防隔水煤柱留設(shè)設(shè)計方案

晴隆縣中營鎮(zhèn)仁禾煤業(yè)有限責(zé)任公司防隔水煤柱留設(shè)設(shè)計方案仁禾煤礦地測科2015年4月5日防隔水煤柱留設(shè)設(shè)計方案一、礦井概況晴隆縣中營鎮(zhèn)仁禾煤礦為“三證一照”齊全的生產(chǎn)礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力30萬噸／a，為瓦斯礦井（M04在+1110M水平以上無突出危險性）。井田面積1.357km2,開采煤層11層（M04、M05、M7、M8、M10、M14、M23、M24、M25、M28、M29），平硐、暗斜井開拓，并列式通風(fēng)。礦井劃分為上、下煤組進行開采，上煤組為4、5、7、8、10、14號煤層，下煤組為23、24、25、28、29號煤層。先采上煤組，后采下煤組。上、下煤組之間采用石門聯(lián)絡(luò)，各煤層之間采用正、反石門聯(lián)絡(luò)，聯(lián)合布置，分煤層開采。上煤組劃分為一個水平，兩個采區(qū)進行開采。水平標高+1099m。+1099m標高以上為一采區(qū)，+1099m標高以下為二采區(qū)；下煤組劃分為兩個水平，三個采區(qū)進行開采。水平標高+1099m、+883m。下煤組+1099m標高以上為三采區(qū)，+1099-＋883m標高為四采區(qū)，+883m標高以下為五采區(qū)；采區(qū)分界線以水平標高為界；開采順序為先采上煤組，后采下煤組；上煤組先采一采區(qū)，后采二采區(qū)，區(qū)段下行式開采。同一區(qū)段內(nèi)先采4號煤層，后采5、7、8、10、14號煤層。晴隆縣中營鎮(zhèn)仁禾煤礦構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等型。晴隆縣中營鎮(zhèn)仁禾煤礦水文地質(zhì)條件為中等型。根據(jù)2011年～2013年《礦井瓦斯等級鑒定報告》的批復(fù)，晴隆縣中營鎮(zhèn)仁禾煤礦為瓦斯礦井。礦區(qū)無沖擊地壓現(xiàn)象。本礦屬地溫正常型礦井。目前，礦井在設(shè)計的一采區(qū)進行采掘作業(yè)（煤層編號：M04），采掘標高均以+1110ｍ以上。二、設(shè)計依據(jù)1、《礦井設(shè)計規(guī)范》2、《煤礦地質(zhì)規(guī)程》、《煤礦測量規(guī)程》、《煤礦防治水規(guī)定》。3、《煤礦安全規(guī)程》。4、《仁禾煤礦水文地質(zhì)調(diào)查報告》。5、《仁禾煤礦安全設(shè)施設(shè)計》（變更）及礦井實際情況。三、防隔水煤柱設(shè)計方案在礦井可能受到水害威脅的地段留設(shè)一定寬度或高度的煤(巖)柱，用以堵截水源流入礦井巷道，這段煤(巖)柱稱之為防水煤(巖)柱。1.防水煤(巖)柱的種類根據(jù)防水煤(巖)柱所處的位置，可以分成不同的種類。對于本礦井而言主要有：（1）斷層防水煤柱；（2）井田邊界煤柱；（3）井巷保護煤柱；（4）小窯及采空區(qū)邊界防水煤柱；（5）風(fēng)氧化帶煤柱(在風(fēng)氧化帶以下存在采空區(qū)時則按采空區(qū)煤柱考慮)；（6）采區(qū)邊界防水煤柱；2.防水煤(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安全限度，以提高資源利用率。3)留設(shè)防水煤(巖)柱必須與當?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、開采強度、支護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)柱的的維護要特別嚴格，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。3.防水煤(巖)柱的留設(shè)計算、方法與結(jié)果1）斷層防水煤(巖)柱的留設(shè)斷層破壞了巖層的完整性，常常成為含水層間的聯(lián)系通道。斷層的某一區(qū)段是否導(dǎo)水，導(dǎo)水性強弱等情況取決于兩側(cè)巖層的接觸關(guān)系、含水層的水壓以及采礦活動對斷層的重復(fù)破壞作用。因此，在沒有掌握斷層各區(qū)段的導(dǎo)水性時，應(yīng)把整個斷層作為導(dǎo)水斷層對待。煤層直接和富含水層、導(dǎo)水斷層接觸，頂?shù)装鍩o突水可能，即煤柱主要是順層受壓時，常以下述計算公式計算煤柱寬度：L＝KM式中：L——順層防水煤柱寬度（m）；M——煤厚或采高；4、5、7、8、10、14、23、24、25、28、29號煤層平均厚度為1.69m、1.42m、1.78m、1.22m、1.32m、1.39m、1.73m、1.48m、1.98m、1.38m、1.4m；KP——煤的抗張強度（kgf/cm2），KP取9kgf/cm2；P——水頭壓力（kgf/cm2），P＝50kgf/cm2；K——安全系數(shù)，一般取2～5，本設(shè)計取3。則：L4＝3×1.69×＝20.7（m）L5＝3×1.42×＝17.4（m）L7＝3×1.78×＝21.8（m）L8＝3×1.22×＝14.9（m）L10＝3×1.32×＝16.2（m）L14＝3×1.39×＝17.0（m）L23＝3×1.73×＝21.2（m）L24＝3×1.48×＝18.1（m）L25＝3×1.98×＝24.2（m）L28＝3×1.38×＝16.9（m）L29＝3×1.4×＝17.1（m）根據(jù)本礦的實際情況，開采時斷層兩側(cè)煤層各留25m防水煤柱。2）煤層露頭防隔水煤（巖）柱該礦屬無覆蓋或粘土類微透水松散層覆蓋的煤層露頭，煤層露頭防隔水煤（巖）柱的留設(shè)，按以下公式計算：Ｈ防=Ｈ冒+Ｈ保根據(jù)上式計算的值，不得小于20m。式中冒高（H冒）的計算參照《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》的相關(guān)規(guī)定。式中：H防-----防隔水煤（巖）柱高度（m）；H冒-----采后冒落帶高度（m）；H保-----保護層厚度（m），一般為5—15m，取10m；α------煤層傾角（°）。M-----煤厚或采高，4、5、7、8、10、14、23、24、25、28、29號煤層平均厚度為1.69m、1.42m、1.78m、1.22m、1.32m、1.73m、1.38m、1.48m、1.98m、1.38m、1.4m；則：4煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=32.41+10=42.41（m）5煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=29.78+10=39.78（m）7煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=43.21（m）8煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=37.57（m）10煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=38.7（m）14煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=43.8（m）23煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=39.4（m）24煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=40.4（m）25煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=44.9（m）28煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=39.4（m）29煤層開采時：Ｈ防=Ｈ裂+Ｈ保=+10=39.6（m）3）井田邊界煤柱的留設(shè)井田邊界煤柱按下式計算：L=式中：L——井田邊界煤柱寬度(m)；M——煤層厚度或采高(m)，4、5、7、8、10、14、23、24、25、28、29號煤層平均厚度為1.69m、1.42m、1.78m、1.22m、1.32m、1.73m、1.38m、1.48m、1.98m、1.38m、1.4m；KP——煤層的抗張強度(kgf/cm2)KP取8kgf/cm2；P——水頭壓力(kgf/cm2)，P=50kgf/cm2；K——安全系數(shù)，一般取2-5，本次設(shè)計取3。L4＝3×1.69×＝21.95（m）L5＝3×1.42×＝18.4（m）L7＝3×1.78×＝23.1（m）L8＝3×1.22×＝15.8（m）L10＝3×1.32×＝17.1（m）L14＝3×1.39×＝18.1（m）L23＝3×1.73×＝22.5（m）L24＝3×1.48×＝19.2（m）L25＝3×1.98×＝25.7（m）L28＝3×1.38×＝17.9（m）L29＝3×1.4×＝18.2（m）根據(jù)上述計算，本井田邊界煤柱寬度兩側(cè)留設(shè)25m防水煤柱。4）采區(qū)邊界防水煤(巖)柱的留設(shè)本設(shè)計全礦井按5個采區(qū)設(shè)計，采區(qū)邊界煤柱按20m留設(shè)。5）斜巷防水煤(巖)柱的留設(shè)斜巷煤柱按下式計算：L=式中：L——斜巷防水煤柱寬度(m)；M——煤層厚度或采高(m)，4煤層1.69mKP——煤層的抗張強度(kgf/cm2)KP取8kgf/cm2；P——水頭壓力(kgf/cm2)，P=50kgf/cm2；K——安全系數(shù)，一般取2-5，本次設(shè)計取5。L＝3×1.69×＝21.95（m）根據(jù)上述計算，斜巷防水煤柱寬度留設(shè)25m防水煤柱。6）老空積水區(qū)(采空區(qū))防水煤(巖)柱的留設(shè)本礦老空積水區(qū)(采空區(qū))防水煤(巖)柱按下列3種情況留設(shè)。（1）在老窯積水區(qū)下掘進時，掘進巷道與采空區(qū)積水之間的最小距離不得小于巷道高度的10倍。（2）在老窯積水區(qū)下同一煤層中進行開采時。儲量核實報告未提供采空區(qū)位置，用下列公式計算防水煤柱：L=式中：L——采空區(qū)防水煤柱寬度(m)；M——煤層厚度或采高(m)，4煤層1.69mKP——煤層的抗張強度(kgf/cm2)KP，取8kgf/cm2；P——水頭壓力(kgf/cm2)，P=50kgf/cm2；A——安全系數(shù)，一般取1～2.5，本設(shè)計取2.5L4＝2.5×1.69×＝18.3（m）L5＝2.5×1.42×＝15.4（m）L7＝2.5×1.78×＝19.3（m）L8＝2.5×1.22×＝13.2（m）L10＝2.5×1.32×＝14.3（m）L14＝2.5×1.39×＝15.0（m）L23＝2.5×1.73×＝18.7（m）L24＝2.5×1.48×＝16.0（m）L25＝2.5×1.98×＝21.4（m）L28＝2.5×1.38×＝14.9（m）L29＝2.5×1.4×＝15.2（m）（3）在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下同一煤層中進行開采時，若水淹區(qū)或老窯積水區(qū)的界線已基本查明，隔水煤柱的尺寸按下式計算：H防＝H裂＋H保（計算值不得小于20m）式中：H裂――垂直煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度，m；H保――保護層厚度，m。根據(jù)上述計算，綜合考慮采空區(qū)留設(shè)25m防水煤柱。礦區(qū)內(nèi)上部煤層開采后，采空區(qū)有一定的積水，對下部煤層開采會造成一定的水患威脅。因此，礦井在下區(qū)段各煤層進行采掘作業(yè)前，必須采取探、疏、排、放等安全技術(shù)措施，待上部煤層采空區(qū)積水對下部各煤層開采沒有水害威脅時，方能進行下部煤層采掘工程的