[科普中国]-煤柱留设

为了保护建(构)筑物、铁路、水体及主要井巷等不受地下开采的有害影响，在这些保护对象下方留设的暂时不采或永久不采的部分煤体，如工业场地煤柱、井筒煤柱、断层煤柱、护巷煤柱等。留设煤柱时，在受护对象的四周外侧增加一定宽度的安全带，此带称为围护带。围护带宽度根据受护对象的保护等级(按重要性、用途分级)而定，一般为5～20m。煤柱留设的方法有垂直剖面法、垂线法和数字标高投影法。1

垂直剖面法在平面图上，通过受护对象的角点作平行于煤层走向和倾向方向的四条直线得一矩形。在矩形外侧加上围护带，即为地面的受护面积。然后分别在走向和倾向方向剖面图上，根据冲积层和基岩移动角绘出煤柱在剖面上的边界，并将此投影到平面图上，即得煤柱的边界 (图1)。

当用垂直剖面法留设与煤层走向斜交的受护对象的煤柱时，下山方向和上山方向分别用β′、γ′角值代替移动角圈定煤柱。β′和γ′按下式计算：

式中δ、β、γ分别为走向、下山、上山方向的基岩移动角;θ为围护带边界与煤层走向线之间所夹的锐角。

垂线法在平面图上，根据受护对象的角点圈定受护对象的范围，它可以是任意形状的多边形。在多边形外侧加上围护带，即为地面的受护面积。在每条边上，向外按宽度s=hctgφ画出冲积层与基岩接触面上的受护面积。再在这每个角点上作各个边的垂线，则在每个垂线上，按上山方向长度q或下山方向长度l截取一点，将同一边两个垂线上的点连线并延长相交成一个新的多边形，即为煤柱的边界(图2)。

q和l按下式计算：

式中h为冲积层厚度;α为煤层倾角;H为在冲积层与基岩接触面上受护面积角点处地表到煤层的垂深。

数字标高投影法在煤层底板等高线图上 (当有冲积层时，图上须有冲积层与基岩接触面的等高线)，根据受护对象的角点圈定受护对象的范围，在受护边界外侧加上围护带，即为地面的受护面积。从地面受护面积的每条边界起， 按冲积层移动角φ作保护面的等高线，其等高距应与冲积层与基岩接触面的等高线的等高距相同。然后将此两面的同值等高线的交点连线，即得冲积层与基岩接触面上的受护面积。再从冲积层与基岩接触面上的受护面积的每条边界起，按角值β′、γ′，用同样的方法可得煤柱的边界 (图3)。

垂直剖面法适用于受护对象的外形近似于矩形，且受护边界与煤层走向和倾向近似平行，否则留设的煤柱过大。垂线法用在受护边界与煤层走向和倾向斜交时较好。这两个方法都存在一个问题，即在所留煤柱的角部有部分是多余的。在实际中常常取这两种方法所留煤柱的重叠部分作为最终煤柱的范围。在受护对象是延伸形、冲积层与基岩接触面标高变化较大、煤层产状不规则或存在断层时，宜用数字投影法留设煤柱。2

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杨刚 - 教授 - 西南大学