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山西下合煤业有限公司村庄保护煤柱设计2017年9月25日第1页共12页村庄保护煤柱设计一、保护煤柱留设目的和任务保护煤柱是指专门留设在井下不予采出的、目的是保护其上方岩层内部和地表的上述保护对象不受开采影响的那部分煤体。留设保护煤柱是保护各类防水、上覆岩层和地面建筑、构筑物不受开采影响。为了煤矿能够安全生产建设避免因地下采矿引发的房屋裂缝、倒塌等威胁居民生命财产安全的地质灾害发生，我矿对所有煤矿井田内的所有村庄范围进行测绘、调查对村庄保护煤柱重新进行测量。二、依据规范1、国家安全监管总局2017年5月颁布的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》；2、井上下对照图；3、煤层底板等高线图；4、批准的初步设计和安全设施设计；5、批准的地质报告（内附补-1钻孔各种数据）；6、《煤矿安全规程》。三、地质条件根据山西同地源地质矿产技术有限公司2012年2月提交的《山西下合煤业有限公司补充勘探矿井地质报告》中，在补-1号钻孔采取的15号煤层的顶底板岩石样岩石物理、力学性质试验结果，叙述15号煤层顶底板力学性质如下：15号煤层：顶板以泥岩为主，厚度6.76-6.80m,平均6.79m，泥第2页共12页岩抗压强度在17.6～20.0MPa之间，平均18.7MPa，抗拉强度0.5～0.6MPa，平均0.6MPa，为较软岩，属易冒落的松软顶板；15号煤层底板以泥岩为主，厚度2.00-3.48m,平均2.74m，泥岩抗压强度22.0～24.0MPa，平均22.7MPa，抗拉强度0.6～0.8MPa，平均0.7MPa，属较软岩。15号煤层顶底板岩石物理、力学性质详见表。煤层位置岩性抗压强度（Mpa)抗拉强度(MPa)抗剪强度平均平均内摩擦角凝聚力系数（Mpa)15号顶泥岩17.6-20.018.70.5-0.60.630°37′3.115号底泥岩22.0-24.022.70.6-0.80.734°21′4.11、含煤性根据山西同地源地质矿产技术有限公司2012年2月提交的《山西下合煤业有限公司补充勘探矿井地质报告》，矿区主要含煤地层为上石炭统太原组和二叠系山西组。山西组地层平均厚度86.41m，含煤5层，自上而下依次为1、2上、2、3、3下号煤层，均为不可采煤层，煤层平均总厚1.42ｍ，含煤系数1.64％。太原组地层厚度平均100.64m，含煤9层，自上而下依次为6、7、8、9、11、12、13、14、15号煤层，其中15号煤层为稳定可采煤层，其它均为不可采煤层。煤层平均总厚5.61ｍ，含煤系数5.57％，可采煤层厚3.37ｍ，可采煤层含煤系数3.36％；煤系地层总厚187.05m，含煤总厚7.15m，含煤系数3.76%；可第3页共12页采煤层厚3.38m，可采含煤系数1.81%。2012年9月13日山西省国土资源厅发放的采矿许可证（证号为C1400002009111220046051）批准开采14、15号煤层，14号煤层为不可采煤层，现开采15号煤层。2、可采煤层矿区内共含1层可采煤层：15号煤层，现述如下：15号煤层：位于太原组下段下部，上距K2灰岩6.76-15.61m，平均9.14m。煤层厚度为3.11-3.80m，平均3.37m，矿区东部厚度大于4m，向北和西部厚度逐渐变小。煤层结构较简单，一般含夹矸1-2层，夹矸单层最大厚度0.35m。15号煤层矿区内埋深60-460m，矿区南部该煤层剥蚀，煤层露头由井巷控制，其余全部可采，可采指数Km=1.0，变异系数Y=11.09%，15号煤层为稳定的赋煤区可采煤层，煤层稳定程度为Ⅰ类（Ⅰd）。顶板为泥岩，底板为细砂岩和泥岩。四、开采技术条件1、瓦斯根据山西省煤炭工业厅晋煤瓦发【2011】1635号文“关于长治市山西沁源康伟南山煤业有限公司等两座矿井2011年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复”下合煤业开采15号煤层，矿井瓦斯相对涌出量0.84m3/t，绝对涌出量0.14m3/min；二氧化碳相对涌出量0.84m3/t，绝对涌出量0.14m3/min，属低瓦斯矿井。2、煤尘爆炸性根据山西公信安全技术有限公司2012年3月13日的检验报告，第4页共12页下合煤业15号煤层煤尘爆炸性试验结果为煤尘有爆炸性。在开采过程中，应做好防尘工作，杜绝事故发生。3、煤的自燃倾向性根据山西公信安全技术有限公司2012年3月13日的检验报告，下合煤业15号煤层煤样的自燃倾向性测试结果为：吸氧量为0.49cm3/g，煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，属自燃煤层。根据矿井地质报告山西省煤炭工业局综合测试中心2010年3月23日的鉴定报告：井下J2点15号煤层吸氧量为0.85cm3/g，自燃倾向性等级为Ⅰ级，属自燃煤层。在生产过程中应加强原煤的管理工作，谨防因煤层的自燃而引发的各类事故。4、地温、地压地质报告在补-1号钻孔进行了简易井温测量工作，见下表：补-1孔井温测量成果表测量深度（m）100200233井温（℃）15.216.717.4根据上述成果，平均地温梯度为1.8℃/100m，未发现地温异常，井下的一般温度为13℃～19℃，井田内属地温正常区。矿井在采掘过程中，均未发现地压异常。五、受护村庄概况（井田内各村庄情况）井田范围内有花豹拐村、下合村、东枣林村三个村庄，花豹拐村位于井田西北，下合村位于井田中部，东枣林村位于井田南部边缘。第5页共12页山西下合煤业90万吨/年建设项目采掘区域涉及村庄只有花豹拐村，所以下合村和东枣林村未设计村庄煤柱。一）煤柱计算参数1、移动角正确选取移动角是保护煤柱设计的关键。移动角是指在充分采动或接近充分采动条件下，主断层面上临界变形值的点和开采边界的连线与水平线在煤柱一侧所夹的角。砖石结构房屋的临界变形值为：倾斜i=±3mm/m，曲率k=＋0.2×10-3mm/m，水平变形ε=＋2mm/m。松散层及基岩厚度参照邻近钻孔的资料确定，松散层的移动角取45°，基岩移动角取72°，松散层平均厚度43m，基岩层平均厚度175m。2、维护带保护煤柱留设时，由于地质采矿条件的差异、移动角的误差、井上下位置关系的不准确等因素，使得所留设的保护煤柱的尺寸和位置出现偏差。因此，留设的保护煤柱应具备一定的备用尺寸。建筑物受护范围应当包括受护对象及其围护带。围护带宽度必须根据受护对象的保护等级确定，可以按下表规定的数值选用（建筑物保护煤柱留设与压煤开采第十三条）。保护等级特ⅠⅡⅢⅣ围护带宽度/m502015105根据国家有关规程，村庄房屋和一般公路属于Ⅱ级保护围护带宽度为15m。二）各村庄煤柱计算第6页共12页1、花豹拐村边界拐点坐标：点号坐标ＸＹＺ１点4067429384176021013２点406735838417596998３点406730538417805993４点4067444384177391009花豹拐村居民区分布范围，南北长137m，东西长266m，西北向东南倾斜，倾角约5°。1、花豹拐村确定的边界1、2、3、4四个拐点圈定该村受护面积边界，在外侧加围护带15m，得受护面积边界1′、2′、3′、4′。2、在受护面积边界1′、2′、3′、4′向外按公式S=h×ctgθ，所求得表土层的宽度划出a、b、c、d点，表土层需留设煤柱的宽度用下式求得：1点标高1013m，基岩标高885m，黄土层厚度128m，128m×ctg45°=128m2点标高998m，基岩标高889m，黄土层厚度109m，109m×ctg45°=109m3点标高993m，基岩标高895m，黄土层厚度98m，98m×ctg45°=98m4点标高1009m，基岩标高887m，黄土层厚度122m，122m×ctg45°=122m3、由表土层宽度所划出的a、b、c、d四边形保护煤柱边界用垂线法圈定，由各点分别作线段ab、bc、cd、da的垂线，各垂线长q(煤第7页共12页层上山方向垂线长度)和L（煤层下山方向垂线长度），按下式计算：q=（H-h）ctgβ′/（1+ctgβ′cosθtgα）L=（H-h）ctgγ′/（1-ctgγ′cosθtgα）围护带边界与煤层走向线之间所夹的锐角分别为ab、dcθ=45°，ad、bcθ=10°上山方向移动角β=73°00′00″下山方向γ=71°00′00″,走向方向δ=72°00′00″①根据下列公式求出ctgβ′=(ctg2βcos2θ+ctg2δsin2θ)1/2ctgγ′=(ctg2γcos2θ+ctg2δsin2θ)1/2θ=45°时:ctgβ′=(ctg273°00′cos245°+ctg272°00′sin245°)1/2，第8页共12页β′=72°31′54″ctgγ′=(ctg271°cos245°+ctg272°sin245°)1/2,γ′=71°30′40″θ=10°时:ctgβ′=(ctg273°cos210°+ctg272°sin210°)1/2,β′=73°33′16″,ctgγ′=(ctg271°cos210°+ctg272°sin210°)1/2,γ′=71°32′09″求出θ=45°时，β′=72°31′54″γ′=71°30′40″θ=10°时，β′=73°33′16″γ′=71°32′09″②a、b、c、d各点基岩面至煤层垂深（H-h）值计算：a点（H-h）=362m-128m=234mb点（H-h）=328m-109m=219mc点（H-h）=330m-98m=232md点（H-h）=354m-122m=232m根据上述起始数据按公式计算各垂线的q、L值a—1L=（234m×ctg71°32′09″）/（1-ctg71°32′09″cos10°tg5°）=80.46ma—2L=（234m×ctg71°30′40″）/（1-ctg71°30′40″cos45°tg5°）=79.79m第9页共12页b—3q=（219m×ctg72°31′54″）/（1+ctg72°31′54″cos45°tg5°）=67.67mb—4q=（219m×ctg73°33′16″）/（1+ctg73°33′16″cos10°tg5°）=63.01mc—5q=（232m×ctg73°33′16″）/（1+ctg73°33′16″cos10°tg5°）=66.75mc—6q=（232m×ctg72°31′54″）/（1+ctg72°31′54″cos45°tg5°）=71.69md—7L=（232m×ctg71°30′40″）/（1-ctg71°30′40″cos45°tg5°）=79.11md—8L=（232m×ctg71°32′09″）/（1-ctg71°32′09″cos45°tg5°）=79.77m垂线长度q、L计算结果计算点号abcd（H-h）m234219232232第10页共12页垂线a—1a—2b—3b—4c—5c—6d—7d—8q67.67m63.01m66.75m71.69mL80.46m79.79m79.11m79.77m花豹拐村保护带最终边界线各拐点坐标：点号坐标ＸＹa点406749438417444b点406728838417550c点406723438417893d点406752638417789结果：花豹拐村庄面积、占有储量：面积21190m2，储量104572吨（10.5万吨）厚度3.5米。保护煤柱面积、占有储量：面积63460m2，储量313175吨（31.3万吨）厚度3.5米。总计：面积84650m2，储量41.8万吨第11页共12页表土层煤层走向剖面图煤壁表土层煤层倾向剖面图煤壁六、计算成果根据村庄煤柱计算的成果，将村庄受护范围展绘在煤矿采掘工程平面图上，为矿区的采掘提供了扎实可靠的依据，如果遇到其它情况需进一步详查核实。