矿井断层及大巷煤柱留设计算

矿井断层及大巷煤柱留设计算矿井断层作为生产中不可避免的地质构造，对矿井生产影响很大，探明不当或者煤柱留设不合理很容易造成断层导通含水层突水或采后断层受矿压影响滞后突水。所以合理的留设保护煤柱，显得尤为重要，下面以一个案例详细介绍一下如何计算煤柱的宽度！一、 断层煤柱留设原则1、在有突水威胁但又不宜疏放（疏放会造成成本大大提高时）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安全限度，以提高资源利用率。3、留设防水煤（岩）柱必须与当地的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。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、在多煤层地区，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）柱必须满足各个留设煤（岩）柱的条件。7、对防水留设煤（岩）柱的的维护要特别严格，因为煤（岩）柱的任何一处被破坏，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、修建防水闸门和其它防水设施，保护煤（岩）柱的完整性。8、留设防水煤（岩）柱所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、防水煤（岩）柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。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；saM一底板隔水层厚度，m；T—临界突水系数，MP/m。saTs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二0.5KM.'，3p>20m式中：L=煤柱留设的宽度，m；K——安全系数，一般取2〜5。M 煤层厚度或米咼，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：HL二——J>20msina式中：L 煤柱留设的宽度，m；a 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：H二匕+10ats式中：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HL二 J>20m式中：L 煤柱留设的宽度，m；a——断层倾角，（取78°）；Ha――断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度。其中Ha的计算公式为：H二匕+10式中：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；10 保护带厚度，一般取10m。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：式中：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煤层煤柱留设下依据23-15、21-5钻孔资料，12煤至奥灰顶界面平均垂距约112m。上盘下12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#水文常下观孔资料，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。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：HL二——J>20msina式中：L 煤柱留设的宽度，m；a——断层倾角，（取76°）；Ha――断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度。其中Ha的计算公式为：H=匕+10a丁s式中：p——防隔水煤（岩）柱所承受的实际水头值，取1.16MPa；Ts——临界突水系数，取0.1MPa/m；10 保护带厚度，一般取10m。经计算得出Ha=21.6；L=22.26m。当考虑断层水在顺煤层方向上的压力时，其计算公式为：L二0.5KM.'，3p>20m式中：K——安全系数，一般取2〜5,本报告取5；M——煤层厚度或采高，取12煤最大厚度1.89m；下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煤层煤（岩）柱放宽下至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。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：HL二J>20msina式中：L煤柱留设的宽度，m；a——断层倾角，（取76°）；Ha――断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度。其中Ha的计算公式为：H二匕+10式中：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；10——保护带厚度，一般取10m。经计算得出Ha=26.07；L=26.87m。当考虑断层水在顺煤层方向上的压力时，其计算公式为：式中：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1.89m；P——实际水头值，取1.61MPa（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=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。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。1、12下煤层煤柱留设依据23-15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。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：HL二J>20m式中：L煤柱留设的宽度，m；a——断层倾角，（取70°）；Ha――断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度。其中Ha的计算公式为：式中：p——防隔水煤（岩）柱所承受的实际水头值，取1.16MPa；Ts——临界突水系数，取0.1MPa/m；10 保护带厚度，一般取10m。经计算得出Ha=21.56；L=22.94m。当考虑断层水在顺煤层方向上的压力时，其计算公式为：式中：K——安全系数，一般取2〜5，本报告取5；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。2、16煤层煤柱留设依据23-15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F3断层为导水断层，计算断层保护煤柱。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：HL二J>20m式中：L煤柱留设的宽度，m；a——断层倾角，（取70°）；Ha――断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度。其中Ha的计算公式为：式中：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；10 保护带厚度，一般取10m。经计算得出Ha=26.07；L=27.74m。当考虑断层水在顺煤层方向上的压力时，其计算公式为：式中：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1.89m；P——实际水头值，取1.61MPa（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=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。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。依据23-15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F1断层为导水断层，计算断层保护煤柱。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：HL二——J>20msina式中：L 煤柱留设的宽度，m；a——断层倾角，（取70°）；Ha――断层安全防隔水煤（岩）柱的宽度。其中Ha的计算公式为：H=匕+10ats式中：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；

10——保护带厚度，一般取10m。经计算得出Ha=26.07；L=27.74m。当考虑断层水在顺煤层方向上的压力时，其计算公式为：L二L二0.5KM3p>20m式中：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1.60MP