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1、宝雨山煤矿防治水计算公式、经验公式汇编一、项目实施背景河南宝雨山煤业有限公司宝雨山煤矿水文地质类型为复杂型，矿井防治水工作量大、任务艰巨。为制定科学切实可行有效的防治水措施，工程技术人员需要花费很长时间翻阅大量的书籍查找需要的防治水计算公式、经验公式，为了提高编制防治水措施的质量及效率，组织工程技术人员搜集防治水计算公式、经验公式进行整理，编制了防治水计算公式、经验公式汇编。二、项目实施进度安排1、2015年1月份开始对煤矿防治水规定煤矿安全规程地质学基础水文地质学基础构造地质学钻探工程河南煤化钻探注浆标准中关于防治水的计算公式、经验公式进行整理及排版2、2015年8月份开始使用。三、项目实施
2、过程（一）钻探计算公式1、钻具全长=累计孔深+残尺（机上余尺+机高）机高=钻机立轴固定盘至孔口之距离。2、累计孔深=上次累计孔深+本次进尺累计孔深=钻具全长-本次残尺-减尺-钻头磨损。3、岩（煤）层真厚度计算公式：公式：已知岩层钻探伪厚度L，钻孔倾角，岩层倾角或钻孔方向岩层方向岩层伪倾角，求岩层真厚度m公式：公式：（1）垂直孔：m=Lcos，式中为岩层真倾角，它等于岩芯倾角。（2）顺岩层倾向（或伪倾向）钻孔：m=Lsin（-）（3）逆岩层倾向（或伪倾向）钻孔：m=Lsin（+）主要用途：（1）用钻探资料计算岩层真厚度。（2）设计钻孔时根据岩层厚度计算设计钻探伪厚度。（3）反算钻孔倾角。(二）单
3、孔出水量估算公式1、公式：q=CW2gh式中：q单孔出水量（m3/s）；C流量系数，一般取0.60.62；W钻孔的断面积（m2）；g重力加速度（9.81m/s2）；h钻孔出口处的水头高度（m）。为计算钻孔的平均放水量，可取最大水头高度的4045%。2、用途：（1）设计放水孔孔径孔数；（2）根据钻孔喷出水头高度估算钻孔出水量。(三)老空积水估算公式Q积=Q采+Q巷Q采=KMF/cosaQ巷=WLK式中Q积：总积水量，m3；Q采：采空区积水量之和，m3；Q巷：巷道积水量之和，m3；K：充水系数，采空区一般取K=0.250.5(按老空区形成时间远近选取数据，新采空区取值大)，煤巷一般取K=0.50.
4、8（根据巷道时间远近，巷道支护方式等选取数据），岩巷取K=0.81.0（按巷道支护方式，掘巷时间等选取数据）；F采空积水区的水平投影面积(m2);M：采空区的平均采厚，m；a:煤层倾角；W:积水巷道原有断面，m2；L：积水巷道长度，m。(四)探放水超前距及帮距计算公式L=0.5KM式中：L超前距或帮距，m；K安全系数取，25；M煤层厚度，m；P水头压力，MPa；KP煤的抗拉强度，MPa(五)常用注浆材料计算公式及参数1、普通水泥主要性质：（1）普通水泥的比重3.03.15，通常采用3.0。容重为1.01.6t/m3，通常采用1.3t/m3。（2）普通水泥初凝为13小时，终凝为58小时（初凝为水
5、泥从加水起到维卡试针沉入浆液中距离底板0.51mm时间，终凝为试针沉入净浆中不超过1.0mm所需时间）。（3）强度：国际普通水泥分为200、250、300、400、500、600等标号。2、水泥浆配制公式：（1）水灰比（）公式：=Ww/Wc式中：Ww水的重量Wc水泥的重量。（2）水泥浆的体积计算公式：Vg=Vc+VW。式中：Vg水泥浆的体积；Vc水泥的体积，Vc=Wc/dc；Wc水泥的重量；dc水泥比重；VW水的体积。（3）一定水灰比配制一定体积水泥浆所需水泥和水的量计算公式：Wc=dcV/1+dcWw=Wc式中：Wc水泥重量；Ww水的用量；V欲配浆液体积；dc水泥比重；水灰比。（4）浆液由稀
6、变浓计算加水泥公式：Wc=（2-1）Wc式中：1原浆液水灰比。（5）浆液由浓变稀计算加水公式：Wc=（2-1）1Wc3、水玻璃浓度常用波美度表示，注浆一般使用3045波美度。波美度与比重计算公式为：Be=145-145/dd=145/（145-Be）式中：d比重；Be波美度。4、粘土浆主要参数：（1）粘土比重一般为2，容重为1.3t/m3；（2）粘土浆比重常用1.121.20；（3）计算比重为dn的一方粘土浆中含粘土X吨公式：X=2dn-2。一吨粘土造比重为dn粘土浆量为1/dn方（4）粘土水泥浆：一方粘土水泥浆中水泥量为0.10.4t；加水玻璃体积比为0.53%。(六)浆液注入量预算公式1、
7、浆液注入量预算公式：V=AHR2n式中：V注浆孔浆液预算注入量（m3）；A浆液消耗系数，一般A=1.21.5；H注浆段高（m）；R浆液的有效扩散半径（m），一般按20m计算；充填系数，取0.9n岩石裂隙率（%），一般根据取芯和抽压水试验来确定。在砂岩、砂质页岩含水层n=13%；断层破碎带或岩溶发育的地层n最大10%。（取0.012）。2、用途：（1）预计孔内注浆量；（2）根据注入量计算扩散半径。(七)防隔水安全煤岩柱设计计算方法留设防水安全煤岩柱的目的是，不允许导水裂缝带波及水体。其垂高(Hsh)应大于或等于导水裂缝带的最大高度(Hli)加上保护层厚度(Hb)（如图7-1a，图7-1b所示），
8、即HshHli+Hb(7-1)图7-1防水安全煤柱设计a缓倾斜煤层；b急倾斜煤层如果煤系地层无松散层覆盖和采深较小，则应考虑地表裂缝深度(Hbili)(如图7-2所示)，此时HshHli+Hb+Hbili(7-2)图7-2煤系地层无松散层覆盖时防水安全煤柱设计如果松散含水层为强或中等含水层，且直接与基岩接触，而基岩风化带亦含水，则应考虑基岩风化带深度(Hfe)(如图7-3所示)，此时HshHli+Hb+Hfe(7-3)或者将水体底界面下移至基岩风化带底界面。上述式中：Hsh防隔水煤（岩）柱高度，m；Hli导水裂缝带最大高度，m；Hb保护层厚度，m；Hbili地表裂缝深度，m；Hfe基岩风化带深
9、度，m。图7-3基岩风化带含水时防水安全煤岩柱设计(八)防砂安全煤岩柱设计计算方法留设防砂安全煤岩柱的目的，是允许导水裂缝带波及松散弱含水层或已疏降的松散强含水层，但不允许垮落带接近松散层底部。其垂高(Hs)应大于或等于垮落带的最大高度(Hm)加上保护层厚度(Hb)(如图8-1所示)，即HsHm+Hb(8-1)图8-1防砂安全煤岩柱设计(九)防塌安全煤岩柱设计计算方法留设防塌安全煤岩柱的目的，是不允许导水裂缝带波及松散弱含水层或已疏干的松散含水层，同时允许垮落带接近松散层底部。其垂高(Ht)应等于或接近垮落带的最大高度(Hm)(如图9-1所示)，即HtHm。图9-1防塌安全煤岩柱设计(十)垮落
10、带和导水裂缝带高度的设计计算1缓倾斜(035)、中倾斜(3654)煤层(1)垮落带高度1)如果煤层顶板覆岩内有极坚硬岩层，采后能形成悬顶时，其下方的垮落带最大高度可采用下式计算：(10-1)式中：Hm垮落带高度，m；K冒落岩石碎涨系数；煤层倾角，。2)当煤层顶板覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层时，开采单一煤层的垮落带最大高度可采用下式计算：(10-2)式中：W冒落过程中顶板的下沉值，m；3)当煤层顶板覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层时，厚煤层分层开采的垮落带最大高度可采用附表10-1中的公式计算。（2)导水裂缝带高度煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层时，厚
11、煤层分层开采的导水裂缝带最大高度可选用表10-2中的公式计算。表10-1厚煤层分层开采的垮落带高度计算公式覆岩岩性(单向抗压强度及主要岩石名称)(MPa)计算公式(m)坚硬(4080，石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩)中硬(2040，砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩)软弱(1020，泥岩、泥质砂岩)极软弱(10，铝土岩、风化泥岩、粘土、砂质粘土)注：M累计采厚；公式应用范围：单层采厚13m，累计采厚不超过15m；计算公式中号项为中误差。表10-2、表10-3同。表10-2厚煤层分层开采的导水裂缝带高度计算公式覆岩岩性计算公式之一(m)计算公式之二(m)坚硬中硬软弱极软弱2急倾斜煤层(5590)煤
12、层顶、底板为坚硬、中硬、软弱岩层，用垮落法开采时的垮落带和导水裂缝带高度可用附表10-3中的公式计算。表10-3急倾斜煤层垮落带、导水裂缝带高度计算公式覆岩岩性导水裂缝带高度(m)垮落带高度(m)坚硬中硬、软弱(十)保护层厚度的选取1缓倾斜(035)、中倾斜(3654)煤层(1)防水安全煤岩柱的保护层厚度，可根据有无松散层及其中粘性土层厚度按附表11-1中的数值选取。表11-1防水安全煤岩柱保护层厚度(不适用于综放开采)单位：m覆岩岩性松散层底部粘性土层厚度大于累计采厚松散层底部粘性土层厚度小于累计采厚松散层全厚小于累计采厚松散层底部无粘性土层坚硬4A5A6A7A中硬3A4A5A6A软弱2A3
13、A4A5A极软弱2A2A3A4A注：A=M/n:M累计采厚；n分层层数；附表11-2同。(2)防砂安全煤岩柱的保护层厚度，可按表11-2中的数值选取。表11-2防砂安全煤岩柱保护层厚度(不适用于综放开采)单位：m覆岩岩性松散层底部粘性土层或弱含水层厚度大于累计采厚松散层全厚大于累计采厚坚硬4A2A中硬3A2A软弱2A2A极软弱2A2A2急倾斜煤层(5590)急倾斜煤层防水煤岩柱及防砂煤岩柱的保护层厚度，可按表11-3中的数值选取。表11-3急倾斜煤层防水及防砂煤岩柱保护层厚度单位：m覆岩岩性55707190abcdabcd坚硬1518202217202224中硬1013151712151719
14、软弱5810127101214注：a松散层底部粘性土层大于累计采厚；b松散层底部粘性土层小于累计采厚；c松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层；d松散层底部无粘性土层。(十二)近距离煤层垮落带和导水裂缝带高度的设计计算1、上、下两层煤的最小垂距h大于回采下层煤的垮落带高度Hxm时，上、下层煤的导水裂缝带高度可按上、下层煤的厚度分别选用附表10-2中的公式计算，取其中标高最高者作为两层煤的导水裂缝带最大高度(如图12-1所示)。图12-1近距离煤层导水裂缝带高度计算(hHxm)2、下层煤的垮落带接触到或完全进入上层煤范围内时，上层煤的导水裂缝带最大高度采用本层煤的开采厚度计算，下层煤的导水裂缝带最大高度，则应采用上、下层煤的综合开采厚度计算，取其中标高最高者为两层煤的导水裂缝带最大高度(如图12-2所示)。图12-2近距
