防水煤柱留设设计.docx
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防水煤柱留设设计.docx
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防水煤柱留设设计
贵州诚博煤业有限公司防水煤柱设计
习水县天合煤矿
防水煤柱留设设计
编制:
审核:
总工程师:
二0一五年一月
防水煤柱留设设计
一、防水煤(岩)柱的种类
1断层防水煤(岩)柱:
在导水或含水断层两侧,为防止断层水溃入井下而留设煤(岩)柱,或当断层使煤层与强含水层接触或接近时,为防止含水层水溃入井下而留设的煤柱。
2井田边界煤柱:
相邻两井田以技术边界分隔时,为防止一个矿井淹没(由突水或矿井报废引起)后影响另一个矿井的安全生产而留设的煤柱。
3上、下水平(或相邻采区)防水煤(岩)柱:
在上、下两水平(或相邻两采区)之间留设的防水煤(岩)柱。
这种煤(岩)柱为暂时性的煤(岩)柱,在上、下两水平(或相邻两采区)开采末期或透水威胁消除后,这部分煤(岩)柱中的煤,仍然可以回收出来。
4水淹区防水煤(岩)柱:
在水淹区(包括老窑积水区)四周和上、下水平留设的防止水淹区水溃入井下采掘工作面的煤(岩)柱。
5地表水体防水煤(岩)柱:
为防止采煤后地表水经塌陷裂缝溃入井下而留设的煤(岩)柱。
6冲积层防水煤(岩)柱:
为防止采煤后上覆冲积层中的强含水层水溃入井下而留设的煤(岩)柱。
二、 防水煤(岩)柱的留设原则
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最低限度,以提高资源利用率。
为了多采煤炭,充分利用资源,也可以用采后充填、疏水降压、改造含水层(充填岩溶裂隙)等方法,消除突水威胁,创造少留煤柱的条件。
3留设的防水煤(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,还要与采煤方法、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)柱应该在它的总体开采设计中确定,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(岩)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对防水煤(岩)柱的维护要特别严格,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。
三、防水煤(岩)柱的留设
1、地表水体防水煤(柱)柱的留设
矿区范围内及矿井边界不存在较大的河流、渠道、湖泊、积水区等,大气降水是矿区的主矿床充水的主要因素,区内地形起伏较大,排泄条件较好,地表水可沿沟谷排泄。
因此不留设地表水体的防水煤柱;部分煤层露头被溪流切割,煤矿开采最低标高位于沟谷切割点标高之下,当矿井开采过程中的防护措施不到位时,地表水有可能溃入矿井坑道,对矿井各煤层的开采构成威胁;矿井在开采过程中必须坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则,在探水前必须编制探放水设计和措施。
2、断层防水煤(岩)柱的留设
断层破坏了岩层的完整性,常常成为含水层间的联系通道;断层的某一区段是否导水,导水性强弱等情况取决于两侧岩层的接触关系,含水层的水压以及采矿活动对断层的重复破坏作用;因此在没有掌握断层各区段的导水性时,应把整个断层作为导水断层对待;煤层直接和富含水层导水断层接触时,顶底板有无突水可能,即煤柱主要是顺层受压时,常以下述计算公式计算煤柱宽度:
根据相关地质报告和资料分析本矿无较大的断层;如在开采过程中,发现断层,应按下列公式计算留设断层煤柱。
L=0.5KM
式中:
L—顺层防水煤柱宽度(m);
M—煤厚(m),取最大煤层厚度,3.59m;
Kp—煤的抗张强度(MPa),Kp取0.8MPa;
P—水头压力(MPa),按最大开采标高180m为1.76MPa;
K—安全系数,一般取2~5,本设计取5.
则:
L=0.5KM=0.5×5×3.59×=23(m)
为安全起见,考虑到断层破碎带影响,设计留设30m防水煤柱。
3、导水钻孔防水煤柱的留设
根据《习水县天合煤矿水文调查报告》,该矿区范围内无导水钻孔,不留设防水煤柱。
4、相邻水平或采区边界防水煤(岩)柱的留设
矿区以大气降水补给为主的裂隙充水矿床,水文地质条件中等,用下述公式计算煤柱宽度:
L=0.5KM
式中:
L—顺层防水煤柱宽度(m);
M—煤厚(m),取最大煤层厚度,3.59m;
Kp—煤的抗张强度(MPa),Kp取0.8MPa;
P—水头压力(MPa),按最大开采标高180m为1.76MPa;
K—安全系数,一般取2~5,本设计取5.
则:
L=0.5KM=0.5×5×3.59×=23(m)
为安全起见,设计留设30m防水煤柱。
5、水淹区(小窑积水区)防水煤柱的留设
(1)在水淹区(小窑积水区)下同一煤层中掘进时,巷道与水体的最小距离不得小于巷道高度的10倍留设防水煤(岩)柱经计算为10×2.5=25m.
(2)在水淹区(小窑积水区)下同一煤层中进行开采时,先查明积水区的边界,然后按公式进行计算:
L=0.5KM
式中:
L—顺层防水煤柱宽度(m);
M—煤厚(m),取最大煤层厚度,3.59m;
Kp—煤的抗张强度(MPa),Kp取0.8MPa;
P—水头压力(MPa),按最大开采标高180m为1.76MPa;
K—安全系数,一般取2~5,本设计取5.
则:
L=0.5KM=0.5×5×3.59×=23(m)
根据上述公式经计算并结合实际情况,在水淹下同一煤层中进行开采时煤柱留设30m.
(3)在水淹区下或老窑积水区下的煤层中进行回采时,防隔水煤(岩)柱的尺寸,不得小于导水裂隙带最大高度和保护高度之和。
5号煤层开采时:
H防=H裂+H保=[100×2.5÷(3.3×2.3+3.8)+5.1]+(3×2.3)=32.2(m)
8号煤层开采时:
H防=H裂+H保=[100×2.5÷(3.3×2.5+3.8)+5.1]+(3×2.5)=33.3(m)
12号煤层开采时:
H防=H裂+H保=[100×3.59÷(3.3×3.59+3.8)+5.1]+(3×3.59)=38.8(m)
根据上述计算并结合实际情况,5、8、12煤层各留设40m采空区防水煤柱,并与各煤层层间距进行对比可以看出,开采各煤层时,若开采层上部存在水淹区(小窑积水区)下的煤层时不留设防水煤柱,则必须先将该煤层上部积水进行疏干并确认安全后方可进行开采。
6、地表水体防水煤(岩)柱
矿井开采范围内无大的地表水体,设计不留设地表水体防水煤(岩)柱。
7、井田边界防水煤(岩)柱
矿区为以大气降水补给为主的裂隙充水矿床,水文条件中等,用下述公式计算矿区边界防水煤(岩)柱,但总宽度不得小于40m:
L=0.5KM
式中:
L--顺层防水煤柱宽度(m);
M--煤厚(m),取最大煤层厚,3.59m;
Kp--煤的抗张强度(MPa),Kp取0.8MPa;
P--水头压力(MPa),按最大开采标高差180m为1.76MPa;
K--安全系数,一般取2-5,本设计取5.
则:
L=0.5KM=0.5×5×3.59×=23(m)
根据上述计算,结合实际情况,矿区范围边界防水煤(岩)柱留20m防水煤柱。
20m×2=40m>23m,符合要求。
8、煤层露头及风氧化带煤柱
H防=H裂+H保≮20m
式中:
H防--防水煤(岩)柱高度(m);
H裂--垂直煤层的导水裂隙带最大高度(m);
H保--保护层厚度(m);
M--煤厚或采高,5、8、12号煤层的最大厚度依次为2.3m、2.5、3.59;
5号煤层:
H防=H裂+H保=[100×2.5÷(3.3×2.3+3.8)+5.1]+(3×2.3)=32.2(m)
8号煤层:
H防=H裂+H保=[100×2.5÷(3.3×2.5+3.8)+5.1]+(3×2.5)=33.3(m)
12号煤层:
H防=H裂+H保=[100×3.59÷(3.3×3.59+3.8)+5.1]+(3×3.59)=38.8(m)
α
式中:
L--防水煤柱,m;
H--防水煤柱高度,m;
α--煤层倾角,α=10°
5号煤层露头防隔水煤柱宽度为:
8号煤层露头防隔水煤柱宽度为:
12号煤层露头防隔水煤柱宽度为:
根据上述计算,并结合实际情况,5、8号煤层各留设35m露头防隔水煤柱,12号煤层留设40m露头防隔水煤柱。
9、各类煤柱留设尺寸见下表。
各类煤(岩)柱留设尺寸表
煤层编号
煤层最大厚度
断层防水煤柱
井田边界防水煤柱
煤层露头防水煤柱
水平及采区边界煤(岩)柱
井筒及主要巷道煤柱
采空煤(岩)柱
5
2.3
30
20
35
30
20
30
8
2.5
30
20
35
30
20
30
12
3.59
30
20
40
30
20
30
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