大，建議在煤層松軟的情況 下各煤柱均按40m留設(shè)。（2）開采過

13、程中若發(fā)現(xiàn)留設(shè)的煤柱有侵水以及相應(yīng)的采掘面有淋水 情況，必須停止作業(yè)立即處理。四、煤層群開采，上覆煤層開采后，開采下覆煤層時(shí)疏干老空水的方式、方法：1、疏水降壓方案制定原則1）應(yīng)與煤礦建井、開采階段相適應(yīng) 2）疏水能力要超過充水含水層的天然補(bǔ)給量。3）疏水工程應(yīng)靠近防護(hù)地段，疏水點(diǎn)應(yīng)有安全防護(hù)設(shè)施。4）疏水鉆孔數(shù)應(yīng)采用多種方案進(jìn)行試算，水位降低能夠滿足安全 采掘要求。5）疏水工程不能停頓，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)需要有步驟進(jìn)行。2、疏水降壓工程1）水壓本礦未采取疏干勘探， 由于礦方提供資料不足， 含水層水壓無法計(jì) 算，建議礦方盡快補(bǔ)充完善。2）疏水方式根據(jù)礦井實(shí)際情況， 采用井下疏干孔的疏干方式， 由井下施

14、工鉆孔， 直接鉆入煤層采空區(qū)和底板含水層， 利用承壓水頭， 將地下水疏放出來， 實(shí)現(xiàn)疏干或降壓。3）安全水頭值 進(jìn)行采掘活動(dòng)前，應(yīng)對(duì)其上覆煤層采空區(qū)或底板含水層進(jìn)行疏水降 壓，使煤層承受的水頭壓力降到安全水頭值以下方可以進(jìn)行采掘活動(dòng)， 安全水頭值計(jì)算如下：P 底=TsM 底=0.06 x（ 1 3.5 ） = （0.06 0.21 ） Mpa式中：Ts臨界突水系數(shù)（MPa/m）,取0.06 MPa/m;p安全水壓（MPa ；M隔水層厚度，13.5m;經(jīng)計(jì)算采取底板疏水降壓后必須達(dá)到的安全水頭值為 0.06 MPa。4）疏水降壓地點(diǎn)礦井在采掘活動(dòng)之前建議加強(qiáng)物探、 化探、鉆探工作， 查清地下水

15、分布、賦存情況。 對(duì)賦存灰?guī)r溶洞水且可能造成礦井突水危險(xiǎn)的位置打 放水鉆孔進(jìn)行疏放，使水壓降到安全水壓以下。若地下水賦存情況不明 時(shí)，應(yīng)采取探放水措施進(jìn)行超前探水，若探測(cè)范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有灰?guī)r溶洞水 時(shí)，則實(shí)施放水鉆孔進(jìn)行疏放，使水壓降至安全水壓以下，方可進(jìn)行采 掘活動(dòng)。5）井下疏、排水配套工程 井下疏、排水前必須清理排水溝、檢查排水機(jī)械設(shè)備和清理水倉。井下疏水通過水溝流入井底水倉，然后利用水泵把水排到地表。6）井下疏水鉆孔布置根據(jù)探查結(jié)合、 疏放結(jié)合的原則， 井下放水鉆孔的布置一般遵循先 疏后密，先淺部后深部。鉆孔重點(diǎn)布置區(qū)域?yàn)椋海?1）回采工作面回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷、回采工作面的開切眼、停采線 以及回

16、采工作面中部;（2）直接揭露或盡量靠近導(dǎo)水?dāng)鄬印⒘严稁Ш拖萋渲?（3）采動(dòng)影響范圍內(nèi)，煤層頂?shù)装甯羲畮r層厚度不清處;（ 4）頂?shù)装鍘r性較差、厚度較薄處;（ 5）井底車場(chǎng)附近。7）疏水降壓設(shè)備疏水降壓設(shè)備與井下探放水設(shè)備共用。配備MYZ-150酥水鉆4臺(tái), 三臺(tái)使用，一臺(tái)備用。8）施工疏水降壓鉆孔時(shí)應(yīng)注意：（1 ）在施工疏水降壓鉆孔之前，須編制專門的疏水降壓的設(shè)計(jì)和 完成井下疏、排水配套工程施工和調(diào)試工作，根據(jù)施工疏水降壓鉆孔所 取得的數(shù)據(jù)， 必須確認(rèn)承壓含水層的水頭值降到隔水層能承受的安全水 頭值以下，工作面才能回采，并制定安全措施。（ 2）井下疏干孔施工前，須開掘?qū)ｉT的防水硐室。（3）疏放水前應(yīng)砌筑好放水擋水墻，利用疏干鉆孔的孔口套管、 孔口放水閘門或防噴、控放裝置，控制流量，有計(jì)劃的疏放水，鉆孔附 近的巷道應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。（ 4）采用能控制水量的鉆孔，如平孔和垂孔。（ 5）鉆孔間距一般以工作面中部及開切眼、 停采線均有鉆孔為宜（ 6）在存在斷層的工作面實(shí)施鉆孔，鉆孔應(yīng)直接揭露或盡量靠近 斷層附近，以增加鉆孔的出水率。（ 7）在施工疏水降壓鉆孔過程中，發(fā)現(xiàn)煤層變潮濕、松軟，煤幫 出現(xiàn)滴水、淋水現(xiàn)象且淋水由小變大，巷道有