第二章保护煤柱的设计(共26页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上 第二章 保护煤柱留设第一节 保护煤柱留设基础知识地下采煤引起岩层与地表产生沉陷、移动和变形，导致位于其影响范围内的井筒、巷道、地面建筑物和构筑物、地表水系及地下含水层等遭受不同程度的破坏。为了保护有些重要的建筑物、水体等，使其免遭采动损害的影响，有时需要在井下留设保护煤柱。保护煤柱：指专门留在井下不予采出的、旨在保护其上方岩层内部和地表的各种保护对象不受开采影响的那部分煤炭。受保护对象包括：井筒、井下主要巷道和硐室、地面各类建（构）筑物、铁路、水体等。留设保护煤柱的优点是能有效保护地表建（构）筑物，其缺点是： （1）浪费煤炭资源，缩短矿井服务年限；（2）使采掘工作复杂化，增大掘进工作量，造成采掘关系紧张。下列情况下需要留设临时性的或永久性的保护煤柱：（1）矿井工业场地及风井井口附近的建筑物、构筑物和其他重要设施；（2）国务院明令保护的文物、纪念性建筑物和构筑物；（3）采用不搬迁进行采煤在技术上不可行，而搬迁又无法实现或在经济上严重不合理的建筑物和构筑物；（4）煤层开采后，地表可能产生抽冒、切冒等形式的塌陷漏斗坑和突然陷落，对地基及上部建筑造成严重破坏的重要建筑物和构筑物；（5）所在地表下方潜水位较高，采后地表下沉将导致建筑物及其附近地面积水，而又不可自动排泄或采用人工排泄方法经济上不合理的建筑物或构筑物；（6）对国民经济和人民生活有重大意义的、用其他保护方法不能确保安全的河(湖、海、水库) 堤坝、船闸、泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建筑工程。一、保护煤柱留设原理保护煤柱留设原理是在保护对象的下方留出一部分煤炭不开采，使其周围的煤炭的开采对保护对象不产生有危险性的移动和变形。图2-1 保护煤柱留设原理图如图2-1：设煤层上方的地面有一建筑物，其受护面积为a0b0c0d0，为保护建筑物不受开采的有害影响，需要留设保护煤柱。确定煤柱大小的方法具体如下：首先，通过建筑物中心作沿煤层走向和倾向的剖面图，如图所示。在倾向剖面上，从受护边界点分别向煤层下山方向作上山移动角、向煤层上山方向作下山移动角，交煤层于c、d两点；在走向剖面上，从受护边界点分别向两侧煤层作走向移动角，交煤层于a、b两点；则a、b、c、d确定的煤柱范围就是保护煤柱的范围；将其投影到水平面上，就可在平面图上确定出建筑物保护煤柱的范围。该煤层在保护煤柱边界abcd以外的开采，不会引起受护建筑物的地表产生临界变形值以上的移动、变形，仅可能产生小于临界变形值的微量移动和变形。注意：（1）在倾向剖面上，向煤层下山方向采用上山移动角；向煤层上山方向采用下山移动角。（2）在走向剖面上，采用走向移动角，深度越大、煤柱范围越大；深度越小、煤柱范围越小。二、围护带留设煤柱时，为确保被保护对象的安全，还需要保护受护对象周围一定范围内的岩体或地表，这部分需附加保护的岩体或地表及其范围称为“围护带”。留设围护带的目的是：（一）抵消在留设煤柱时所用的移动角等参数的误差引起的煤柱尺寸的不足，移动角误差一般为25º；（二）抵消由于地质采矿条件和井上下位置对照关系不准确而造成的保护煤柱尺寸和位置的误差。围护带的宽度根据保护对象的保护等级确定，按受保护建（构）筑物的重要性、用途以及受开采影响引起的不同后果，将矿区范围内的建（构）筑物保护等级分为四级，矿区建（构）筑物的保护等级及围护带宽度列于表2-1中。表2-1 矿区建（构）筑物的保护等级及围护带宽度保护等级重要建筑物和构筑物围护带宽度(m)I国务院明令保护的文物和纪念性建筑物；一等火车站，发电厂主厂房，在同一跨度内有两台重型桥式吊车的大型厂房，平炉，水泥厂回转窑，大型选煤厂主厂房等特别重要或特别敏感的、采动后可能导致发生重大生产和伤亡事故的建（构）筑物；铸铁瓦斯管道干线，大、中型矿井主要通风机房，瓦斯抽放站，高速公路，机场跑道，高层住宅楼等20II高炉，焦化炉，22万伏以上超高压输电线杆塔，矿区总变电所，立交桥；钢筋混凝土框架结构的工业厂房，设有桥式吊车的工业厂房，铁路煤仓、总机修厂等较重要的大型工业建（构）筑物；办公楼，医院，剧院，学校，百货大楼，二级火车站，长度大于20m的二层楼房和三层以上多层住宅楼；输水管干线和铸铁瓦斯管支线；架空索道，电视塔及其转播塔，一级公路等15III无吊车设备的砖木结构厂房，三、四级火车站，砖木、转混结构平房或变形缝区段小于20m的两层楼房，村庄砖瓦民房；高压输电线铁塔、钢瓦斯管道等10IV农村木结构承重房屋，简易仓库等5注：凡未列入表中的建（构）筑物，可依据其重要性、用途等类比其等级归属。对于不易确定者，可组织专门论证，并报省、直辖市、自治区煤炭主管部门审定。三、保护煤柱留设使用的参数（一）移动角在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上三个临界变形中最外边的一个临界变形值点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为移动角。当有松散层存在时，应从最外边的临界变形值点用松散层移动角划线和基岩与松散层交接面相交，此交点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称为移动角。按不同断面，边界角可分为走向移动角、下山移动角、上山移动角。在有实测资料的矿区，移动角选取本矿区实测值；在没有实测资料的矿区，可参照表2-2进行选取。表2-2 按覆岩性质区分的地表移动一般参数表（<50°）覆岩类型移动角（°）松散层移动角（°）45°坚硬75°80°75°80°-（0.70.8）中硬70°75°70°75°-（0.60.7）软弱60°70°60°70°-（0.30.5）（二）斜交剖面移动角图2-2 与走向斜交的垂直剖面图1建筑物边界；2受护面积边界；3松散层保护边界如图所示，假设有一条铁路线与煤层走向斜交，受护面积边界与煤层走向所夹锐角为；沿II线作铁路线的垂直剖面，此时所作的断面与煤层走向斜交，该斜交剖面上的煤层倾角为伪倾角，可以用以下公式计算： （2-1）式中：煤层倾角； 斜交剖面与煤层倾向所夹的锐角。斜交剖面上的移动角和可以采用以下公式计算： （2-2） （2-3）式中：、为下山、上山、走向移动角。1、伪倾角计算公式的推导公式的推导情况如下：在图2-3中，设aA为受护面积边界线，它与煤层走向夹角为；ac为与煤层走向斜交的剖面线；ac为与煤层走向垂直的剖面线；h为两条煤层等高线的高差。 在直角三角形acb中：， 即 （2-4）在直角三角形acb 中：， 即 （2-5）由于式（2-4）式（2-5），故有 （2-6）在直角三角形cca中： （2-7）把式（2-7）带入式（2-6）得：故可以得出：图2-3 与之间关系图1煤层走向；2受护面积边界2、斜交剖面移动角和计算公式的推导公式的推导情况如下。设有一单元面积（图2-4），其开采后在走向方向、下山方向和上山方向的采动影响范围可用移动角、确定。假设单元面积的开采对地表的影响范围为一个椭圆；这个椭圆由两个半椭圆组成（图2-5），上山方向半椭圆的半轴分别为：，下山方向半椭圆的半轴分别为：，式中：H单元的开采深度。图2-4 单元开采影响（a沿走向剖面；b沿倾向剖面）图2-5 斜交剖面移动角求法图2-5表示单元面积被开采后，地表出现的影响椭圆。设x轴为煤层倾斜方向，y轴为走向方向。假设保护边界KL位于开采单元的伪下山方向，并且切影响椭圆于M点，M坐标为（x1, y1），这就是从保护边界向伪上山方向划保护煤柱的情况。保护煤柱边界线KL与煤层走向的夹角为。保护边界至开采单元的水平垂距为P。从保护边界向伪上山方向确定煤柱范围采用的伪下山移动角可按下面方法导出。已知影响椭圆下山方向半椭圆的半轴分别为：，同时:椭圆方程式为： 微分上式，得椭圆上任一点的斜率为：则在切点M（x1, y1）处的斜率为，所以直线KL的方程式为 （2-8）化简上式得： （2-9）从图2-5中可以看出，与椭圆相切的直线方程可以用以下公式表示： 即： （2-10）对比公式（2-9）和（2-10）可得 及而切点M（x1, y1）的坐标应满足椭圆方程式：将，代入上式得： （2-11）即： （2-12）因为， 所以： 该式如何由上式得出的？上式的，而不是原来的。已修改。 （2-13）即： （2-14）的推导与上述类似。第二节 保护煤柱留设方法常用的保护煤柱留设方法有：垂直剖面法和垂线法。一、垂直剖面法垂直剖面法是一种图解方法，首先沿煤层走向和倾向作垂直剖面，在断面图上确定保护煤柱宽度，最后投影到平面图上获得保护煤柱边界。其设计步骤如下：（一）确定受护面积边界1、如果建筑物边界和煤层走向、倾向平行时，在平面图上直接沿煤层走向、倾向留一定宽度的围护带，得受护面积边界（图2-6a）；2、如果建筑物边界和煤层走向斜交时，通过建筑物四个角点，分别作与煤层走向或倾向平行的直线，再留围护带，得受护面积边界（图2-6b）；3、如果地面有许多建筑物时，通过建筑群的最外角点，分别作和煤层走向或倾向平行的直线，再留围护带，得受护面积边界（图2-6c）。垂直剖面法确定受护面积边界时，一般应和煤层走向、倾向平行。图2-6 垂直剖面法受护边界的确定1建筑物边界；2围护带（二）确定保护煤柱边界在受护面积边界与煤层走向平行或垂直时所作的垂直剖面上，首先在松散层内用画线交于基岩面，再在基岩内用、画线交于煤层，即可得出保护煤柱边界。下面介绍一个垂直剖面法留设保护煤柱的例题。例2-1 如图2-7，要设计一个重要建筑物的保护煤柱，保护级别为级，保护面积的平面形状为矩形，面积为，长轴与煤层走向斜交成60度角。煤层倾角，煤层在保护范围中央处的埋藏深度H=250m。地面标高为零，松散层厚度h=40m，煤层厚度M2.0m，该地区的移动角为：。试用垂直剖面法留设该建筑物的保护煤柱。图2-7 用垂直剖面法设计保护煤柱方法和步骤如下： 1、确定受护边界。通过建筑群的角点作平行于煤层走向和平行于煤层倾向的四条直线，两两相交得一矩形保护范围。查表2-1得围护带宽度为15m，从矩形保护范围边界向外圈出一围护带s15m，其外缘abcd即为受护边界。 2、过保护范围abcd的中心O，作沿煤层走向和倾向的垂直剖面、。 3、在倾向垂直剖面上标出地表线，受护边界的位置（m、n）、松散层和煤层等，并标注出煤层的倾角，煤层的厚度M2.0m，煤层的埋藏深度。 4、在受护边界点m、n，作松散层移动角，与基岩面相交于。再从点分别作基岩移动角，与煤层底板相交于点，点分别为煤层倾向剖面上保护煤柱的上下边界。将投影到平面图上，即得点M、N。 5、将平面图上线与受护边界的交点q、k，投影到走向剖面图上，得q、k点。从q、k点以作直线，与基岩面相交于。再从点以基岩移动角作斜线。 6、将剖面上的点分别水平投影到剖面图上，与剖面上从点以作出的斜线相交，得和。为煤柱上边界线在剖面上的投影，为煤住下边界线在剖面上的投影。 7、将和分别投影到平面图上，得B、C、D、A，依次连接A、B、C、D各点，该梯形即为所求保护煤柱的平面图。 8、计算因留设保护煤柱而呆滞的煤量Q，即 (2-15)式中：A为平面图上保护煤柱的面积，为煤的质量密度。在煤矿生产实践中，保护煤住的边界线均用红线表示。二、垂线法垂线法是一种图解和计算相结合的方法。采用垂线法留设保护煤柱步骤如下：（一）确定受护面积边界首先在平面图上直接作平行于受护对象边界的直线、四边形或多边形，再在其外围画出围护带，得受护面积边界。垂线法确定的受护面积边界不需要与煤层走向或倾向平行（图2-8）。图2-8 垂线法的受护面积边界确定方法1建筑物边界；2围护带（二）确定松散层保护边界从受护面积边界向外量一段距离s，得松散层保护边界（图2-2）。s计算公式如下： (2-16)式中：s松散层保护边界宽度，m；h松散层厚度，m；松散层移动角。（三）确定保护煤柱边界垂线法留设保护煤柱时，在松散层保护边界各角点分别作保护边界的垂线，垂线指向上山方向时、取长度q，垂线指向下山方向时、取长度l，计算公式如下： (2-17) (2-18)式中 H计算点处煤层的埋藏深度，可从煤层底板等高线图上量得； h表土层的厚度，m； 各受护边界与煤层走向所夹的锐角，°； 煤层的倾角，°； 斜交剖面上的斜交移动角，°。垂线长度q、l计算公式的推导如下。图2-9 垂线长度q、l的求法图2-9为一通过地表点a并与建筑物保护边界相垂直的断面图。保护边界线与煤层走向相交成角。这个断面与煤层走向相交900+。图中的H为点a的埋藏深度，a为煤层的伪倾角，它与煤层倾角的关系为： （2-19）从图中可以看出下列关系：在aDB中： 在aAD中： 在AOD和BOD中： 将代入上面两式，得 ； （2-20）从而 （2-21） （2-22）当有松散层h覆盖时，上式应为； （2-23）下面举例说明垂线法留设保护煤柱的过程。例2-2 例2-1中建筑物的保护煤柱也可用垂线法来留设，其方法和步骤如下：1、确定受护边界。在平面图（图2-10）上先确定需要保护的范围，然后加围护带s=15m，得受护边界1234。图2-10 用垂线法设计保护煤柱 2、在受护边界各点1、2、3、4处，向外按宽度m划出矩形1234，即得表土层与基岩接触面上的受护边界。 3、从1、2、3、4各点分别作线段12和14、21和23、32和34、43和41的垂线，垂线的长度q (上山垂线长)、（下山垂线长）通过计算获得，其具体的值列于表2-3中。表2-3 垂线长q、的计算表角点号1234HHh350310290250145105205165垂线q15601041630112273090286099396041310306041130794126055 4、在各垂线上按比例截取其垂线长得点5、6、7、8、9、10、11、12，依次连接各点并相交于、。四边形即为用垂线法留设的保护煤柱。 5、计算因留设保护煤柱而呆滞的煤量。三、保护煤柱留设的其它方法除上述方法外，保护煤柱留设的方法还有：数字标高投影法、临界面标高投影法、临界变形值法和预计方法等。数字标高投影法是根据地表移动角参数，采用标高投影的方法，绘制出各受护边界保护煤柱各侧平面的等高线，它与煤层底板等高线的交线，即为保护煤柱的边界。数字标高投影法对于煤层产状不规则及存在断层时比较方便，一般用于圈定延伸形建筑物或基岩面标高变化比较大时的保护煤柱。保护煤柱设计的垂直剖面法、垂线法和数字标高投影法，都是仅仅利用主断面上或少数几个斜交剖面上的移动角，致使在建筑物的角点处留下了过多的呆滞煤量。随着矿体倾角的增大，角点处的多余煤柱急剧增大，甚至使保护煤柱的留设出现困难，此时可采用临界面标高投影法来设计保护煤柱。 此外，也可直接利用开采沉陷预计方法来设计保护煤柱。通过不断改变工作面的大小和位置，反复试算，直至受护建筑物处地表的变形值都小于临界变形值为止。此时的最小煤柱（开采范围最大），即为受护建筑物的保护煤柱。第三节 特殊类型煤柱的留设方法一、立井与工业场地保护煤柱的留设圈定立井保护煤柱时，地面受护面积应包括井架（井塔）、提升机房和围护带。围护带宽度为20m。立井按其深度、用途、煤层赋存条件及地形特点可分为5类，其保护煤柱一般用垂直剖面法圈定。各类立井的保护煤柱留设方法如下：（一）第一类：深度大于和等于400m的主副井保护煤柱用边界角圈定，如图2-11所示。当立井包括工业场地在内时，以工业场地受护面积和移动角圈定其保护煤柱。如立井煤柱大于工业场地煤柱时，应取立井煤柱为最终煤柱边界。图2-11 立井保护煤柱（二）第二类：深度小于400m的主副井及各类风井、注砂井保护煤柱以移动角圈定。（三）第三类：穿过急倾斜煤层的立井在煤层倾向剖面上以下盘移动角圈定保护煤柱的下山方向边界，在煤层走向剖面上，以走向移动角圈定保护煤柱的边界。例2-3急倾斜煤层群立井保护煤柱留设实例某矿开采急倾斜煤层群（有三层煤），煤层倾角70°，煤层厚度及间距如图2-12所示，立井井筒位于煤层底板方向。地表移动参数为：。试用垂直剖面法圈定保护煤柱。步骤如下：1、确定地面受护面积。在图2-12平面图上，过工业场地角点作平行煤层走向或倾向的直线得四边形1234在四边形外围加围护带，宽度取20，得地面受护面积边界1234。2、通过井筒中心作沿煤层倾向方向的剖面及走向方向的剖面。3、将平面图上受护面积边界投影到剖面上，得、点。过点以作直线，交于基岩面上得点。由点以作直线，该直线与1、2煤层交于、点，此两点分别为两个煤层的开采下限。剖面上直线及矿井设计深度以内所有煤层均为剖面的保护煤柱。然后将其转绘至平面图上。4、将平面图上受护面积边界投影到剖面上，得、点。由、两点以作直线交基岩面于、点。由、两点以作直线；两直线与设计深度所圈定的煤层为走向剖面上保护煤柱的垂直投影图。转绘至平面图上。在平面图上1265为1煤层保护煤柱边界，1287为2煤层保护煤柱边界，109为3煤层保护煤柱边界。图2-12 急倾斜煤层群立井保护煤柱留设方法图（四）第四类：穿过有滑移危险的软弱岩层、软煤层及高角度断层（断层面延至基岩面）的立井此时，除按前三类规定留设保护煤柱外，还应加设防滑煤柱（如图2-13）。图2-13 立井防滑煤柱留设方法立井防滑煤柱的下边界应根据煤层埋藏条件按下式确定：HBHS+H上 （2-24）式中：HB开采数个煤层时应留设防滑煤柱的深度，m；n开采煤层层数，层；H上按一般方法圈定保护煤柱的上边界垂深，m；HS开采单一煤层时发生滑移的临界深度（从保护煤柱的上边界算起），可按表2-4选取（表中为煤层倾角，h为松散层厚度），或参照本矿区经验确定。表2-4 HS值h（m）HS（m）15°25°35°45°55°60°53060901101401551030701001301601801535801151451802002050115160200255285当立井穿过煤层群时，第一煤层的防滑煤柱按上述原则确定留设深度。其余各煤层防滑煤柱下边界的圈定方法是：在倾向剖面上，过上层煤防滑煤柱的下边界点，以角作直线，此直线与各煤层底板的交线即为各自的防滑煤柱下边界。（五）第五类：地表为山地的立井为了防止山地发生滑坡引起井筒破坏，一般应在井筒所在斜坡的上下坡两侧加大煤柱尺寸。在建筑物上坡方向，移动角应减小15°25°，或加大保护煤柱0.51.0r（r为主要影响半径）；在建筑物下坡方向，移动角应减小5°10°，或加大保护煤柱0.20.5r。此外，除了以上5类情况外，对穿过断层的立井的保护煤柱，如果立井所在处有落差大于2030m的断层时，可采用垂直剖面法圈定，并考虑沿断层面滑移的可能性，根据具体条件，适当加大煤柱尺寸，使断层上、下盘均包括在保护煤柱范围之内（图2-14）。图2-14 立井煤柱内有断层时保护煤柱的留设方法1无断层时的煤柱线；2有断层时的煤柱线如图2-15所示，在圈定煤层倾角为45°65°的立井保护煤柱时，为了防止立井井筒受采动底板移动的影响，井筒至煤柱下边界的距离L不应小于下式计算出的长度：LA3×HT （2-25）式中：A3与煤层倾角有关的系数，可从表2-5选定； HT井筒穿过煤层底板处的垂深，m。表2-5 系数A3值煤层倾角45°55°60°65°A30.250.400.550.70图2-15 急倾斜煤层立井井筒免受采动底板移动影响的最小尺寸圈定风井保护煤柱时，如受护面积较小，则应酌情加大其保护煤柱尺寸，使风井受护面积内地表变形值叠加后不超过允许的地表变形值。圈定工业场地保护煤柱时，围护带宽度应为15m，工业场地保护煤柱用移动角圈定。二、 斜井保护煤柱的留设（一）沿煤层底板斜井位于煤层底板的斜井（图2-16），应根据斜井至煤层间的岩层性质和法线距离以及煤层厚度，参照表2-6判定是否需要留设煤柱。当斜井至与其最近的开采煤层的法线距离大于或等于表中的数值时，斜井上方的煤层中可不留设保护煤柱；当小于表中的数值时，在斜井上方的煤层中应留设保护煤柱。图2-16 煤层底板斜井剖面图1-斜井井筒；2-煤层表2-6 斜井上方煤层中留设保护煤柱的临界法线距离h岩性岩石名称临界法线距离h薄及中厚煤层厚煤层坚硬石英砂岩、砾岩、石灰岩、砂质页岩（610）M（68）M中硬砂岩、砂质页岩、泥质灰岩、页岩（1015）M（810）M软弱泥岩、铝土页岩、铝土岩、泥质砂岩（1525）M（1015）M注：表中M为斜井上方煤层的厚度。斜井保护煤柱一侧的宽度S1，可按下式计算（图2-17）：S1 （m） （2-26）式中： H斜井的最大垂深，m；M煤层的厚度，m；煤的强度系数，=Rc煤的单向抗压强度，Mpa 。图2-17 斜井煤柱留设方法（二）煤层斜井斜井所在煤层及斜井下方煤层均需留设保护煤柱。当斜井在单一煤层或煤层群的最上一层煤中时，斜井护巷煤柱宽度可按上述方法计算。对斜井下方的煤层，应从斜井所在煤层中的护巷煤柱边界起，用基岩移动角圈定下煤层的斜井保护煤柱，见图2-18。图2-18 斜井下方保护煤柱留设方法（三）穿层斜井穿层斜井煤柱留设方法为先对工业场地、斜井井筒、井底车场分别留设煤柱，然后合并。先确定受护面积边界，取工业场地维护带宽度为15m，主要井巷上面和两侧护巷岩（煤）柱宽度为20m。然后在平面图上用虚线标出斜井井筒、井底车场的护巷煤柱。例2-4平行于倾斜煤层的斜井井筒保护煤柱留设实例为斜井井筒，打在上层煤中，至下层煤垂距为80m，倾角为30°，斜长280m。地质埋藏条件为：斜井下方煤层层厚M=2m，松散层厚度为20m。地表移动参数为： 。试用垂直剖面法在下方煤层中留设斜井保护煤柱。步骤如下：1、确定受护面积边界。根据题意，斜井开拓在上煤层中，在斜井两侧各留20m煤柱；在走向剖面图上得C、D点；同时在井筒上下亦留20m煤柱，得 A1、B1 点。2、为保护井口AA1段，在倾斜剖面图上A、A1点，在松散层内以作直线，在基岩内以画出保护线，与煤层相交于1（2），和3（4）点；在走向剖面图上，从C、D两点作角，在基岩内作，画出保护线，与煤层相交于1，2，3，4点。转绘至平面图上，得井口段AA1 保护煤柱边界1 2 3 4。3、为保护井筒AB，在斜井剖面图上，自B1点处按画保护线，与煤层相交于5（6）点；在走向剖面图上，自、点按角画保护线与煤层相交于、点，转绘至平面图上。4、连结1 2 4 46 5 33 1点，即为平面图上保护煤柱边界。图2-19 斜井保护煤柱留设三、铁路保护煤柱的留设铁路的保护等级分为四级（表2-7）。表2-7 铁路保护等级保护等级铁路等级I国家一级铁路II国家二级铁路III国家三级铁路IV工矿企业铁路专用线（一级、二级、三级）注：对工矿企业（如特大型矿井）专用铁路的一级线路中年通过量、行车密度、速度及客运等指标达到国家三级铁路标准的可划分为III保护等级。在下列情况下，需留设铁路保护煤柱：（一）国家一级铁路。（二）国家二级铁路。（三）国家三级铁路：薄及中厚煤层的采深与单层采厚比小于60；厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比小于80。（四）工矿企业专用铁路：薄及中厚煤层的采深与单层采厚比小于40；厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比小于60。（五）铁路隧道。（六）全长大于20m的铁路桥。（七）一级、二级铁路线上的一、二等铁路车站。（八）目前条件下采用改道或不留设煤柱方法处理在技术上不可能或经济上不合理的铁路线路或其他建（构）筑物；（九）有严重滑坡危险而又难以处理的铁路线路。铁路受护面积的圈定：铁路路堤以两侧路堤坡脚外1m为界，路堑以两侧顶边缘为界。在两侧界线以内的范围为受护对象；在两侧界线外留出的维护带宽度为：国家一级铁路，20米；国家二级铁路，15米；国家三级铁路，10米；工业企业专用铁路，5米。铁路保护煤柱的留设方法比较简单：1、首先确定受护面积边界：在平面图上沿着线路圈出受护对象范围，再留出围护带，得到受护面积边界；2、然后根据铁路线形状间隔选择适当剖面，采用斜交剖面移动角、确定各个剖面上的煤柱范围（有松散层时先用松散层移动角画线至基岩面）；3、最后将各个剖面上的煤柱边界投影到平面图上，相连后即得到铁路保护煤柱边界。例2-5：铁路保护煤柱设计实例 某矿区有国家一级铁路线通过。铁路下方的煤层埋藏深度为120310m，厚度M=2m，倾角=15°。煤系岩层为中等硬度，以砂岩、砂质页岩互层为主。铁路线路位置及煤层底板等高线见详图2-20。本区松散层厚度h=20m，为正常湿度的砂质粘土，地面平均标高为+70m。用垂直剖面法设计铁路保护煤柱。其具体步骤如下：1、受护面积的确定。在平面图上对路堤部分以路堤坡脚外1m为受护边界，由此得到。围护带宽度取20m。在受护边界外围划出围护带，则得为受护面积。2、移动角选定：3、根据线路特征，作6个横向竖直剖面：A-A、B-B、C-C、D-D、E-E、F-F。4、在平面图上，根据煤层底板等高线求出各剖面上受护面积边界点下方煤层埋藏深度（各点处的地表标高减去煤层底板标高），列于表2-8。表2-8 铁路线路各剖面特征表剖面H1（m）H2（m）309219195.5176157133314.52271991701451206767867351517777807874748080808080805、在平面图上量出各剖面处受护边界与煤层走向的夹角，并列于表2-8。并计算各剖面上的斜交剖面移动角、，列于表2-8。6、作A-A横向竖直剖面图，在受护边界点a1、a1及作直线到基岩面，然后从该两点交点分别以作直线与煤层底板相交，得交点。在A-A剖面图上，将交点投影到地面上得a2、a2，点a2、a2为该剖面图上铁路保护煤柱边界在地表的投影。7、用同样的方法求出B-B、C-C、D-D、E-E、F-F剖面上的铁路保护煤柱边界在地表的投影。8、将所求各点转绘到平面图上，用圆滑曲线连接各点，得曲线和。两曲线内的煤层为铁路保护煤柱。图2-20 铁路保护煤柱留设图四、煤层向、背斜构造地区保护煤柱的留设（一）当建筑物位于向斜轴部上方时（），保护煤柱边界的确定（图2-21）1、在平面图上沿倾向剖面线作倾向剖面。在剖面上，由受护边界、点，以角在松散层作直线至基岩面交于、点；2、在基岩内，当岩层内倾角变化小于10°时，在、点用角作直线交于煤层底板点、；3、在过向斜轴面与煤层的交点处作的走向剖面上，以角和角在松散层和基岩内作直线，得出保护煤柱的上山、下山边界12和12；4、把剖面图上的12，12，12转绘至平面图上，并连接之，即得保护煤柱边界1221。图2-21 建筑物位于向斜轴部上方时（）保护煤柱留设（二）当建筑物位于背斜轴部上方时（），保护煤柱边界的确定（图2-22）1、在倾斜剖面上，由受护面积边界以角在松散层内作直线，以角在基岩内作直线，与煤层相交于、点，即为保护煤柱的倾向边界；2、在沿背斜面与煤层的交点作的走向剖面上，以、作直线，得出保护煤柱的走向边界点12，12，12；3、把剖面上的煤柱边界点转绘到平面图上，即得保护煤柱边界111222。图2-22建筑物位于背斜轴部上方时（）保护煤柱留设思考题：1、在什么情况下，需要留设保护煤柱？2、在设计建筑物保护煤柱时，为何要留维护带？3、简述用垂直断面法留设建筑物保护煤柱的基本步骤，并绘制示意图说明。4、用垂线法设计保护煤柱时，如何计算q、l值？5、说明斜交剖面移动角的含义？专心-专注-专业