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1、高庄水库保护煤柱设计【摘要】:本保护煤柱设计为正明煤业井田内高庄水库保护煤柱设计,该设计采用垂线法进行设计。关键词:高庄水库 保护煤柱 垂线法一、概况高庄水库位于正明煤业井田东部榆林村东,是1962年由左权县龙泉乡投资兴建,高庄水库范围东西长360m,南北长120m总库容量20万m3,汇水面积7.2km2,大坝为浆砌石重力坝,坝长125 m,高15 m,为年调节水库,雨季存水较多。水库面积3.07万m2,积水标高1204.3m,积水深度4.6m,入库水量3.6m3/h,排出水量3.6m3/h,水量14.1万m3。二、选用参数此次煤柱设计选用阳泉地表岩移观测站最终参数移动角值:上山移动角、走向移
2、动角值均为72,下山移动角为68,表土移动角取45。受护对象煤层的埋藏深度、煤层厚度、煤层倾角及黄土层厚度见下表。名称煤层埋深煤厚及倾角表土层厚度(平均)高庄水库325-370m5.51m/87m三、设计方法选择及围护带宽度确定:合理的选择煤柱留设方法,可以减少浪费煤炭资源,使煤炭资源得到合理的利用,故此选择垂线法进行留设。按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定高庄水库属()级水工受护对象,其围护带宽度为15m。 四、垂线法设计步骤及过程1、受护对象拐点坐标一览表:高庄水库边界拐点坐标:点号高庄水库4101905.619707429.11207410194919707446.
3、812054101994.919707494.912054101950.919707534.612064101963.919707576.412104101936.119707605.612124101994.419707681.2121284101979.819707820.7120894101863.119707783.21208104101860.319707696.71207114101873.719707552.61211124101901.819707495.31209134101889.219707442.812072、确定1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、1
4、3拐点圈定高庄水库受护对象边界,在外侧加围护带15m,得围护带边界点a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m。3、在围护带边界点a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m向外按公式S=hctg,所求得黄土层的宽度划出a、b、c、d、e、f、jk、l、m。4、黄土层的宽度计算一览表:高庄水库:拐点标高基岩标高黄土层厚度备注11207m1200m7m S=hctg =7mctg45=7m21205m1199m6mS=hctg =6mctg45=6m31205m1198m7mS=hctg =7mctg45=7m41206m1200m6mS=hctg =6mctg45=6m51210
5、m1202m8mS=hctg =8mctg45=8m61212m1204m8mS=hctg =8mctg45=8m71212m1204m8mS=hctg =8mctg45=8m81208m1201m7mS=hctg =7mctg45=7m91208m1201m7mS=hctg =7mctg45=7m101207m1201m6mS=hctg =6mctg45=6m111211m1205m6mS=hctg =6mctg45=6m121209m1203m6mS=hctg =6mctg45=6m131207m1200m7mS=hctg =7mctg45=7m5、由黄土层宽度所划出的a、b、c、d、e、
6、f、jk、l、m多边形,保护煤柱边界用垂线法圈定,由各点分别作线段ab、bc、cd、de、ef、fg、gh、hi、ij、jk、kl、lm、ma各垂线长Q(煤层上山方向垂线长度)、L(煤层下山方向垂线长度),按下式计算:Q=(H-h)ctg/(1+ctgcostg) L=(H-h)ctg/(1- ctgcostg)上山方向移动角=72下山方向=68,走向方向=72根据下列公式求出:ctg=(ctg2cos2+ ctg2sin2)1/2ctg=(ctg2cos2+ ctg2sin2)1/26、围护带边界与煤层走向方向之间所夹的锐角及相应ctgctg值见下表:高庄水库:边名围护带边界与走向方向所夹锐
7、角()ctgctgab022390.32492bc2345580.32492cd6437020.324920.34084de5010500.32492ef690290.324920.33611fg2945300.32492gh7321280.32492hi445400.324920.40423ij6534130.324920.33976jk7243290.324920.33265kl8629010.32492lm5355550.324920.35435ma6230150.324927、各受护对象各煤层各点基岩面至煤层垂深(H-h)值计算高庄水库15#煤a点 (H-h)=370m-7m=363m
8、b点 (H-h)=369m-6m=363mc点 (H-h)=369m-7m=362md点 (H-h)=363m-6m=357me点 (H-h)=365m-8m=357mf点 (H-h)=363m-8m=355mg点 (H-h)=361m-8m=353mh点 (H-h)=340m-7m=333mi点 (H-h)=325m-7m=318mj点 (H-h)=342m-6m=336mk点 (H-h)=359m-6m=353ml点 (H-h)=364m-6m=358mm点 (H-h)=366m-7m=359m8、根据上述起始数据按公式计算各垂线的q 、L值高庄水库15#煤:a-11 L=(363m0.3
9、2492)/(1- 0.32492cos623015tg8) =120.486ma-12 L=(363m0.32492)/(1- 0.32492cos02239tg8)=123.589mb-13 L=(363m0.32492)/(1- 0.32492cos02239tg8) =123.589mb-14 L=(363m0.32492)/(1- 0.32492cos234558tg8) =123.09mc-15 L=(362m0.32492)/(1- 0.32492cos234558tg8) =122.751mc-16 Q=(362m0.34084)/(1+0.34084cos643702tg8)
10、 =120.902md-17 L=(357m0.32492)/(1- 0.32492cos501050tg8) =119.491md-18 Q=(357m0.34084)/(1+0.34084cos643702tg8) =119.232me-19 L=(357m0.32492)/(1- 0.32492cos501050tg8) =119.491me-20 Q=(357m0.33611)/(1+ 0.33611cos69029tg8) =117.994mf-21 L=(355m0.32492)/(1- 0.32492cos294530tg8) =120.108mf-22 Q=(355m0.336
11、11)/(1+0.33611cos69029tg8) =117.334mg-23 L=(353m0.32492)/(1- 0.32492cos294530tg8) =119.431mg-24 L=(353m0.32492)/(1- 0.32492cos732128tg8) =116.217mh-25 L=(333m0.32492)/(1- 0.32492cos732128tg8) =109.632mh-26 Q=(333m0.40423)/(1+0.40423cos44540tg8) =127.396mi-27 Q=(318m0.40423)/(1+0.40423cos44540tg8) =1
12、21.658mi-28 Q=(318m0.33976)/(1+ 0.33976cos653413tg8) =105.951mj-29 Q=(336m0.33976)/(1+ 0.33976cos653413tg8) =111.949mj-30 Q=(336m0.33265)/(1+ 0.33265cos724329tg8) =110.24mk-31 Q=(353m0.33265)/(1+ 0.33265cos724329tg8) =115.818mk-32 L=(353m0.32492)/(1- 0.32492cos862901tg8) =115.019ml-33 Q=(358m0.35435
13、)/(1+ 0.35435cos535555tg8) =123.244ml-34 L=(358m0.32492)/(1- 0.32492cos862901tg8) =116.648mm-35 Q=(359m0.35435)/(1+ 0.35435cos535555tg8) =123.588mm-36 L=(359m0.32492)/(1- 0.32492cos623015tg8)9、保护煤柱拐点坐标一览表:通过垂线长度延长及修剪最终得到保护煤柱各拐点坐标高庄水库:点号高庄水库15#煤XYA4101881.67419707260.611 B4102031.36519707324.689 C410
14、2205.63219707504.408 D4102115.92619707579.032 E4102127.50519707611.017 F4102123.27019707615.301 G4102140.92519707638.558 H4102084.98919708016.316 I4101742.97619707893.117 J4101728.23119707709.218 K4101738.68919707520.702 L4101751.82419707491.938 M4101726.87019707397.522 五、保护煤柱面积及压煤量一览表根据公式计算储量(公式见附录
15、)煤层块段111b储量122b储量333储量15#111b-3111b-5111b-61623766.3t高庄水库保护煤柱最终压煤量计算:111b-3、111b-5、111b-6块段压煤162.4万吨。六、总结:该煤柱设计采用计算机计算制作,煤层底板等高线依据正明煤业矿井地质报告,地面标高现场实测,煤厚、容重等地质参数依据正明煤业矿井地质报告及附近钻孔,保护煤柱各角点坐标从图上直接量取。煤柱设计图比例为1:2000,并附地形图,此次设计随地质构造及建(构)筑物变化作修改。参考文献:1煤矿测量手册 煤炭工业部生产司组织编写 煤炭工业出版社 19792矿山测量学 中国矿业学院测量教研室 煤炭工业出版社 19793、建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 煤炭工业出版社 1985附录一计算公式:s=hctg(式中h为冲积层厚度;为冲积层移动角) (H-h)ctg q=- 1+ctgcostg (H-h)ctgl=- 1-ctgcostgctg=开方(ctgcos+ctgsin)ctg=开方(ctgcos+ctgsin) 、 、分别为上山方向、下山方向和走向方向的基岩移动角。 (H-h)埋藏深度减去冲积层厚度h 围护带边界与煤层倾向线之间所夹的锐角; Q=A平MR/cos A平水平面积M 煤厚R 容重 煤层倾角
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