煤矿防治水规定》培训-防隔水煤柱留设专题讲座2

1、2012年3月14日，中国煤炭科工集团Xi安研究所研究员、博士生导师李京生作了第一部分：防水煤(岩)柱的类型及设计原则，包括1。概述，2。防水煤(岩)柱的类型，以及3。防绝缘3。防水煤(岩)柱的设计原则；7.在多煤层地区，必须统一考虑和确定各煤层的隔水煤(岩)柱，以避免一个煤层开采的影响和另一个煤层煤柱的破坏。8.防水煤(岩)柱必须有一定厚度的粘土防水岩层或含水性能弱的岩层，否则防水煤(岩)柱将无防水效果。9.严禁在水体下开采急倾斜煤层，留下防水煤(岩)柱，以免煤层抽采，造成重大透水事故。10.相邻井田边界应预留防水煤(岩)柱，防水煤(岩)柱尺寸应在矿井设计中确定。第二部分是防水煤(岩)柱的设

2、计计算，总结如下：1 .煤层露头防水煤(岩)柱的设计计算，图17-1煤层露头被松散富水强含水层覆盖时防水煤(岩)柱的设计，Hf防水煤(岩)柱高度；HL导水断裂带的高度；Hb保护层厚度；煤层倾角：1。煤层露头防水煤(岩)柱的设计与计算：2.含水或导水断层隔水煤(岩)柱的设计计算(图17-2)可参考经验公式(17-3): 0，20m (17-3)，公式K安全系数，一般为25；m煤层厚度或采高均破碎，m；压头，MPa；Kp煤的抗拉强度，MPa。其中：l煤柱宽度；压头；m煤层厚度或开采高度，图17-2含水或导水断层隔水煤(岩)柱设计图，当用公式(17-3)计算隔水岩柱时，m为巷道高度，Kp为岩石抗拉强

3、度，2。含水或导水断层隔水煤(岩)柱的设计计算。煤层与强含水层或导水断层或非导水断层接触，L1、L2、L3防水煤(岩)柱各段宽度；HL导水断裂带的高度；哈断层安全防水岩柱宽度；断层倾角；岩层坍塌角度；h煤层底板以上静止水位高度；m断层上壁的含水层水位高于下壁的煤层底板。图17-3显示了煤层与强含水层或导水断层接触时隔水煤(岩)柱的设计。当含水层顶面高于导水裂隙带时，隔水煤(岩)柱可按图17-3a和图17-3b设计。公式是：L=L1L2 L3=哈斯克高科特(17-4)。当导水断裂带的上限高于断层下盘含水层，且断层不导水时，应设置隔水煤(岩)柱，如图17-3c所示。公式为：l=l1l 2 L3=h

4、a(sin cos cot)(hacos m)(cot cot)20m(17-5)。第三，与强含水层或导水断层或非导水断层接触的隔水煤(岩)柱的设计计算。在上式中，防水煤(岩)柱的宽度l，L1、L2、L3防水煤(岩)柱各段的宽度m；HL水力压裂带高度，米；断层倾角，()；岩石坍塌角，()；m断层上盘含水层的高度高于下盘煤层底板的高度，m；哈断层安全防水岩柱宽度，米，三。与强含水层或导水断层或非导水断层接触的隔水煤(岩)柱的设计计算及公式(17-5)的推导过程：图17-3c从A点到平行于煤层的直线，可得图17-4。图17-4是计算隔水煤(岩)柱尺寸l的示意图；3.与强含水层或导水断层或非导水断层

5、接触的隔水煤(岩)柱的设计计算，在直角坐标系中，aec=so，ac=Hasin在直角坐标系中。BC=Eccot=Hacoscot L1=Ac-BC=Hasin-Hacoscot=ha(单轴成本)，ef=M ec=M Hacos(直角成本)，gf=L2=efcot=(M Hacos)cot(直角成本)，Fh=L3=efcot=(多轴成本)cotl2l3=(多轴成本)(多轴成本)，因此，l=l1l 12 L3=ha(单轴成本)(多轴成本)(多轴成本)，iii。与强含水层或导水断层或非导水断层接触的隔水煤(岩)柱的设计图17-3c所示的隔水煤(岩)柱的尺寸也可用另一种方法计算(如图17-5所示):将

6、图17-3c转换成图17-5的形状，得出隔水煤(岩)柱尺寸的计算公式如下：L=L1 L2 L3=(17-6)，3，煤层和强含水层或导水断层图3.与强含水层或导水断层或非导水断层接触的隔水煤(岩)柱的设计计算；Ha值也可以根据公式(17-7)计算；3.与强含水层或导水断层或非导水断层接触的隔水煤(岩)柱的设计计算临界突水系数MPam；保护层厚度一般取10米，(17-7)，临界突水系数Ts应根据本矿区实际突水数据确定。如果该矿区没有实际突水系数，可参考其他矿区资料，但在选择时应综合考虑岩性、隔水层物理力学性质、巷道跨度或工作面空顶距离、采煤方法和顶板控制方法等一系列因素。中国部分矿区临界突水系数见

7、表17-1。3。与强含水层或导水断层或非导水断层接触的隔水煤(岩)柱设计计算，表17-1部分矿区临界突水系数，3。与强含水层或导水断层或非导水断层接触的隔水煤(岩)柱的设计计算，安全隔水岩柱Ha也可由Slesarev公式和保护层厚度A确定，计算公式为：隔水层平均重力，Mn/m3；Kp防水层的平均抗拉强度，MPa；隔水层水头压力，MPa。(3)与强含水层或导水断层或非导水断层接触的隔水煤(岩)柱的设计计算；(4)煤层位于含水层和导水断层或非导水断层上方时，隔水煤(岩)柱的设计计算；当煤层位于含水层和导水断层之上时(图17-6)，隔水煤(岩)柱的设计应考虑两个方向。第二，断层水沿煤层的压力。断层倾

8、角；哈断层安全防水岩柱宽度；l防水煤(岩)柱宽度，图17-6，煤层位于含水层以上，断层导水时防水煤(岩)柱设计示意图。考虑底压力时，煤层底板与断层平面之间的最小距离(垂直距离)应大于安全岩柱宽度ha的计算值，且不应小于20 m，其计算公式(17-9)为：20 m (17-9)，其中断层倾角为，()；其他参数和以前一样。4.煤层位于含水层之上，断层导水而不导水时防水煤(岩)柱的设计计算。当考虑沿煤层方向的断层水压力时，煤柱宽度按公式(17-3)计算。根据以上两种方法的计算结果，取较大数值，但不应小于20 m，如果断层不导水(图17-7)，断层安全防水岩柱Ha应为含水层顶面与断层相交处至煤层采空区

9、的距离。如图17-7a所示，顺层防水煤柱宽度按下式计算(但不小于20m):(17-10)；4.煤层位于含水层之上，断层导水和不导水时防水煤(岩)柱的设计计算；对于图17-7b所示的情况，防水煤柱的宽度按下式(但不小于20m) (17-11)，4计算。煤层位于含水层之上，断层导水而不导水时，隔水煤(岩)柱的设计计算，(a)、(b)断层倾角；哈断层安全防水岩柱宽度；防水煤(岩)柱的l宽度，图17-7煤层在含水层以上，断层不导水时防水煤(岩)柱的设计；iv .煤层在含水层以上，断层导水不导水时防水煤(岩)柱的设计计算；在以上所有情况下，断层安全隔水岩柱的宽度Ha均按公式(17-12)计算，其它参数同

10、前。式(17-12)是一个近似公式，它突出地考虑了煤层底板破坏深度对哈的影响。4.当煤层位于含水层之上，断层导水和不导水时，隔水煤(岩)柱的设计计算，安全隔水煤(岩)柱Ha也可由Slesarev公式和煤层底板破坏深度Cp确定，计算公式为：(17-13)，公式中的参数与以前相同。4.煤层位于含水层之上，断层导水不导水时防水煤(岩)柱的设计计算；5.水淹区或老采空积水区开采时防水煤(岩)柱的设计计算；1.在水淹区或老采空积水区下掘进时，巷道与水体的最小距离不得小于巷道高度的10倍。2.当开采同一煤层下的水淹区或老采空区积水区时，如果水淹区或老采空区积水区的边界已基本查明，防水煤(岩)柱的尺寸应按公

11、式(17-3)计算。3.在水淹区或老采空积水区下的煤层开采时，防水煤(岩)柱的尺寸不得小于导水裂隙带高度和保护带厚度之和。6.地表水体中防水煤(岩)柱的设计计算可参照建筑物、水体、铁路、主隧道煤柱和带压采煤的规定进行。七、钻孔和陷落柱防水煤(岩)柱的设计和计算，根据钻孔偏移测量数据换算钻孔煤点坐标，根据公式(17-3)计算设防防水煤(岩)柱，如果没有偏移测量数据，应考虑钻孔偏移误差。根据公式(17-3)，隔水煤(岩)柱由陷落柱周围发育的导水断裂带计算。八、相邻井田人工边界防水煤(岩)柱的设计计算，1。水平法可用于简单至中等水文地质矿井的设计，按公式(17-3)计算，但安全系数k一般应为410，

12、总宽度不应小于40m。2.水文地质复杂到极其复杂的矿井应根据煤层赋存条件、地质构造、静水压力、开采覆岩移动角度、导水断裂带高度等因素确定。单煤层边界煤柱设计见图17-8。对于水文地质条件复杂、条件极其复杂的矿井，导水断裂带的上限岩柱宽度ly和层理边界的煤柱宽度L也可按下式计算，但Ly不应小于20m。(17-14)，(17-15)，八。相邻井田人工边界防水煤(岩)柱设置及计算，其中：L1、L2、L3边界煤柱宽度；HL导水断裂带的高度；静态水位高度；1、2岩层沉陷边缘与煤层相交角；TS突水系数，图17-8相邻井田人工边界防水煤(岩)柱图，八。arti的设计和计算(2)下煤层开采后，当上下煤层之间的

13、垂直距离大于导水裂隙带高度时，可分别设置上下煤层的隔水煤(岩)柱，如图17-9b所示。HL水力压裂带的上限；3.各煤层底板以上的静水位高度；上坡岩层的移动角度；下坡岩层的运动角度；y、y、y导水断裂带岩柱上限宽度；上部煤防水煤柱宽度；2、3防水煤柱宽度较低，图17-9多煤层区边界防水煤(岩)柱设计，8。相邻井田人工边界防水煤(岩)柱的设计计算，导水裂隙带上限岩柱宽度的计算，公式(17-16):20 m，(17-16)可采用煤层底板以上静水位高H，m；HL导水断裂带高度，米；Ts水压与岩柱宽度之比为0.1兆帕/米.八、相邻井田人工边界防水煤(岩)柱的设计计算；九、以断层为界的井田防水煤(岩)柱的设计计算。对于以断层为界的井田，边界防水煤(岩)柱可参照断层防水煤(岩)柱进行设计，但应考虑井田另一侧的煤层，以免损坏另一侧剩余的煤(煤)。除了断层煤柱的设计外