作图法: 沿煤层走向和倾向作剖面，在剖面上由岩层移 动角确定煤柱宽度，并投影到平面图上，得到 保护煤柱边界。
所需资料： 移动角 煤层底板等高线 井田地质剖面 井上下对照图
ⅠⅠ
m φ γ m1
n hφ
n1 β
n2
m2
q
φ δ
q1
q2
q3 ⅠⅠ
k
h
φ
k δ 1
-100
k2
-150 -200
-250
-300
•采用不搬迁或就地重建采煤在技术上不可能 或经济上不合理，搬迁又无法实现或在经济 上严重不合理的建筑物或构筑物。
需要留设保护煤柱的地面建筑物
• 采后重要建筑物或构筑物所在的地表可能产 生抽冒、切冒、滑坡等形式的塌陷漏斗坑、 突然下沉或滑动崩塌，造成对重要建（构） 筑物地基严重破坏的。
• 建（构）筑物所在的地表下面潜水位较高， 采后因地表下沉导致建（构）筑物及其附近 地面积水，又不能自流排泄或采用人工排泄 方法经济上不合理的。
h
h
采深不同，煤柱留设宽度不同，采深愈大，煤柱留设 宽度愈大。冲积层愈厚，煤柱留设宽度愈大
2）围护带
保护面积=建筑物本身+围护带
围护带的：
抵消移动角的误差测量中井上下 位置不准确误差
围护带尺寸取决于建筑物的重要 性和破坏后的后果。
保护等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
宽度(m)
20 15 10 5
三、垂直剖面法设计保护煤柱
级铁路线上的一、二级铁路车站； 5、采用其他方法处理，技术上不可能或经济上
不合理的铁路及其建筑物； 6、有严重滑坡危险又难以处理的铁路线；
铁路保护煤柱留设
以铁路保护煤柱为例推导任意剖面处垂线 长度
已知条件: 铁路与煤层斜交，交角为θ 表土层厚h，移动角， 基岩移动角为，和 煤层各点的埋深Hi和真倾角 铁路路基和其两侧围护带宽度之和为T
需要留设保护煤柱的地面建筑物
• 重要河（湖、海）堤、库（河）坝、船闸、 泄洪闸、泄水隧道和水电站等大型水工建 筑工程。
• 高速公路、机场跑道。 《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设
与压煤开采规程》 中华人民共和国国家煤炭工业局，2000.6
保护煤柱留设原理
在保护对象的下方留一部分煤炭不开采，使其 周围的煤炭开采对保护对象不产生危险性的移 动和变形。
Bm φ γ HB
ls
nA φ β
αs
q
h
倾 H A 向 剖 面 上
q (HA h)
tg tg
l (HB h)
tg tg
4、垂线法（计算法）设计保护煤柱
计算从保 护边界所 做的垂线 长度
s = hctg
β′
qc1 q
b
C
qc2 c
c′
β′
150
B 100
c"
b lb
b′ b"
0
D
qd d d"
β′
c"
b lb
b′ b"
0
l (H i h) ctg ' 1 ctg ' tg cos
D
qd d d′d"
a"
θ a′ a
θ
-100
γ′
-200
-300
ld la 2
γ′
la 1
-400
A
垂线法设计保护煤柱分析
•涉及单独线条的保 护
•对于每条线来说， 只有伪倾斜上山方 向的移动角或伪 D 倾斜下山方向的移 动角；
k 3 -350
ⅠⅠ
ⅠⅠ
A(q3)
a
q b B(q2)
a′ b′
Ⅰ m2
m
n n2
d′ c′
d kc
C(k 3)
D(k 2)
结果为对称的梯形。
注意的问题：梯形上 Ⅰ 下边与煤层走向平行。
作图法比较简单，但 增大了煤柱尺寸，煤 柱损失较大。
-100
-150
-200
ⅠⅠ
-250 -300 -350
垂直剖面法煤柱尺寸的计算
-50 -100 -150 -200
建筑物受保护面积
•地面建筑物本身的面积 •建筑物周围增加了围护带后扩展的面 积
增加围护带的目的： •抵消留设保护煤柱时移动角的误差 •抵消井上下位置关系确定不准确误差
建（构）筑物保护等级与围护带宽度
建筑物保
护等级
Ⅰ
围护带宽
度(m)
20
Ⅱ
III Ⅳ
15
10
5
围护带尺寸取决于建筑物的重要性和破坏后 的后果。
2-2 建筑物保护煤柱设计
建筑物下采煤的4条技术路线：
✓留设保护煤柱 ✓建筑物搬迁 ✓减小开采引起的变形 ✓提高建筑物抗变形能力
保护煤柱是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上述保护 对象不受开采影响的那部分煤炭。
留设保护煤柱是保护岩层内部和地表建筑物 、构筑物免受开采影响的一种比较可靠的方 法。
铁路保护煤柱留设
Ⅰ
20
0
q BS
-20
θ
-40
T S A
l
B
φ
HB β′
ⅠⅠ T
S
S
A φh
γ′
α′ h q q
Ⅰ
HA
α′
hl
l
S=hctg
铁路直线段保护煤柱总宽度 W=T+2S+l+q
铁路保护煤柱留设
•埋深变化，垂线长 度不同
β′
qc1 q
b
C
qc2 c
c′
β′
150
B 100
c"
b lb
b′ b"
0
ld la 2
qd d d′d"
a"
γ′
θ a′ a
la 1
θ
-100
γ′
-200
-300
-400
A
铁路保护煤柱留设
以下情况需要留设铁路保护煤柱： 1、国家一级、二级铁路； 2、国家三级铁路：薄及中厚煤层H/M≤60 厚煤层及煤层群H/M≤80； 3、工矿专用铁路：薄及中厚煤层H/M≤40 厚煤层及煤层群H/M≤60； 4、铁路隧道：全长大于20m的铁路桥，一、二
a"
θ
-100
γ′
-200
ld la 2
a′
a
-300
γ′
la 1
-400
A
垂线计算
过a、b、c、d角点，分别作垂直ab、bc、
cd和ad直线的垂线，la1和lb，qb和qc1，qc2
和qd，la2和ld
C
β′
150
qc1 q
b
qc2 c
c′
B 100
q
(Hi
1 ctg '
h) ctg ' tg cos
缺点：
1、有一部份煤炭留在地下暂时或永远不能 采出，造成大量煤炭资源的损失，缩短 矿井生产年限；
2、由于留设保护煤柱，是采掘工作复杂化 和采掘工程量增大，还会导致局部矿压 集中，给矿井生产造成危害。
需要留设保护煤柱的地面建筑物
•工业场地建筑物和构筑物，矿井主要通风机 房及其风道等设施。
•国务院明令保护的文物、纪念性建（构）筑 物。
毕业设计为保护地面建筑物需留设的煤柱
工业广场煤柱； 风井煤柱； 铁路煤柱； 村庄煤柱。
保护煤柱留设参数
1）移动角 岩层（基岩）移动角 、、 煤层倾角α<50时， = = 煤层倾角α>50时, = , = -0.5α
黄土层= 55 松散层移动角 风化堆积物 =45
富水坡积物或砂层=35