2保護煤柱的設(shè)計

第二章保護煤柱留設(shè)第一節(jié)保護煤柱留設(shè)基礎(chǔ)知識地下采煤引起巖層與地表產(chǎn)生沉陷、移動和變形，導(dǎo)致位于其影響范圍內(nèi)的井筒、巷道、地面建筑物和構(gòu)筑物、地表水系及地下含水層等遭受不同程度的破壞。為了保護有些重要的建筑物、水體等，使其免遭采動損害的影響，有時需要在井下留設(shè)保護煤柱。保護煤柱：指專門留在井下不予采出的、旨在保護其上方巖層內(nèi)部和地表的各種保護對象不受開采影響的那部分煤炭。受保護對象包括：井筒、井下主要巷道和硐室、地面各類建（構(gòu)）筑物、鐵路、水體等。留設(shè)保護煤柱的優(yōu)點是能有效保護地表建（構(gòu)）筑物，其缺點是：（1）浪費煤炭資源，縮短礦井服務(wù)年限；（2）使采掘工作復(fù)雜化，增大掘進工作量，造成采掘關(guān)系緊張。下列情況下需要留設(shè)臨時性的或永久性的保護煤柱：（1）礦井工業(yè)場地及風井井口附近的建筑物、構(gòu)筑物和其他重要設(shè)施；（2）國務(wù)院明令保護的文物、紀念性建筑物和構(gòu)筑物；（3）采用不搬遷進行采煤在技術(shù)上不可行，而搬遷又無法實現(xiàn)或在經(jīng)濟上嚴重不合理的建筑物和構(gòu)筑物；（4）煤層開采后，地表可能產(chǎn)生抽冒、切冒等形式的塌陷漏斗坑和突然陷落，對地基及上部建筑造成嚴重破壞的重要建筑物和構(gòu)筑物；（5）所在地表下方潛水位較高，采后地表下沉將導(dǎo)致建筑物及其附近地面積水，而又不可自動排泄或采用人工排泄方法經(jīng)濟上不合理的建筑物或構(gòu)筑物；（6）對國民經(jīng)濟和人民生活有重大意義的、用其他保護方法不能確保安全的河（湖、海、水庫）堤壩、船閘、泄洪閘、泄水隧道和水電站等大型水工建筑工程。一、保護煤柱留設(shè)原理保護煤柱留設(shè)原理是在保護對象的下方留出一部分煤炭不開采，使其周圍的煤炭的開采對保護對象不產(chǎn)生有危險性的移動和變形。<a> （ft） te）保護煤柱留設(shè)原理a-T I一I'制武加c-[-1一座就首邊界，s-醫(yī)護帶i白一史護而稅位界.4一所密咬的愜界媒柱邊界圖2-1保護煤柱留設(shè)原理圖如圖2-1：設(shè)煤層上方的地面有一建筑物，其受護面積為a0b0c0d0,為保護建筑物不受開采的有害影響，需要留設(shè)保護煤柱。確定煤柱大小的方法具體如下：首先，通過建筑物中心作沿煤層走向和傾向的剖面圖，如圖所示。在傾向剖面上，從受護邊界點分別向煤層下山方向作上山移動角Y、向煤層上山方向作下山移動角P，交煤層于c、d兩點；在走向剖面上，從受護邊界點分別向兩側(cè)煤層作走向移動角§，交煤層于a、b兩點；則a、b、c、d確定的煤柱范圍就是保護煤柱的范圍；將其投影到水平面上，就可在平面圖上確定出建筑物保護煤柱的范圍。該煤層在保護煤柱邊界abcd以外的開采，不會引起受護建筑物的地表產(chǎn)生臨界變形值以上的移動、變形，僅可能產(chǎn)生小于臨界變形值的微量移動和變形。注意：（1）在傾向剖面上，向煤層下山方向采用上山移動角；向煤層上山方向采用下山移動角。（2）在走向剖面上，采用走向移動角，深度越大、煤柱范圍越大；深度越小、煤柱范圍越小。二、圍護帶留設(shè)煤柱時，為確保被保護對象的安全，還需要保護受護對象周圍一定范圍內(nèi)的巖體或地表，這部分需附加保護的巖體或地表及其范圍稱為“圍護帶”。留設(shè)圍護帶的目的是：（一）抵消在留設(shè)煤柱時所用的移動角等參數(shù)的誤差引起的煤柱尺寸的不足，移動角誤差一般為2?5°；（二）抵消由于地質(zhì)采礦條件和井上下位置對照關(guān)系不準確而造成的保護煤柱尺寸和位置的誤差。

圍護帶的寬度根據(jù)保護對象的保護等級確定，按受保護建（構(gòu)）筑物的重要性、用途以及受開采影響引起的不同后果，將礦區(qū)范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物保護等級分為四級，礦區(qū)建（構(gòu)）筑物的保護等級及圍護帶寬度列于表2-1中。表2-1礦區(qū)建（構(gòu)）筑物的保護等級及圍護帶寬度保護等級重要建筑物和構(gòu)筑物圍護帶寬度（m）I國務(wù)院明令保護的文物和紀念性建筑物；一等火車站，發(fā)電廠主廠房，在同一跨度內(nèi)有兩臺重型橋式吊車的大型廠房，平爐，水泥廠回轉(zhuǎn)窯，大型選煤廠主廠房等特別重要或特別敏感的、采動后可能導(dǎo)致發(fā)生重大生產(chǎn)和傷亡事故的建（構(gòu)）筑物；鑄鐵瓦斯管道干線，大、中型礦井主要通風機房，瓦斯抽放站，高速公路，機場跑道，高層住宅樓等20II高爐，焦化爐，22萬伏以上超高壓輸電線桿塔，礦區(qū)總變電所，立交橋；鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房，設(shè)有橋式吊車的工業(yè)廠房，鐵路煤倉、總機修廠等較重要的大型工業(yè)建（構(gòu)）筑物；辦公樓，醫(yī)院，劇院，學校，百貨大樓，二級火車站，長度大于20m的二層樓房和三層以上多層住宅樓；輸水管干線和鑄鐵瓦斯管支線；架空索道，電視塔及其轉(zhuǎn)播塔，一級公路等15III無吊車設(shè)備的磚木結(jié)構(gòu)廠房，三、四級火車站，磚木、轉(zhuǎn)混結(jié)構(gòu)平房或變形縫區(qū)段小于20m的兩層樓房，村莊磚瓦民房；高壓輸電線鐵塔、鋼瓦斯管道等10IV農(nóng)村木結(jié)構(gòu)承重房屋，簡易倉庫等5注：凡未列入表中的建（構(gòu)）筑物，可依據(jù)其重要性、用途等類比其等級歸屬。對于不易確定者，可組織專門論證，并報省、直轄市、自治區(qū)煤炭主管部門審定。三、保護煤柱留設(shè)使用的參數(shù)（一）移動角在充分采動或接近充分采動的條件下，地表移動盆地主斷面上三個臨界變形中最外邊的一個臨界變形值點至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為移動角。當有松散層存在時，應(yīng)從最外邊的臨界變形值點用松散層移動角劃線和基巖與松散層交接面相交，此交點至采空區(qū)邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角稱為移動角。按不同斷面，邊界角可分為走向移動角、下山移動角、上山移動角。在有實測資料的礦區(qū)，移動角選取本礦區(qū)實測值；在沒有實測資料的礦區(qū)，可參照表2-2進行選取。表2-2按覆巖性質(zhì)區(qū)分的地表移動一般參數(shù)表（a<50°）覆巖類型移動角（°）松散層移動角（°）5YP45°堅硬75°?80°75°?80°5-（0.7?0.8a）中硬70°?75°70°?75°5-（0.6?0.7a）軟弱60°?70°60°?70°5-（0.3?0.5a）（二）斜交剖面移動角

圖2-2與走向斜交的垂直剖面圖圖2-2與走向斜交的垂直剖面圖1－建筑物邊界；2－受護面積邊界；3－松散層保護邊界如圖所示，假設(shè)有一條鐵路線與煤層走向斜交，受護面積邊界與煤層走向所夾銳角為0；沿I—I線作鐵路線的垂直剖面，此時所作的斷面與煤層走向斜交，該斜交剖面上的煤層傾角為偽傾角a'，可以用以下公式計算：TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"tana'=tana-cos0 (2-1)式中：a—煤層傾角；0—斜交剖面與煤層傾向所夾的銳角。斜交剖面上的移動角P'和『可以采用以下公式計算：cotp'=,，'cot2pcos20+cot28sin20 (2-2)cot丫'=%：cot2丫cos20+cot28sin20 (2-3)式中：p、Y、8為下山、上山、走向移動角。1、偽傾角a'計算公式的推導(dǎo)公式tana'=tana-cos0的推導(dǎo)情況如下：在圖2-3中，設(shè)aA為受護面積邊界線，它與煤層走向夾角為0；a'為與煤層走向斜交的剖面線；ac為與煤層走向垂直的剖面線；h為兩條煤層等高線的高差。在直角三角形acb中：h(2-4)(2-5)tana=—,即h=L(2-4)(2-5)L在直角三角形ac'b’中:htana=—-,即h=Ltana（2-6）由于式（2-4）=式（2-5）,故有Ltana=L（2-6）在直角三角形cc在直角三角形cc'a中：L=L'cos。（2-7）把式（2-7）帶入式（2-6）得：L'tana'=L'cos0-tana故可以得出：tana'=tana-cos0圖2-3圖2-3a'與a之間關(guān)系圖1－煤層走向；2－受護面積邊界、斜交剖面移動角P'和Y'計算公式的推導(dǎo)公式cotP'=qcot2Pcos20+cot28sin20的推導(dǎo)情況如下。設(shè)有一單元面積As（圖2-4）,其開采后在走向方向、下山方向和上山方向的采動影響范圍可用移動角8、P、Y確定。假設(shè)單元面積的開采對地表的影響范圍為一個橢圓；這個橢圓由兩個半橢圓組成（圖2-5）,上山方向半橢圓的半軸分別為：c=Hcoty,b=Hcot8下山方向半橢圓的半軸分別為：a=HcotP,b=Hcot8式中：H—單元的開采深度。

圖2-4單元開采影響（a一沿走向剖面；b—沿傾向剖面）圖2-5斜交剖面移動角求法圖2-5表示單元面積被開采后，地表出現(xiàn)的影響橢圓。設(shè)％軸為煤層傾斜方向，y軸為走向方向。假設(shè)保護邊界KL位于開采單元的偽下山方向，并且切影響橢圓于M點，M坐標為（%1,y1）,這就是從保護邊界向偽上山方向劃保護煤柱的情況。保護煤柱邊界線KL與煤層走向的夾角為0。保護邊界至開采單元的水平垂距為P。從保護邊界向偽上山方向確定煤柱范圍采用的偽下山移動角P'可按下面方法導(dǎo)出。已知影響橢圓下山方向半橢圓的半軸分別為：a=HcotP,b=Hcot6同時:P=HcotP%2y2橢圓方程式為： +：=1a2b2dy b2x微分上式，得橢圓上任一點的斜率為：一二———dx a2y則在切點M(x1,y1)處的斜率為一b2x則在切點M(x1,y1)處的斜率為一b2x——,a2y所以直線KL的方程式為b2x(y—y)=———11a2y化簡上式得：匕X+4y=1a2 b2從圖2-5中可以看出，與橢圓相切的直線方程可以用以下公式表示：xcos。+ysin9=Pxy即：一cos9+—sin9=1PP對比公式(2-9)和(2-10)可得(2-8)(2-9)(2-10)xco9s= a2P及白=

b2sin9

~P~x2y2而切點M(xi，yJ的坐標應(yīng)滿足橢圓方程式：+十二1a2cos9Py1b2sin9P~代入上式得：因為a因為a=HcotP，b=Hcot6，P=HcotP(2-11)(2-12)(2-13)(2-14)a2cos29 b2sin29 + =1P2 P2即：a2cos29+b2sin29=P2所以：cot2P'=cot2Pcos29+cot26cos29即： cotP'=.coot2pco2s9+cot26sin9cot丫'=coot2丫cos29+cot26sin29的推導(dǎo)與上述類似。第二節(jié)保護煤柱留設(shè)方法常用的保護煤柱留設(shè)方法有：垂直剖面法和垂線法。一、垂直剖面法垂直剖面法是一種圖解方法，首先沿煤層走向和傾向作垂直剖面，在斷面圖上確定保護煤柱寬度，最后投影到平面圖上獲得保護煤柱邊界。其設(shè)計步驟如下：（一）確定受護面積邊界1、如果建筑物邊界和煤層走向、傾向平行時，在平面圖上直接沿煤層走向、傾向留一定寬度的圍護帶，得受護面積邊界（圖2-6a）；2、如果建筑物邊界和煤層走向斜交時，通過建筑物四個角點，分別作與煤層走向或傾向平行的直線，再留圍護帶，得受護面積邊界（圖2-6b）；3、如果地面有許多建筑物時，通過建筑群的最外角點，分別作和煤層走向或傾向平行的直線，再留圍護帶，得受護面積邊界（圖2-6c）。垂直剖面法確定受護面積邊界時，一般應(yīng)和煤層走向、傾向平行。圖2-6垂直剖面法受護邊界的確定1－建筑物邊界；2－圍護帶（二）確定保護煤柱邊界在受護面積邊界與煤層走向平行或垂直時所作的垂直剖面上，首先在松散層內(nèi)用中畫線交于基巖面，再在基巖內(nèi)用P、Y、3畫線交于煤層，即可得出保護煤柱邊界。下面介紹一個垂直剖面法留設(shè)保護煤柱的例題。［例2-1］如圖2-7,要設(shè)計一個重要建筑物的保護煤柱，保護級別為H級，保護面積的平面形狀為矩形，面積為100x200m2,長軸與煤層走向斜交成60度角。煤層傾角a=30。，煤層在保護范圍中央處的埋藏深度H=250m。地面標高為零，松散層厚度h=40m,煤層厚度M=2.0m,該地區(qū)的移動角為：P=55。、3=丫=73。、9=45。。試用垂直剖面法留設(shè)該建筑物的保護煤柱。圖2-7用垂直剖面法設(shè)計保護煤柱方法和步驟如下：1、確定受護邊界。通過建筑群的角點作平行于煤層走向和平行于煤層傾向的四條直線，兩兩相交得一矩形保護范圍。查表2-1得圍護帶寬度為15m,從矩形保護范圍邊界向外圈出一圍護帶s=15m,其外緣abcd即為受護邊界。2、過保護范圍abcd的中心O,作沿煤層走向和傾向的垂直剖面I—I、II—II。3、在傾向垂直剖面上標出地表線，受護邊界的位置（m、n）、松散層和煤層等，并標注出煤層的傾角a=30。，煤層的厚度M=2.0m,煤層的埋藏深度H=250m。4、在受護邊界點m、n,作松散層移動角①二45。，與基巖面相交于mi、\。再從mi、\點分別作基巖移動角丫二73。、0=55。，與煤層底板相交于m.、n點，點n、m、分別為22 22煤層傾向剖面上保護煤柱的上下邊界。將m。、川投影到平面圖上，即得點M、N。225、將平面圖上I—I線與受護邊界的交點q、k,投影到走向剖面圖I—I上，得q、k點。從q、k點以①二45。作直線，與基巖面相交于q1、k1。再從q1、k1點以基巖移動角5作斜線。6、將II—II剖面上的7、m2點分別水平投影到J【剖面圖上,與「1剖面上從q、左點以S作出的斜線相交，得q、k和q、k。q、k為煤柱上邊界線在I—I剖面上11 22 33 22的投影，q、k為煤住下邊界線在I—I剖面上的投影。337、將q2、k2和q3、k3分別投影到平面圖上，得B、C、D、A,依次連接A、B、C、D各點，該梯形即為所求保護煤柱的平面圖。8、計算因留設(shè)保護煤柱而呆滯的煤量Q,即AQ=pM-他⑸cosa （2-15）式中：A為平面圖上保護煤柱的面積，p為煤的質(zhì)量密度。在煤礦生產(chǎn)實踐中，保護煤住的邊界線均用紅線表示。二、垂線法垂線法是一種圖解和計算相結(jié)合的方法。采用垂線法留設(shè)保護煤柱步驟如下：（一）確定受護面積邊界首先在平面圖上直接作平行于受護對象邊界的直線、四邊形或多邊形，再在其外圍畫出圍護帶，得受護面積邊界。垂線法確定的受護面積邊界不需要與煤層走向或傾向平行（圖2-8）。圖2-8垂線法的受護面積邊界確定方法1－建筑物邊界；2－圍護帶（二）確定松散層保護邊界從受護面積邊界向外量一段距離s,得松散層保護邊界（圖2-2）。s計算公式如下：s=h?cot① （2-16）式中：s—松散層保護邊界寬度，m；h—松散層厚度，m；中一松散層移動角。

（三）確定保護煤柱邊界垂線法留設(shè)保護煤柱時，在松散層保護邊界各角點分別作保護邊界的垂線，垂線指向上山方向時、取長度q，垂線指向下山方向時、取長度l，計算公式如下:(2-17)(2-18)(H—h)-cotp'q= —(2-17)(2-18)1+cotP'-tana.cos07 (H—h)-coty'l- 八1-coty'-tana-cos0式中H—計算點處煤層的埋藏深度，可從煤層底板等高線圖上量得;h—表土層的厚度，m；0——各受護邊界與煤層走向所夾的銳角，a——煤層的傾角，°；P,、y'——斜交剖面上的斜交移動角，垂線長度q、l計算公式的推導(dǎo)如下。圖2-9圖2-9垂線長度q、l的求法圖2-9為一通過地表點a并與建筑物保護邊界相垂直的斷面圖。保護邊界線與煤層走向相交成0角。這個斷面與煤層走向相交90。+0。圖中的H為點a的埋藏深度，a,為煤層的偽傾角，它與煤層傾角的關(guān)系為：tana,-tana-cos0 （2-19）從圖中可以看出下列關(guān)系：在AaD'B中：在AaAD中：在AAOD和ABOD，中：,hhtana=—二1Iq將次a，代入上面兩式，得tanP'=--tana'； taiy'=一+1ai?c'q I(2-20)從而Hcotp' Hcotp'q= 二 l+cotP'-^got'1+cotP'-tanoc-cos0(2-21)H-coty' _ H-c(?ty'l-coty'-tanob'l-coty'-t?noc-cos0(2-22)當有松散層/i覆蓋時，上式應(yīng)為(H-h)cotp'(H-h)coty'1+cotPtana-cos0'l-c(?ty'-ttzwoc-cos0(2-23)F面舉例說明垂線法留設(shè)保護煤柱的過程。［例2-2］例2-1中建筑物的保護煤柱也可用垂線法來留設(shè)，其方法和步驟如下:1、確定受護邊界。在平面圖（圖2-10）上先確定需要保護的范圍，然后加圍護帶s=15m,得受護邊界1234o圖2-10用垂線法設(shè)計保護煤柱2、在受護邊界各點1、2、3、4處，向外按寬度p=hcot①二40?cot45。=40m劃出矩形1'2’3‘4’’即得表土層與基巖接觸面上的受護邊界。3、從1‘、2’、3‘、4’各點分別作線段1'2’和1’4‘、2’1‘和2’3‘、3’2‘和3’4‘、4’3‘和4’1’的垂線，垂線的長度q（上山垂線長）、l（下山垂線長）通過計算獲得，其具體的值列于表2-3中。表2-3垂線長q、l的計算表角點號1’2’3’4’H350290145205H—h310250105165垂線1’-51’-62’-72’-83’-93‘-104’-114’-1296030306060303060q99416079l10411290554、在各垂線上按比例截取其垂線長得點5、6、7、8、9、10、11、12，依次連接各點并相交于i、n、m、w。四邊形inmw即為用垂線法留設(shè)的保護煤柱。5、計算因留設(shè)保護煤柱而呆滯的煤量。三、保護煤柱留設(shè)的其它方法除上述方法外，保護煤柱留設(shè)的方法還有：數(shù)字標高投影法、臨界面標高投影法、臨界變形值法和預(yù)計方法等。數(shù)字標高投影法是根據(jù)地表移動角參數(shù)，采用標高投影的方法，繪制出各受護邊界保護煤柱各側(cè)平面的等高線，它與煤層底板等高線的交線，即為保護煤柱的邊界。數(shù)字標高投影法對于煤層產(chǎn)狀不規(guī)則及存在斷層時比較方便，一般用于圈定延伸形建筑物或基巖面標高變化比較大時的保護煤柱。保護煤柱設(shè)計的垂直剖面法、垂線法和數(shù)字標高投影法，都是僅僅利用主斷面上或少數(shù)幾個斜交剖面上的移動角，致使在建筑物的角點處留下了過多的呆滯煤量。隨著礦體傾角的增大，角點處的多余煤柱急劇增大，甚至使保護煤柱的留設(shè)出現(xiàn)困難，此時可采用臨界面標高投影法來設(shè)計保護煤柱。此外，也可直接利用開采沉陷預(yù)計方法來設(shè)計保護煤柱。通過不斷改變工作面的大小和位置，反復(fù)試算，直至受護建筑物處地表的變形值都小于臨界變形值為止。此時的最小煤柱（開采范圍最大），即為受護建筑物的保護煤柱。第三節(jié)特殊類型煤柱的留設(shè)方法一、立井與工業(yè)場地保護煤柱的留設(shè)圈定立井保護煤柱時，地面受護面積應(yīng)包括井架（井塔）、提升機房和圍護帶。圍護帶寬度為20m。立井按其深度、用途、煤層賦存條件及地形特點可分為5類，其保護煤柱一般用垂直剖面法圈定。各類立井的保護煤柱留設(shè)方法如下：（一）第一類：深度大于和等于400m的主副井保護煤柱用邊界角圈定，如圖2-11所示。當立井包括工業(yè)場地在內(nèi)時，以工業(yè)場地受護面積和移動角圈定其保護煤柱。如立井煤柱大于工業(yè)場地煤柱時，應(yīng)取立井煤柱為最終煤柱邊界。圖2-11立井保護煤柱（二）第二類：深度小于400m的主副井及各類風井、注砂井保護煤柱以移動角圈定。（三）第三類：穿過急傾斜煤層的立井在煤層傾向剖面上以下盤移動角入圈定保護煤柱的下山方向邊界，在煤層走向剖面上，以走向移動角8圈定保護煤柱的邊界。［例2-3］急傾斜煤層群立井保護煤柱留設(shè)實例某礦開采急傾斜煤層群（有三層煤），煤層傾角70°，煤層厚度及間距如圖2-12所示，立井井筒位于煤層底板方向。地表移動參數(shù)為：b=78。,X=55。4=45°。試用垂直剖面法圈定保護煤柱。步驟如下：1、確定地面受護面積。在圖2-12平面圖上，過工業(yè)場地角點作平行煤層走向或傾向的直線得四邊形1234.在四邊形外圍加圍護帶，寬度取20m,得地面受護面積邊界1’2’3‘4’。2、通過井筒中心作沿煤層傾向方向的剖面A—B及走向方向的剖面C—D。3、將平面圖上受護面積邊界投影到A—B剖面上，得M、N點。過M點以中=45°作直線，交于基巖面上得m點。由m點以九二55°作直線，該直線與M］、M?煤層交于T、S點，此兩點分別為兩個煤層的開采下限。A—B剖面上mST直線及礦井設(shè)計深度以內(nèi)所有煤層均為A—B剖面的保護煤柱。然后將其轉(zhuǎn)繪至平面圖上。4、將平面圖上受護面積邊界投影到C—D剖面上，得P、Q點。由P、Q兩點以①=45°作直線交基巖面于P、q點。由P、q兩點以3=78°作直線；兩直線與設(shè)計深度所圈定的煤層為走向剖面C—D上保護煤柱的垂直投影圖。轉(zhuǎn)繪至平面圖上。在平面圖上\T265為M1煤層保護煤柱邊界，SjS287為M2煤層保護煤柱邊界，pq109為M3煤層保護煤柱邊界。圖2-12急傾斜煤層群立井保護煤柱留設(shè)方法圖（四）第四類：穿過有滑移危險的軟弱巖層、軟煤層及高角度斷層（斷層面延至基巖面）的立井此時，除按前三類規(guī)定留設(shè)保護煤柱外，還應(yīng)加設(shè)防滑煤柱（如圖2-13）。圖2-13立井防滑煤柱留設(shè)方法立井防滑煤柱的下邊界應(yīng)根據(jù)煤層埋藏條件按下式確定：HB=HS4n+H上 （2-24）式中：Hb一開采數(shù)個煤層時應(yīng)留設(shè)防滑煤柱的深度，m；n—開采煤層層數(shù)，層；H上一按一般方法圈定保護煤柱的上邊界垂深，m；HS一開采單一煤層時發(fā)生滑移的臨界深度（從保護煤柱的上邊界算起），可按表2-4選?。ū碇衋為煤層傾角，h為松散層厚度），或參照本礦區(qū)經(jīng)驗確定。表2-4HS值h(m)HS(m)a=15°a=25°a=35°a=45°a=55°a=60°<5306090110140155103070100130160180153580115145180200>2050115160200255285當立井穿過煤層群時，第一煤層的防滑煤柱按上述原則確定留設(shè)深度。其余各煤層防滑煤柱下邊界的圈定方法是：在傾向剖面上，過上層煤防滑煤柱的下邊界點，以Y角作直線，此直線與各煤層底板的交線即為各自的防滑煤柱下邊界。（五）第五類：地表為山地的立井為了防止山地發(fā)生滑坡引起井筒破壞，一般應(yīng)在井筒所在斜坡的上下坡兩側(cè)加大煤柱尺寸。在建筑物上坡方向，移動角應(yīng)減小15°?25°,或加大保護煤柱0.5?1.0r(r為主要影響半徑)；在建筑物下坡方向，移動角應(yīng)減小5°?10°,或加大保護煤柱0.2?0.5r。此外,除了以上5類情況外,對穿過斷層的立井的保護煤柱,如果立井所在處有落差大于20?30m的斷層時，可采用垂直剖面法圈定，并考慮沿斷層面滑移的可能性，根據(jù)具體條件,適當加大煤柱尺寸,使斷層上、下盤均包括在保護煤柱范圍之內(nèi)(圖2-14)。圖2-14立井煤柱內(nèi)有斷層時保護煤柱的留設(shè)方法1－無斷層時的煤柱線；2－有斷層時的煤柱線如圖2-15所示，在圈定煤層傾角為45°?65°的立井保護煤柱時，為了防止立井井筒受采動底板移動的影響，井筒至煤柱下邊界的距離L不應(yīng)小于下式計算出的長度：L=A3xHT (2-25)式中：A3—與煤層傾角有關(guān)的系數(shù)，可從表2-5選定；Ht一井筒穿過煤層底板處的垂深，m。表2-5系數(shù)A3值 煤層傾角a45。55。60。65°A30.250.400.550.70

圖,如受護面積較小，〃//圖,如受護面積較小，〃//，使風井受護面圈定工業(yè)場地保護煤柱時，圍護帶寬度應(yīng)為15m,工業(yè)場地保護煤柱用移動角圈定。二、斜井保護煤柱的留設(shè)（一）沿煤層底板斜井位于煤層底板的斜井（圖2-16）,應(yīng)根據(jù)斜井至煤層間的巖層性質(zhì)和法線距離以及煤層厚度,參照表2-6判定是否需要留設(shè)煤柱。當斜井至與其最近的開采煤層的法線距離大于或等于表中的數(shù)值時,斜井上方的煤層中可不留設(shè)保護煤柱；當小于表中的數(shù)值時,在斜井上方的煤層中應(yīng)留設(shè)保護煤柱。圖2-16圖2-16煤層底板斜井剖面圖1-斜井井筒；2-煤層表2-6斜井上方煤層中留設(shè)保護煤柱的臨界法線距離h巖性巖石名稱臨界法線距離h薄及中厚煤層厚煤層堅硬石英砂巖、礫巖、石灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖(6?10)M(6?8)M中硬砂巖、砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r、頁巖(10?15)M(8?10)M軟弱泥巖、鋁土頁巖、鋁土巖、泥質(zhì)砂巖(15?25)M(10?15)M注：表中M為斜井上方煤層的厚度。斜井保護煤柱一側(cè)的寬度S1，可按下式計算（圖2-17）：Si=、Si=、H(2.5+0.6M): f（m）(2-26)式中：H—斜井的最大垂深，m；M—煤層的厚度，m；f—煤的強度系數(shù)，f=0.ivioRcRc—煤的單向抗壓強度，Mpa。圖2-17圖2-17斜井煤柱留設(shè)方法（二）煤層斜井斜井所在煤層及斜井下方煤層均需留設(shè)保護煤柱。當斜井在單一煤層或煤層群的最上一層煤中時，斜井護巷煤柱寬度可按上述方法計算。對斜井下方的煤層，應(yīng)從斜井所在煤層中的護巷煤柱邊界起，用基巖移動角5圈定下煤層的斜井保護煤柱，見圖2-18。圖2-18圖2-18斜井下方保護煤柱留設(shè)方法（三）穿層斜井穿層斜井煤柱留設(shè)方法為先對工業(yè)場地、斜井井筒、井底車場分別留設(shè)煤柱，然后合并。先確定受護面積邊界，取工業(yè)場地維護帶寬度為15m,主要井巷上面和兩側(cè)護巷巖（煤）柱寬度為20m。然后在平面圖上用虛線標出斜井井筒、井底車場的護巷煤柱。［例2-4］平行于傾斜煤層的斜井井筒保護煤柱留設(shè)實例AB為斜井井筒，打在上層煤中，至下層煤垂距為80m,傾角為30°,斜長280m。地質(zhì)埋藏條件為：斜井下方煤層層厚M=2m,松散層厚度為20m。地表移動參數(shù)為：§=Y=75。,P=75?！?.8a=51。,①=45°。試用垂直剖面法在下方煤層中留設(shè)斜井保護煤柱。步驟如下：1、確定受護面積邊界。根據(jù)題意，斜井開拓在上煤層中，在斜井兩側(cè)各留20m煤柱；在走向剖面圖上得。、D點；同時在井筒上下亦留20m煤柱，得&、紇點。2、為保護井口AA］段，在傾斜剖面圖上A、A一點，在松散層內(nèi)以中=45。作直線，在基巖內(nèi)以丫=75°,P=51。畫出保護線，與煤層相交于1（2），和3（4）點；在走向剖面圖上，從。、D兩點作中=45°角，在基巖內(nèi)作3=75°，畫出保護線，與煤層相交于1,2,3,4點。轉(zhuǎn)繪至平面圖上，得井口段AA1保護煤柱邊界1234。3、為保護井筒AB，在斜井剖面圖上，自B1點處按Y=75°畫保護線，與煤層相交于5（6）點；在走向剖面圖上，自E、F點按8角畫保護線與煤層相交于5、6點，轉(zhuǎn)繪至平面圖上。4、連結(jié)1244’653'31點，即為平面圖上保護煤柱邊界。傾斜剖面圖定向剖面圖圖傾斜剖面圖定向剖面圖圖2-19斜井保護煤柱留設(shè)三、鐵路保護煤柱的留設(shè)鐵路的保護等級分為四級（表2-7）。表2-7鐵路保護等級保護等級鐵路等級I國家一級鐵路II國家二級鐵路III國家三級鐵路IV工礦企業(yè)鐵路專用線（一級、二級、三級）注：對工礦企業(yè)（如特大型礦井）專用鐵路的一級線路中年通過量、行車密度、速度及客運等指標達到國家三級鐵路標準的可劃分為III保護等級。在下列情況下，需留設(shè)鐵路保護煤柱：（一）國家一級鐵路。（二）國家二級鐵路。（三）國家三級鐵路：薄及中厚煤層的采深與單層采厚比小于60；厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比小于80。（四）工礦企業(yè)專用鐵路：薄及中厚煤層的采深與單層采厚比小于40；厚煤層及煤層群的采深與分層采厚比小于60。（五）鐵路隧道。（六）全長大于20m的鐵路橋。（七）一級、二級鐵路線上的一、二等鐵路車站。（八）目前條件下采用改道或不留設(shè)煤柱方法處理在技術(shù)上不可能或經(jīng)濟上不合理的鐵路線路或其他建（構(gòu)）筑物；（九）有嚴重滑坡危險而又難以處理的鐵路線路。鐵路受護面積的圈定：鐵路路堤以兩側(cè)路堤坡腳外1m為界，路塹以兩側(cè)頂邊緣為界。在兩側(cè)界線以內(nèi)的范圍為受護對象；在兩側(cè)界線外留出的維護帶寬度為：國家一級鐵路，20米；國家二級鐵路，15米；國家三級鐵路，10米；工業(yè)企業(yè)專用鐵路，5米。鐵路保護煤柱的留設(shè)方法比較簡單：1、首先確定受護面積邊界：在平面圖上沿著線路圈出受護對象范圍，再留出圍護帶，得到受護面積邊界；2、然后根據(jù)鐵路線形狀間隔選擇適當剖面，采用斜交剖面移動角Y'、P'確定各個剖面上的煤柱范圍（有松散層時先用松散層移動角中畫線至基巖面）；3、最后將各個剖面上的煤柱邊界投影到平面圖上，相連后即得到鐵路保護煤柱邊界。［例2-5］：鐵路保護煤柱設(shè)計實例某礦區(qū)有國家一級鐵路線通過。鐵路下方的煤層埋藏深度為120?310m，厚度M=2m，傾角a=15°。煤系巖層為中等硬度，以砂巖、砂質(zhì)頁巖互層為主。鐵路線路位置及煤層底板等高線見詳圖2-20。本區(qū)松散層厚度h=20m,為正常濕度的砂質(zhì)粘土，地面平均標高為+70m。用垂直剖面法設(shè)計鐵路保護煤柱。其具體步驟如下：1、受護面積的確定。在平面圖上對路堤部分以路堤坡腳外1m為受護邊界，由此得到abcd