防治水煤柱的留設(shè)及計算

桐梓縣鴻森煤礦防治水煤（巖）柱留設(shè)及計算二O—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、封閉不良鉆孔煤柱等。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（疏放會造成成本大大提高時）的地區(qū)采掘時，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)、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）一個井田或一個水文地質(zhì)單元的防水煤（巖）柱應(yīng)該在它的總體設(shè)計中確定，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，致使整個防水煤柱失效。6）在同一地點有兩種或兩種以上留設(shè)煤（巖）柱的條件時，所留設(shè)的煤（巖）柱必須滿足各個留設(shè)煤（巖）柱的條件。7）對防水留設(shè)煤（巖）柱的的維護(hù)要特別嚴(yán)格，因為煤（巖）柱的任何一處被破壞，必將造成整個煤（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，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)柱的計算依據(jù)礦井水文地質(zhì)條件屬中等類型；因未獲得煤的抭張強(qiáng)度資料，類比我省煤炭指標(biāo)取K=10kgf/cm2考慮。P因無含水位標(biāo)咼資料，該礦井開米中最大埋深約350m,即水頭壓力按P=35kgf/cm2考慮。煤層厚度按儲量核實報告提供的C6、C7、C8、C13煤層最大厚度1.2、1.05、1.1、1.02m考慮。安全系數(shù)A取值范圍2?5,本設(shè)計因已按最大埋深計算，故按4考慮。地質(zhì)報告未發(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。未提供井田內(nèi)存在鉆孔的有關(guān)資料,暫不計算。三、計算方法、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動,但由于延伸短(3?5m)、斷距小(0.3?1.0m)、對煤層連續(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，按下式計算：L。?5叫巧式中:L——順層防水煤柱寬度(m)。

M——煤層厚度或采高(m)。K 煤層的抗張強(qiáng)度(kgf/cm2)。PP 水頭壓力(kgf/cm2)。A——安全系數(shù)，一般取2-5,本次設(shè)計取4。煤層M(m)A煤層M(m)A(2?5)P(kgf/cm2)Kp(kgf/cm2)L(m)設(shè)計留設(shè)寬度(m)備注C61.2435107.7820C71.05435106.8020按煤層最大C81.1435107.1320厚度C131.02435106.6120計算結(jié)果如下: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算隔離煤柱寬度：L=0.5KM3P/K《20mp式中：L——順層防水煤柱寬度(m)；M——煤厚或采高(m)；K 煤的抗張強(qiáng)度(kgf/cm2)，K=10kgf/cm2；PPP 水頭壓力(kgf/cm2)，P=35kgf/cm2；K——安全系數(shù)，一般取2?5，本設(shè)計取4。則計算的各煤層隔離煤柱寬度如下表：煤層M(m)A(2?5)P(kgf/cm2)￡(kgf/cm2)L(m)設(shè)計留設(shè)寬度(m)備注C61.24351015.5540本礦20mC71.054351013.6140本礦20mC81.14351014.2640本礦20mC131.024351013.2240本礦20m3、主要巷道防水煤(巖)柱的留設(shè)主要巷道煤柱留設(shè)計算結(jié)果如下：煤層M(m)A(1?2.5)P(kgf/cm2)KP(kgf/cm2)L(m)設(shè)計留設(shè)寬度(m)備注C61.2235107.7815C71.05235106.8015C81.1235107.1315C131.02235106.61154、水淹區(qū)或老空積水區(qū)(采空區(qū))防水煤(巖)柱的留設(shè)在水淹區(qū)或老空積水區(qū)下掘進(jìn)時，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)計算為10X3.2=32m。在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下同一煤層中進(jìn)行開采時的煤柱留設(shè)，采用下式計算:L=叫3P7KP式中:L——順層防水煤柱寬度(m)。M——煤層厚度或采高(m)。K 煤層的抗張強(qiáng)度(kgf/cm2)。PP 水頭壓力(kgf/cm2)。K——安全系數(shù)，一般取2—5,本次設(shè)計取4。計算結(jié)果如下:煤層M(m)A(2?5)P(kgf/cm2)KP(kgf/cm2)L(m)設(shè)計留設(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，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，因此按下式計算:該礦煤層頂板多為粉砂巖(或細(xì)砂巖)，按中硬巖石考慮:(lootM )H=H+H=一V +5.6+3M防導(dǎo)裂保(1.6乙(M+3.6 丿式中:h 導(dǎo)水裂隙帶高度(m)。導(dǎo)裂h——保護(hù)層厚度。保M——煤層厚度或采高m煤層M(m)H導(dǎo)裂(m)H保(m)H防(m)備注C61.227.343.6030.94C71.0525.493.1528.64C81.126.123.3029.42C131.0225.103.0628.16由此可知，實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)探證實無水時，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、鐵路及主要井巷煤h廠—保護(hù)層厚度。M——煤層厚度或采高mH地裂――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計算結(jié)果如下:煤層M(m)H導(dǎo)裂(m)H保(m)H地裂(m)H防(m)備注C61.227.343.608.0038.94C71.0525.493.158.0036.64C81.126.123.308.0037.42C131.0225.103.068.0036.166、水平及采區(qū)邊界煤柱按下式計算：L-。叫呵式中:L——順層防水煤柱寬度(m)。M——煤層厚度或采高(m)。

K 煤層的抗張強(qiáng)度(kgf/cm2)。PP 水頭壓力(kgf/cm2)。A——安全系數(shù)，一般取2-5,本次設(shè)計取4。煤層M(m)煤層M(m)A(2?5)P(kgf/cm2)KP(kgf/cm2)L(m)設(shè)計留設(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。對礦區(qū)開采基本沒影響，因此，不專篇不考慮煤柱留設(shè)。8、防水安全煤柱留設(shè)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)氧化帶煤偌)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)注意的問題礦井開采過程中應(yīng)隨時注意煤層物理性質(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)。開采過程中若發(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，含水層水壓無法計算，建議礦方盡快補(bǔ)充完善。2）疏水方式根據(jù)礦井實際情況，采用井下疏干孔的疏干方式，由井下施工鉆孔，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，實現(xiàn)疏干或降壓。3）安全水頭值進(jìn)行采掘活動前，應(yīng)對其上覆煤層采空區(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，安全水頭值計算如下：P底二TsM底=0.06x（l—3.5）=（0.06—0.21）Mpa式中：Ts—臨界突水系數(shù)（MPa/m），取0.06MPa/m;P—安全水壓（MPa）;M—隔水層厚度，1?3.5m；經(jīng)計算采取底板疏水降壓后必須達(dá)到的安全水頭值為0.06MPa。4） 疏水降壓地點礦井在采掘活動之前建議加強(qiáng)物探、化探、鉆探工作，查清地下水分布、賦存情況。對賦存灰?guī)r溶洞水且可能造成礦井突水危險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，應(yīng)采取探放水措施進(jìn)行超前探水，若探測范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有灰?guī)r溶洞水時，則實施放水鉆孔進(jìn)行疏放，使水壓降至安全水壓以下，方可進(jìn)行采掘活動。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。鉆孔重點布置區(qū)域為：（1）回采工作面回風(fēng)巷、運輸巷、回采工作面的開切眼、停采線以及回采工作面中部；（2） 直接揭露或盡量靠近導(dǎo)水?dāng)鄬?、裂隙帶和陷落柱；?） 采動影響范圍內(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-150B探水鉆4臺，三臺使用，一臺備用。8）施工疏水降壓鉆孔時應(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，巷道有掛汗、掛紅、空氣變冷、出現(xiàn)霧氣，底板鼓起或產(chǎn)生裂隙出現(xiàn)滲水、水色發(fā)渾、有臭味等突水征兆，必須停