完整版下合煤業(yè)村莊保護煤柱設計最終版

1、期山西下合煤業(yè)村莊保護煤柱設計2021年9月25日村莊保護煤柱設計一、保護煤柱留設目的和任務保護煤柱是指專門留設在井下不予采出的、 目的是保護其上方巖層內(nèi)部和地表的上述保護對象不受開采影響的那局部煤體.留設保護煤柱是保護各類防水、上覆巖層和地面建筑、構筑物不受開采影響.為了煤礦能夠平安生產(chǎn)建設預防因地下采礦引發(fā)的房屋裂縫、倒塌等威脅居民生命財產(chǎn)平安的地質災害發(fā)生, 我礦對所有煤礦井田內(nèi)的所 有村莊范圍進行測繪、調(diào)查對村莊保護煤柱重新進行測量.二、依據(jù)標準1、國家平安監(jiān)管總局2021年5月公布的?建筑物、水體、鐵路 及主要井巷煤柱留設與壓煤開采標準?；2、井上下對照圖；3、煤層底板等高線圖；4、

2、批準的初步設計和平安設施設計；5、批準的地質報告內(nèi)附補-1鉆孔各種數(shù)據(jù)；6、?煤礦平安規(guī)程?.三、地質條件根據(jù)山西同地源地質礦產(chǎn)技術2021年2月提交的?山西下合煤業(yè)補充勘探礦井地質報告?中,在補 -1號鉆孔采 取的15號煤層的頂?shù)装鍘r石樣巖石物理、力學性質試驗結果,表達 15號煤層頂?shù)装辶W性質如下：15號煤層：頂板以泥巖為主,厚度 6.76-6.80m,平均6.79m,泥巖抗壓強度在17.620.0MPa之間,平均18.7MPa,抗拉強度0.50.6MPa,平均0.6MPa,為較軟巖,屬易冒落的松軟頂板；15號煤層 底板以泥巖為主,厚度2.00-3.48m,平均2.74m,泥巖抗壓強度22

3、.024.0MPa,平均 22.7MPa,抗拉強度 0.6 0.8MPa,平均 0.7MPa,屬 較軟巖.15號煤層頂?shù)装鍘r石物理、力學性質詳見表.煤層 位置巖性抗壓強度(Mpa)抗拉強度(MPa)抗剪強度平均平均內(nèi)摩 擦角凝聚力系數(shù)(Mpa)15號 頂泥巖17.6-20.018.70.5-0.6300 37'3.10.615號 底泥巖22.0-24.022.70.6-0.8340 214.10.71、含煤性根據(jù)山西同地源地質礦產(chǎn)技術 2021年2月提交的?山西下合煤業(yè)補充勘探礦井地質報告?,礦區(qū)主要含煤地層為 上石炭統(tǒng)太原組和二疊系山西組.山西組地層平均厚度86.41m,含煤5層,自

4、上而下依次為1、2 上、2、3、3下號煤層,均為不可采煤層,煤層平均總厚 1.42 m,含 煤系數(shù)1.64%.太原組地層厚度平均100.64m,含煤9層,自上而下依次為6、7、 8、9、11、12、13、14、15號煤層,其中15號煤層為穩(wěn)定可采煤層, 其它均為不可采煤層.煤層平均總厚5.61 m,含煤系數(shù)5.57%,可采煤層厚3.37 m ,可采煤層含煤系數(shù)3.36 % ;煤系地層總厚187.05m,含煤總厚7.15m,含煤系數(shù)3.76%;可 采煤層厚3.38m,可采含煤系數(shù)1.81%.2021年9月13日山西省國土資源廳發(fā)放的采礦許可證證號為 C1400002021111220046051

5、批準開采14、15號煤層,14號煤層為 不可采煤層,現(xiàn)開采15號煤層.2、可采煤層礦區(qū)內(nèi)共含1層可采煤層：15號煤層,現(xiàn)述如下：15號煤層：位于太原組下段下部,上距 K2灰?guī)r6.76-15.61m , 平均9.14m.煤層厚度為3.11-3.80m ,平均3.37m,礦區(qū)東部厚度大 于4m,向北和西部厚度逐漸變小.煤層結構較簡單,一般含夾研1-2層,夾研單層最大厚度0.35m.15號煤層礦區(qū)內(nèi)埋深60-460m,礦區(qū) 南部該煤層剝蝕,煤層露頭由井巷限制,其余全部可采,可采指數(shù) Km=1.0,變異系數(shù)Y=11.09% 15號煤層為穩(wěn)定的賦煤區(qū)可采煤層, 煤層穩(wěn)定程度為I類I d.頂板為泥巖,底板

6、為細砂巖和泥巖.四、開采技術條件1、瓦斯根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳晉煤瓦發(fā)【2021】 1635號文“關于長治 市山西沁源康偉南山煤業(yè)等兩座礦井 2021年度礦井瓦斯等 級和二氧化碳涌出量鑒定結果的批復下合煤業(yè)開采 15號煤層,礦 井瓦斯相對涌出量0.84m3/t ,絕對涌出量0.14m3/min ;二氧化碳相 對涌出量0.84m3/t ,絕對涌出量0.14m3/min,屬低瓦斯礦井.2、煤塵爆炸性根據(jù)山西公信平安技術 2021年3月13日的檢驗報告,下合煤業(yè)15號煤層煤塵爆炸性試驗結果為煤塵有爆炸性.在開采過程中,應做好防塵工作,杜絕事故發(fā)生.3、煤的自燃傾向性根據(jù)山西公信平安技術 2021年3月

7、13日的檢驗報告, 下合煤業(yè)15號煤層煤樣的自燃傾向性測試結果為：吸氧量為 0.49cm3/g,煤層自燃傾向性等級為II級,屬自燃煤層.根據(jù)礦井地質報告山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中央 2021年3月 23日的鑒定報告：井下J2點15號煤層吸氧量為0.85cm3/g,自燃傾 向性等級為I級,屬自燃煤層.在生產(chǎn)過程中應增強原煤的治理工作, 謹防因煤層的自燃而引發(fā) 的各類事故.4、地溫、地壓地質報告在補-1號鉆孔進行了簡易井溫測量工作,見下表:補-1孔井溫測量成果表測量深度m100200233井溫C15.216.717.4根據(jù)上述成果,平均地溫梯度為1.8C/100m,未發(fā)現(xiàn)地溫異常,井下的一般溫度為

8、13C19C,井田內(nèi)屬地溫正常區(qū)礦井在采掘過程中,均未發(fā)現(xiàn)地壓異常.五、受護村莊概況井田內(nèi)各村莊情況井田范圍內(nèi)有花豹拐村、下合村、東棗林村三個村莊,花豹拐村 位于井田西北,下合村位于井田中部,東棗林村位于井田南部邊緣.山西下合煤業(yè)90萬噸/年建設工程采掘區(qū)域涉及村莊只有花豹拐村, 所以下合村和東棗林村未設計村莊煤柱.一煤柱計算參數(shù)1、移動角正確選取移動角是保護煤柱設計的關鍵. 移動角是指在充分采動 或接近充分采動條件下,主斷層面上臨界變形值的點和開采邊界的連 線與水平線在煤柱一側所夾的角. 磚石結構房屋的臨界變形值為：傾 斜 i= ±3mm/rp 曲率 k= + 0.2 X10

9、9;3 mm/im 水平變形 & =+2mm/m松散層及基巖厚度參照鄰近鉆孔的資料確定, 松散層的移動角取 45°,基巖移動角取72° ,松散層平均厚度43m基巖層平均厚度175m2、維護帶保護煤柱留設時,由于地質采礦條件的差異、移動角的誤差、井 上下位置關系的不準確等因素,使得所留設的保護煤柱的尺寸和位置 出現(xiàn)偏差.因此,留設的保護煤柱應具備一定的備用尺寸.建筑物受護范圍應當包括受護對象及其圍護帶.圍護帶寬度必須 根據(jù)受護對象的保護等級確定,可以按下表規(guī)定的數(shù)值選用建筑物 保護煤柱留設與壓煤開采第十三條.保護等級特I丑mIV圍護帶寬度/m502015105根據(jù)國家

10、有關規(guī)程,村莊房屋和一般公路屬于II級保護圍護帶寬度為15m二各村莊煤柱計算1、花豹拐村邊界拐點坐標:點號坐標X丫Z1點40674293841760210132占 乙八、4067358384175969983占J八、4067305384178059934占 口八、4067444384177391009花豹拐村居民區(qū)分布范圍,南北長137m,東西長266m,西北向東南傾斜,傾角約5 o1、花豹拐村確定的邊界1、2、3、4四個拐點圈定該村受護面積 邊界,在外側加圍護帶15m得受護面積邊界1'、2'、3'、4'.2、在受護面積邊界1'、2'、3'

11、;、4'向外按公式S=hxctg 0 , 所求得表土層的寬度劃出a、b、c、d點,表土層需留設煤柱的寬度用下式求得：1點 標高1013m,基巖標高885m,黃土層厚度128m, 128mx ctg45 =128m2點 標高998 m,基巖標高889m,黃土層厚度109m, 109mx ctg45 =109m3點 標高 993m,基巖標高 895m,黃土層厚度 98m,98mx ctg45 =98m4點 標高1009m,基巖標高 887m,黃土層厚度122 m,122mx ctg45 =122m3、由表土層寬度所劃出的a、b、c、d四邊形保護煤柱邊界用垂 線法圈定,由各點分別作線段ab、

12、bc、cd、da的垂線,各垂線長q煤 層上山方向垂線長度和1 煤層下山方向垂線長度,按下式計算：q= (H-h) ctg B / (1+ctg B cos 0 tg a )L= (H-h) ctg 丫 ' / (1- ctg 丫 ' cos 0 tg %)圍護帶邊界與煤層走向線之間所夾的銳角分別為ab、dc0 =45 , ad、bc 0 =10上山方向移動角 B =73° 00' 00下山方向丫 =71° 00' 00,走向方向5 =72 00' 00根據(jù)以下公式求出ctg B =(ctg 2 3 cos2 0 + ctg 2 S s

13、in 2 0 ) "2ctg 丫 ' =(ctg 2 c cos2 0 + ctg 2 S sin 2 0 ) "20 =45° 時:ctg B ' =(ctg 273 00' cos245 + ctg 272 00' sin 245 )"2 ,B ' =72 31' 54ctg 丫 ' =(ctg271 cos245 + ctg272 sin245 )1/2,0 =45 時,B ' =72 31, 540 =10 時,B ' =73 33' 16a、b、c、d各點基巖面至煤

14、層垂深(a 點(H-h) =362m-128m=234mb 點(H-h) =328m-109m=219mc 點(H-h) =330m-98m=232md 點(H-h) =354m-122m=232m根據(jù)上述起始數(shù)據(jù)按公式計算各垂線的a 1 L=cos210 +ctg272cos210 +ctg272(234mx ctg71 tg5 )(234mx ctg71 tg5 )(219mx ctg72丫' =71 30' 400 =10 時：ctg B =(ctg273 =73 33' 16 ,ctg 丫 =(ctg271 =71 32' 09求出ctg71 32

15、9; 09 cos10 =80.46ma 2 L=ctg71 30' 40 cos45=79.79mb 3 q=sin210)1/2, Bsin210)1/2, 丫丫' =71 30' 40丫' =71 32' 09H-h)值計算：q、L值32'09)/(130'40)/(131,54)/(1+ctg72 31' 54 cos45 tg5 )=67.67mb 4 q二 ctg73 33' 16 cos10 =63.01mc 5 q= ctg73 33' 16 cos10 =66.75mc 6 q= ctg72 31

16、' 54 cos45 =71.69md 7 L= ctg71 30' 40 cos45 =79.11md 8 L= ctg71 32' 09 cos45 =79.77m(219mx ctg73 33' tg5 )(232mx ctg73 33' tg5 )(232mx ctg72 31' tg5 )(232mx ctg71 30' tg5 )(232mx ctg71 32' tg5 )16)/(1 +16)/(1 +54)/( 1+40)/( 1-09)/( 1-計算點號abcd(H-h) m234219232232垂線a 1a2b3b 4c 5c 6d7 d8垂線長度q、L計算結果q67.67m63.01m66.75m71.69mL80.46m79.79m79.11m79.77m花豹拐村保護帶最終邊界線各拐點坐標: