煤层露头保护煤柱的留设方法

汪永才

[摘要]随着我国对环境的不断重视，对于能源的需求也不断扩大，在对传统能源的保护与开采方面进行了多项改革，通过产业结构高速的方式不断对煤矿生产模式与规模进行规范。煤矿在地表的延伸处为煤层露头，保护煤柱是为了保护上方的岩层内部与其他不进行开采遥结构煤体，而对地面建筑与结构不造成破坏的一种具体措施。在探明的煤矿之上有可能会居住建筑存在，对煤柱的设置可以有效避免对人身安全财产安全造成隐患。

[关键词]煤层 露头 保护煤柱 留设

[中图分类号] P618.11 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-7-69-2

0引言

随着我国对于事故发生概率较高的煤矿生产企业关注度不断提高，通过一定的政策对煤矿进行规范化管理。传统的煤矿在开采过程中生产模式不够规范，不但容易造成浪费的现象，而且还容易对周围的居民生活环境造成严重破坏。随着我国对煤矿生产的重视程度不断加深，对煤矿的生产模式也不断进行探索创新。在煤层的露头保护煤柱设置留设方面进行了较多的研究。本文对煤层露头保护煤柱的留设方法以及影响因素进行分析。

我国目前已经探明在存在于建筑物下以及水体下的压煤问题非常普遍，近年来压煤开采技术也取得了不错的进步。有一些工业建筑或政府建筑不易迁移，或者居住人群数量少，没有搬迁的必要时，就需要采用保护煤柱的方法。

在采矿过程中，覆岩变形破坏是因为原岩应力状态下无法保持平衡稳定时导致的后果，在露头线附近的煤层开采中，为了确保安全，需要留设一定高度的安全煤柱，留设越大，压煤量越多。对于倾斜的煤层开采中更为突出。煤柱过小，有可能会造成灾害性溃水或溃沙事故，使正常的采矿生产难以继续。要充分认识到煤层保护煤柱的重要性，安全煤柱主要是指保持正常劳动环境所留设的最小限度的煤柱高度。煤层上覆盖一些含水层构成了煤层开采主要充水含水层时，留设保护煤柱的目的是在于减少上水下渗的途径，因采煤导致的冒落不会直接导通上部水体发生灾害性的溃水事故，影响到人身与财产安全。

1影响煤层露头煤柱留设的主要因素分析

安全煤柱主要有以下几种类型。首先是防水安全煤柱，当上部的水量非常大时，需要留设防水为目的的保护煤柱，安全煤柱的高度与导水裂隙带的最大发育高度与保护层厚度之和；第二是防沙安全煤柱，当松散层底部有一些粘塑性隔水层分布时，可以留设防沙为目的的安全保护煤柱，最后是防塌安全煤柱。经过多煤层开采的大量经验判断，影响煤层露头煤柱的留设主要因素首先是煤层储存的条件，包括产状、厚度、分布与力学性质等。不同的煤层露头肯定需要不同的保护煤柱的留设方法，并非一根而论。煤矿采用开采方法与规模不同，也会影响到保护煤柱的留设方法；煤矿床本身的地质结构条件与新生界松散层的成因类型、岩性结构等。

在每一个煤矿的具体地质环境与周围环境下，都需要采用与之相符的保护煤柱类型。煤柱的高度也需要与露头煤层的具体情况保持一致。通过保护煤柱的设置，可以有效达到保护煤层的目的，确保煤层的开采达到安全可靠，避免发生灾难事故。

2煤层露头保护煤柱留设方法

目前在煤层露头保护煤柱的留设方法中，有多种方法，主要是根据不同的煤矿实际情况进行区分与选择。主要集中于三种，一是垂直断面法，二是垂线法，三是数字标高投影法。垂直断面法是利用图解的办法，作沿煤层的走向垂直剖面，通过一定的表面立体化的方式进行设计与计算，在剖面上确定煤柱的边界宽度，投影到平面图上上得到煤柱的边界。垂线法主要是采用解析法来进行，在此过程中，先作受护面积边界的垂线，在平面图上量出垂线长度，确定保护煤柱的边界。数字标高投影法是根据地表移动角的参数，采用标高投影，画出保护煤柱的等高线，一般应用于延伸型建筑物标高变化大的情况使用。

在上文讲到的三种保护煤柱的留设方法中，垂直断面法与垂线法两种主要的方式，简单易行，根据移动角度来对保护煤柱的边界进行确定。垂线法与数字标高投影法则是根据两个斜向断面的移动角，这些方法均是利用了建筑物角点地方多留设了煤柱，煤层在内部倾角不断增大，造成了很多多余的煤柱。在同一个矿区，移动角为定值，随着开采深度不断扩大，采用恒定的倾角保护煤柱，造成了浪费煤炭资源的问题。

以往对于保护煤柱的设计与留设计算都是通过手工计算完成的，精度难以保证，而且效率极低，未能够解决足够复杂的问题，对地质与采矿方面的因素考虑较少，无法把这些因素加入到计算中去。同时这种方式也不利于煤矿开采现代化与自动化的要求。计算机技术不断发展以来，具有高速运算与大量存储特点的软件设计方法开始应用于保护煤柱的设计过程中。目前计算机信息技术不断发达，软件在系统中的应用也更加广泛，几乎每一种设计的计算都需要通过计算机来完成，尤其是大量的计算存在的设计，保护煤层的具体情况较为复杂，需要不断通过参数的加入与计算的调整获得最为科学有效的数据，来对煤层开采提供准确的数据依据。

3露头防水煤柱留设方法

在有突水威胁而不宜进行疏散的地区进行煤矿开采时，需要进行防水煤柱留设，防水保护煤柱一般只能使用一次，需要把煤柱的宽度降低到最低的限度，在开采完成后可以通过填充与改造含水层的办法，提高资源的利用率。在防水煤柱的留设时需要与当地的构造与水文地质条件、煤层组合结构方式等因素进行紧密结合，忽视其中的任何一个因素都有可能会导致留设的失败，影响正常开采。在多煤层地区，防水煤柱需要统一考虑，避免某一层的开采对另一煤层的煤柱造成破坏。

在进行煤层露头防隔水煤柱的留设时，需要注意的问题较多，主要是在设计与施工中的合理性问题，目前主要集中在两种主要情况需要注意。第一，煤层露头没有覆盖时，防水煤柱的高度为采报冒落带高度与保护层厚度之和，如果煤层露头被松散富含水层覆盖时，防水煤柱的高度为垂直煤层的导水裂隙高度与保护层的厚度之和。

4断层影响下的保护煤柱留设

断层的强度非常低，远远低于周围岩体的强度，在开采过程中，受到附加力的影响，有可能会产生地表的非连续性变化移动。在实际的开采过程中，一旦有断层的存在，将有可能会引起上下盘沿断层面相对错位移动，在内部应力的作用下容易导致结构失去平衡。首先断层露头处地表上会产生台阶状的一条条裂缝，其次有可能会改变深陷的影响范围，使更大的区域沉降。

在煤矿矿区内断层近处的工作面开采一般都利用了移动角来对煤矿进行保护煤柱的设计留设，但在实际开采过程中，岩层移动沿着断层带面不断向上发展，从而导致了断层带的活化，在内部结构应力作用下，有可能会从内到外形成裂缝问题，甚至有可能在地面露头产生强大的非连续变形，造成地面裂缝，有可能会引起开采损害。当矿区有断层存在时，需要根据断层的露头位置附近的地面设施忣 承载变形能力，合理地选择好参数，留设断层的保护煤柱，在实践应用时，选择具有地质采矿技术下的开采引起的地表移动变形边界角来作为主要参数。

5结语

随着我国对煤矿关注度不断提高，煤矿的开采、生产经营、规模等都将会进行规范化管理。煤层露头的保护煤柱留设的目的就是为了保障建筑物与其他的结构完整，避免受到开采过程较严重的破坏。在未来，我国的煤层开采规模将进一步扩大，对于新技术工艺在开采过程中应用将会不断增加，对保护煤柱的研究也不断深入。通过对生产技术的不断研究，为我国煤炭开采行业提供更充分的依据，让煤矿生产变得加更加安全高效。

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