防治水計(jì)算公式、經(jīng)驗(yàn)公式匯編

1、寶雨山煤礦防治水計(jì)算公式、經(jīng)驗(yàn)公式匯編一、項(xiàng)目實(shí)施背景河南寶雨山煤業(yè)有限公司寶雨山煤礦水文地質(zhì)類型為復(fù)雜型， 礦井防治水工 作量大、任務(wù)艱巨。為制定科學(xué)切實(shí)可行有效的防治水措施， 工程技術(shù)人員需要 花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間翻閱大量的書籍查找需要的防治水計(jì)算公式、 經(jīng)驗(yàn)公式，為了提高 編制防治水措施的質(zhì)量及效率，組織工程技術(shù)人員搜集防治水計(jì)算公式、經(jīng)驗(yàn)公 式進(jìn)行整理，編制了防治水計(jì)算公式、經(jīng)驗(yàn)公式匯編。二、項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度安排1、2015年1月份開始對(duì)煤礦防治水規(guī)定煤礦安全規(guī)程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)水 文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)鉆探工程河南煤化鉆探注漿標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于防 治水的計(jì)算公式、經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行整理及排版2、2015年8月份開始

2、使用。三、項(xiàng)目實(shí)施過程（一）鉆探計(jì)算公式1、鉆具全長(zhǎng)=累計(jì)孔深+殘尺（機(jī)上余尺+機(jī)高）機(jī)高=鉆機(jī)立軸固定盤至孔口之距離。2、累計(jì)孔深=上次累計(jì)孔深+本次進(jìn)尺累計(jì)孔深=鉆具全長(zhǎng)-本次殘尺-減尺-鉆頭磨損。3、巖（煤）層真厚度計(jì)算公式：公式：已知巖層鉆探偽厚度 L，鉆孔傾角a，巖層傾角或鉆孔方向巖層方向 巖層偽傾角B,求巖層真厚度m公式：公式：（1）垂直孔：m=LcosB，式中B為巖層真傾角，它等于巖芯傾角（2）順巖層傾向（或偽傾向）鉆孔： m=Lsin （a-B）（3）逆巖層傾向（或偽傾向）鉆孔： m=Lsin （a+ B）主要用途：（1）用鉆探資料計(jì)算巖層真厚度。（2）設(shè)計(jì)鉆孔時(shí)根據(jù)巖層厚度計(jì)

3、算設(shè)計(jì)鉆探偽厚度。（3）反算鉆孔傾角。（二）單孔出水量估算公式1、公式：q=CWV2gh式中：q單孔出水量（m3/s）;C流量系數(shù)，一般取0.6-0.62;W鉆孔的斷面積（m2）;g重力加速度（9.81m/s2）；h鉆孔出口處的水頭高度（m）。為計(jì)算鉆孔的平均放水量，可取最大水頭高度的 4045%。2、用途：（1）設(shè)計(jì)放水孔孔徑孔數(shù)；（2）根據(jù)鉆孔噴出水頭高度估算鉆孔出水量。（三）老空積水估算公式Q積=2Q采+ 2Q巷Q 采=KMF/cosaQ 巷=WLK式中Q積：總積水量，m3；藝Q米：米空區(qū)積水量之和，m3；2Q巷：巷道積水量之和，m3; K:充水系數(shù)，采空區(qū)一般取 K=0.250.5（按

4、老空區(qū)形成時(shí)間遠(yuǎn)近選取數(shù)據(jù)，新采空區(qū)取值大），煤巷一般取K=0.50.8（根據(jù)巷道時(shí)間遠(yuǎn)近，巷道支護(hù)方式等選取數(shù)據(jù)）巖巷取K=0.81.0（按巷道支護(hù)方式，掘巷時(shí)間等選取數(shù)據(jù)）；F采空積水區(qū)的水平投影面積（m2）;M:采空區(qū)的平均采厚，m；a：煤層傾角;L:積水巷道長(zhǎng)度，m。W:積水巷道原有斷面，m2;（四）探放水超前距及幫距計(jì)算公式式中：L超前距或幫距，m；K安全系數(shù)取，25;M 煤層厚度，m；P水頭壓力，MPa；Kp煤的抗拉強(qiáng)度，MPa（五）常用注漿材料計(jì)算公式及參數(shù)1、普通水泥主要性質(zhì)：（1）普通水泥的比重3.（3.15,通常采用3.0。容重為1.01.6t/ m3,通常采用 1.3t/

5、 m3。（2）普通水泥初凝為13小時(shí)，終凝為58小時(shí)（初凝為水泥從加水起 到維卡試針沉入漿液中距離底板 0.51mm時(shí)間，終凝為試針沉入凈漿中不超過 1.0mm所需時(shí)間）。（3） 強(qiáng)度：國(guó)際普通水泥分為 200 250 300、400 500 600等標(biāo)號(hào)。2、水泥漿配制公式：(1) 水灰比(p)公式:p二Ww/Wc式中：Ww水的重量Wc水泥的重量。(2) 水泥漿的體積計(jì)算公式：Vg =Vc+Vw。式中：Vg水泥漿的體積；Vc水泥的體積，Vc=Wc/d c；Wc水泥的重量；dc水泥比重；V W 水的體積。(3) 定水灰比配制一定體積水泥漿所需水泥和水的量計(jì)算公式:Wc = dcV/1+d cp

6、Ww= pWc式中：Wc水泥重量；Ww水的用量；V欲配漿液體積；dc水泥比重；p 水灰比。(4) 漿液由稀變濃計(jì)算加水泥公式：2Wc= (p2- p) Wc式中：pi原漿液水灰比。(5) 漿液由濃變稀計(jì)算加水公式:4Wc= （P2- p）piWc3、 水玻璃濃度常用波美度表示，注漿一般使用3045波美度。波美度與比重計(jì)算公式為：Be=145-145/dd =145/（ 145-Be）式中：d比重；Be波美度。4、粘土漿主要參數(shù)：（1）粘土比重一般為2,容重為1.3t/ m3;（2）粘土漿比重常用1.121.20;（3） 計(jì)算比重為dn的一方粘土漿中含粘土 X噸公式：X=2dn-2。一噸粘土 造

7、比重為dn粘土漿量為1/dn方（4） 粘土水泥漿：一方粘土水泥漿中水泥量為0.10.4t ;加水玻璃體積比 為0.53%。（六）漿液注入量預(yù)算公式1、漿液注入量預(yù)算公式：V=AH ：R2n B式中：V注漿孔漿液預(yù)算注入量（m3）;A漿液消耗系數(shù)，一般 A=1.21.5;H 注漿段高（m）;R漿液的有效擴(kuò)散半徑（m）, 般按20 m計(jì)算；B充填系數(shù)，取0.9n巖石裂隙率（%）, 一般根據(jù)取芯和抽壓水試驗(yàn)來確定。在砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖含水層n=13%;斷層破碎帶或巖溶發(fā)育的地層 n最大10%。（取0.012。2、用途：（1）預(yù)計(jì)孔內(nèi)注漿量；（2）根據(jù)注入量計(jì)算擴(kuò)散半徑。（七）防隔水安全煤巖柱設(shè)計(jì)計(jì)算方法

8、留設(shè)防水安全煤巖柱的目的是，不允許導(dǎo)水裂縫帶波及水體。其垂高（Hsh）應(yīng)大于或等于導(dǎo)水裂縫帶的最大高度（Hd加上保護(hù)層厚度（Hb）（如圖7-1a圖7-1b所示），即a 緩傾斜煤層；b急傾斜煤層如果煤系地層無松散層覆蓋和采深較小，則應(yīng)考慮地表裂縫深度（Hbiii）（如圖7-2所示），此時(shí)(7-2)HshH li+ H b + H bili圖7-2煤系地層無松散層覆蓋時(shí)防水安全煤柱設(shè)計(jì)如果松散含水層為強(qiáng)或中等含水層，且直接與基巖接觸，而基巖風(fēng)化帶亦含水，則應(yīng)考慮基巖風(fēng)化帶深度（Hfe）（如圖7-3所示），此時(shí)HshH li+ H b + H fe（7-3）或者將水體底界面下移至基巖風(fēng)化帶底界面。上

9、述式中：Hsh防隔水煤（巖）柱高度，m；Hh 導(dǎo)水裂縫帶最大高度，m;Hb保護(hù)層厚度，m；Hbili 地表裂縫深度，m；圖7-3基巖風(fēng)化帶含水時(shí)防水安全煤巖柱設(shè)計(jì)（八）防砂安全煤巖柱設(shè)計(jì)計(jì)算方法留設(shè)防砂安全煤巖柱的目的，是允許導(dǎo)水裂縫帶波及松散弱含水層或已疏降的松散強(qiáng)含水層，但不允許垮落帶接近松散層底部。其垂高（HJ應(yīng)大于或等于垮落帶的最大高度（Hm）加上保護(hù)層厚度（Hb）（如圖8-1所示），即Hs Hm+ Hb(8-1)圖8-1防砂安全煤巖柱設(shè)計(jì)（九）防塌安全煤巖柱設(shè)計(jì)計(jì)算方法留設(shè)防塌安全煤巖柱的目的，是不允許導(dǎo)水裂縫帶波及松散弱含水層或已疏干的松散含水層，同時(shí)允許垮落帶接近松散層底部。其垂

10、高（Ht）應(yīng)等于或接近垮落帶的最大高度（Hm）（如圖9-1所示），即HtHm。（十）垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度的設(shè)計(jì)計(jì)算1緩傾斜（035 ）、中傾斜（3654 ）煤層（1）垮落帶高度1）如果煤層頂板覆巖內(nèi)有極堅(jiān)硬巖層，采后能形成懸頂時(shí)，其下方的垮落 帶最大高度可采用下式計(jì)算：MHm （K 1）C0S（10-1）式中：Hm垮落帶高度，m；K冒落巖石碎漲系數(shù)；a 煤層傾角，。2）當(dāng)煤層頂板覆巖內(nèi)為堅(jiān)硬、中硬、軟弱、極軟弱巖層或其互層時(shí)，開采 單一煤層的垮落帶最大高度可采用下式計(jì)算：M Wf 亍占（10-2）式中：W冒落過程中頂板的下沉值，m；3）當(dāng)煤層頂板覆巖內(nèi)為堅(jiān)硬、中硬、軟弱、極軟弱巖層或其互層時(shí)

11、，厚煤層分層開采的垮落帶最大高度可采用附表10-1中的公式計(jì)算。（2）導(dǎo)水裂縫帶高度煤層覆巖內(nèi)為堅(jiān)硬、中硬、軟弱、極軟弱巖層或其互層時(shí)，厚煤層分層開 采的導(dǎo)水裂縫帶最大高度可選用表10-2中的公式計(jì)算。表10-1厚煤層分層開采的垮落帶高度計(jì)算公式覆巖巖性（單向抗壓強(qiáng)度及主要巖石名稱）（MPa）計(jì)算公式（m）堅(jiān)硬（4080,石央砂巖、石灰?guī)r、砂質(zhì)頁(yè)巖、礫巖）100M|_|2. 5H m2. 1M16中硬（2040，砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖）100M|_| 2 . 2H m4. 7M19軟弱（1020，泥巖、泥質(zhì)砂巖）100MH m6. 2M32極軟弱（V 10,鋁土巖、風(fēng)化泥巖、粘土、砂質(zhì)

12、粘土）100MH m7. 0M631 . 2注：刀M 累計(jì)采厚；公式應(yīng)用范圍：?jiǎn)螌硬珊?3m,累計(jì)采厚不超過15m;計(jì)算公式中土號(hào)項(xiàng)為中誤差。表 10-2、表10-3同。表10-2厚煤層分層開采的導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算公式覆巖巖性計(jì)算公式之一（m）計(jì)算公式之一（m）堅(jiān)硬100MH hT2M208. 9Hh30 J M 10中硬100MHli1 . 6M3. 65.6Hli20 J M10軟弱100MHli3. 1M5. 04.0Hh 10 J M 5極軟弱100MHli5. 0M8. 03.02急傾斜煤層（5590 ）煤層頂、底板為堅(jiān)硬、中硬、軟弱巖層，用垮落法開采時(shí)的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度可用附

13、表10-3中的公式計(jì)算。表10-3急傾斜煤層垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算公式覆巖巖性導(dǎo)水裂縫帶咼度（m）垮落帶咼度（m）堅(jiān)硬100 MhHr8. 4n h4. 1h133H m（0.4 o.5）Hii中硬、軟弱II100 MhH 7. 5h2937. 3Hm（0.4 0.5）Hli（十）保護(hù)層厚度的選取1緩傾斜（035 ）、中傾斜（3654 ）煤層（1）防水安全煤巖柱的保護(hù)層厚度，可根據(jù)有無松散層及其中粘性土層厚度按附表11-1中的數(shù)值選取。表11-1防水安全煤巖柱保護(hù)層厚度（不適用于綜放開采）單位：m覆巖巖性松散層底部粘性 土層厚度大于 累計(jì)采厚松散層底部粘性 土層厚度小于 累計(jì)采厚松散層全厚

14、 小于累計(jì)采厚松散層底部無 粘性土層堅(jiān)硬4A5A6A7A中硬3A4A5A6A軟弱2A3A4A5A極軟弱2A2A3A4A注：A=刀M/n:刀M 累計(jì)采厚；n分層層數(shù)；附表 11-2同。（2）防砂安全煤巖柱的保護(hù)層厚度，可按表11-2中的數(shù)值選取。表11-2防砂安全煤巖柱保護(hù)層厚度（不適用于綜放開采）單位：m覆巖巖性松散層底部粘性土層或弱 含水層厚度大于累計(jì)采厚松散層全厚大于累計(jì)采厚堅(jiān)硬4A2A中硬3A2A軟弱2A2A極軟弱2A2A2急傾斜煤層（5590 ）急傾斜煤層防水煤巖柱及防砂煤巖柱的保護(hù)層厚度，可按表11-3中的數(shù)值選取表11-3急傾斜煤層防水及防砂煤巖柱保護(hù)層厚度單位：m覆巖巖性5570

15、71 90abcdabcd堅(jiān)硬1518202217202224中硬1013151712151719軟弱5810127101214注：a松散層底部粘性土層大于累計(jì)采厚； b松散層底部粘性土層小于累計(jì)采厚； c松散層全厚為小于累計(jì)采厚的粘性土層;d松散層底部無粘性土層。（十二）近距離煤層垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度的設(shè)計(jì)計(jì)算1、上、下兩層煤的最小垂距h大于回采下層煤的垮落帶高度 Hxm時(shí)，上、下層煤的導(dǎo)水裂縫帶高度可按上、下層煤的厚度分別選用附表10-2中的公式計(jì)算，取其中標(biāo)高最高者作為兩層煤的導(dǎo)水裂縫帶最大高度（如圖12-1所示）圖12-1近距離煤層導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算（h Hxm）2、下層煤的垮落帶接

16、觸到或完全進(jìn)入上層煤范圍內(nèi)時(shí)，上層煤的導(dǎo)水裂縫 帶最大高度采用本層煤的開采厚度計(jì)算，下層煤的導(dǎo)水裂縫帶最大高度，則應(yīng) 采用上、下層煤的綜合開采厚度計(jì)算，取其中標(biāo)高最高者為兩層煤的導(dǎo)水裂縫 帶最大高度（如圖12-2所示）。M2圖12-2近距離煤層導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算（hv Hxm）上、下層煤的綜合開采厚度可按以下公式計(jì)算 （如圖12-3所示）Mz1 2M2hi 2y2(12-1)式中：Mzi-2上、下層煤綜合開采厚度，m；Mi上層煤開米厚度，m；M2下層煤開米厚度，m；hi-2上、下層煤之間的法線距離，m；y2下層煤的冒高與采厚之比。圖A.1.6-3緩傾斜近距離煤層的綜合開采厚度（12-2）3如果

17、上、下層煤之間的距離很小時(shí)，則綜合開采厚度為累計(jì)厚度:Mzi 2MiM2式中各參數(shù)同公式（12-1占（十三）地表裂縫深度的實(shí)測(cè)結(jié)果地表裂縫深度與巖性及采深采厚比等因素有關(guān)。我國(guó)部分煤礦地表裂縫深度的實(shí)測(cè)結(jié)果見表13-1。（十四）含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲海◣r）柱的設(shè)計(jì)計(jì)算含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲海◣r）柱的設(shè)計(jì)（附圖 14-1）可參照下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:L 0.5KM 3p 20 m|心(14-1)表13-1部分煤礦地表裂縫深度實(shí)測(cè)資料礦區(qū)或礦名采深采厚比裂縫處巖（土 ）性裂縫深度（m）附注阜新清河門礦松散層0.4 0.6直接量測(cè)開灤唐家莊礦松散層56直接量測(cè)開灤范各莊礦松散層1.76直接量測(cè)遼源勝利礦

18、松散層5.0直接量測(cè)撫順勝利礦松散層78直接量測(cè)新汶孫村礦松散層2.5 3.0直接量測(cè)棗莊柴里礦11 12松散層（砂質(zhì)粘土）610直接量測(cè)扎賚諾爾礦松散層（砂質(zhì)粘土）1.9 2.0直接量測(cè)淮南畢家崗礦松散層（砂質(zhì)粘土）2.8 3.0槽探合山柳花嶺礦30 40松散層（砂質(zhì)粘土）2.1 4.1槽探結(jié)果淮南李咀孜礦1834松散層（砂質(zhì)粘土）2.0 3.0槽探結(jié)果峰峰通二礦40 80松散層（砂質(zhì)粘土）6.0 8.0深溝觀測(cè)峰峰通二礦19松散層（粘土、亞粘土） 10.0槽探結(jié)果式中：L煤柱設(shè)計(jì)的寬度，m；K 安全系數(shù)，一般取25, 般取4;M煤層厚度或采高，m；p水頭壓力，MPa；心一煤的抗拉強(qiáng)度，MP

19、a。圖14-1含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲海◣r）柱設(shè)計(jì)（十五）煤層與強(qiáng)含水層或?qū)當(dāng)鄬咏佑|防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)計(jì)算煤層與強(qiáng)含水層或?qū)當(dāng)鄬咏佑|，并局部被覆蓋時(shí)，防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)如下：1當(dāng)含水層頂面高于最高導(dǎo)水裂縫帶上限時(shí)，防隔水煤（巖）柱可按附圖15-1a附圖15-1b設(shè)計(jì)。其計(jì)算公式為：L=Li+L2+L3=H aCScOH i_cot OH i_cotS（15-1）2最高導(dǎo)水裂縫帶上限高于斷層上盤含水層時(shí)，防隔水煤（巖）柱按圖15-1C設(shè)計(jì)。其計(jì)算公式為：L=Li+L2+L3=Ha（sin S-cos3Cot O+（H acos決M）（cot Ocot 20 m （15-2）式中:L防隔

20、水煤（巖）柱寬度，m；L1, L2, L3防隔水煤（巖）柱各分段寬度，m；Hl最大導(dǎo)水裂縫帶高度，m；O斷層傾角，（）;巖層塌陷角，（）;M斷層上盤含水層層面高出下盤煤層底板的高度，m;Ha斷層安全防隔水煤（巖）柱的寬度，m。uo何圖15-1煤層與富水性強(qiáng)的含水層或?qū)當(dāng)鄬咏佑|時(shí)防隔水煤（巖）柱設(shè)計(jì)Ha值應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦井實(shí)際觀測(cè)資料來確定，即通過總結(jié)本礦區(qū)在斷層附近開采時(shí)發(fā)生突水和安全開采的地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，計(jì)算其水壓（P）與防隔水煤（巖）柱厚度（M）的比值（Ts=p/M ），并將各點(diǎn)之值標(biāo)到以Ts=p/M為橫軸， 以埋藏深度H o為縱軸的坐標(biāo)紙上，找出Ts值的安全臨界線（圖15-2）。10Ha

21、值也可以按下列公式計(jì)算：(15-3)式中:p防隔水煤（巖）柱所承受的靜水壓力，MPa；Ts臨界突水系數(shù)，MPa/ m；10-保護(hù)帶厚度,般取10 m。圖15-2 Ts和Ho關(guān)系曲線圖本礦區(qū)如無實(shí)際突水系數(shù)，可參考其他礦區(qū)資料，但選用時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮隔水層的巖性、物理力學(xué)性質(zhì)、巷道跨度或工作面的空頂距、采煤方法和頂板 控制方法等一系列因素。十六、煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時(shí)防隔水煤（巖 ）柱的設(shè)計(jì)在煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水的情況下（附圖16-1），防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮2個(gè)方向上的壓力：一是煤層底部隔水層能否承受下部含水 層水的壓力；二是斷層水在順煤層方向上的壓力圖16-1煤層位于含

22、水層上方且斷層導(dǎo)水時(shí)防隔水煤（巖）柱設(shè)計(jì)當(dāng)考慮底部壓力時(shí)，應(yīng)當(dāng)使煤層底板到斷層面之間的最小距離（垂距），大于安全煤柱的高度（Ha）的計(jì)算值，計(jì)算結(jié)果應(yīng)大于20 m。其計(jì)算公式為Hasin(16-1)式中a斷層傾角，;其余參數(shù)同前當(dāng)考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時(shí)，按含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲海◣r）柱的設(shè)計(jì)計(jì)算煤柱寬度。根據(jù)以上兩種方法計(jì)算的結(jié)果，取用較大的數(shù)字，計(jì)算結(jié)果應(yīng)大于20 m0如果斷層不導(dǎo)水（附圖16-2），防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)尺寸，應(yīng)當(dāng)保證含 水層頂面與斷層面交點(diǎn)至煤層底板間的最小距離，在垂直于斷層走向的剖面上 大于安全煤柱的高度（Ha）時(shí)即可，計(jì)算結(jié)果應(yīng)大于20 m。圖16-2煤層位

23、于含水層上方且斷層不導(dǎo)水時(shí)防隔水煤（巖）柱設(shè)計(jì)（十七）水淹區(qū)或老窯積水區(qū)下采掘時(shí)防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)1巷道在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下掘進(jìn)時(shí)，巷道與水體之間的最小距離，應(yīng)大于或等于巷道高度的10倍。2在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下同一煤層中進(jìn)行開采時(shí)，若水淹區(qū)或老窯積水區(qū)的界線已基本查明，防隔水煤 （巖）柱的尺寸應(yīng)當(dāng)按含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲?煤（巖）柱的設(shè)計(jì)計(jì)算煤柱寬度。3在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下的煤層中進(jìn)行回采時(shí)，防隔水煤（巖）柱的尺寸，應(yīng)大于或等于導(dǎo)水裂縫帶最大高度與保護(hù)帶高度之和。（十八）保護(hù)地表水體防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)保護(hù)地表水體防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)，可參照建筑物、水體、鐵路及主 要井巷煤柱

24、設(shè)計(jì)與壓煤開采規(guī)程執(zhí)行。（十九）保護(hù)通水鉆孔防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)根據(jù)鉆孔測(cè)斜資料換算鉆孔見煤點(diǎn)坐標(biāo)，按本規(guī)范中含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲海◣r）柱的設(shè)計(jì)的辦法留設(shè)防隔水煤（巖）柱，如無測(cè)斜資料，應(yīng)當(dāng)考慮鉆孔可 能偏斜的誤差。（二十）相鄰礦（井）人為邊界防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)1水文地質(zhì)簡(jiǎn)條件單型到中等型的礦井，可采用垂直法設(shè)計(jì)，但總寬度應(yīng)大于或等于40 m。2水文地質(zhì)復(fù)雜型到極復(fù)雜型的礦井，應(yīng)當(dāng)根據(jù)煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造、靜水壓力、開采上覆巖層移動(dòng)角、導(dǎo)水裂縫帶高度等因素確定。1）多煤層開采，當(dāng)上、下兩層煤的層間距小于下層煤開采后的導(dǎo)水裂縫帶 高度時(shí)，下層煤的邊界防隔水煤（巖）柱，應(yīng)當(dāng)根據(jù)最上一層煤

25、的巖層移動(dòng)角和 煤層間距向下推算（見圖20-ia o2）當(dāng)上、下兩層煤之間的垂距大于下煤層開采后的導(dǎo)水裂縫帶高度時(shí)，上、下煤層的防隔水煤（巖）柱，可分別設(shè)計(jì)（見圖20-1b）o孑蛋 F啓、*涇、總、於、“2 0 冷燼、Id)lb)Hii導(dǎo)水裂縫帶上限；H1、H2、H 3各煤層底板以上的靜水位高度；丫一上山巖層移動(dòng)角；B下山巖層移動(dòng)角；L y、L 1 y、L 2 y導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度；L 1 上層煤防水煤柱寬度；L 2, L 3下層煤防水煤柱寬度圖20-1多煤層地區(qū)邊界防隔水煤（巖）柱設(shè)計(jì)導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度L y的計(jì)算，可采用下列公式:LyH Hl 110Ts 20 m(20-1)式中:

26、Ly導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度，m;H 煤層底板以上的靜水位咼度，m;Hn 導(dǎo)水裂縫帶最大值，m；Ts水壓與巖柱寬度的比值，可取1。（二十一）以斷層為界的井田防隔水煤（巖）柱的設(shè)計(jì)以斷層為界的井田，其邊界防隔水煤 （巖）柱可參照斷層煤柱設(shè)計(jì)，但應(yīng)當(dāng)考慮井田另一側(cè)煤層的情況，以不破壞另一側(cè)所留煤（巖）柱為原則（除參照斷層煤柱的設(shè)計(jì)外，尚可參考圖21-1所示的例圖）疲陽足比（bl(O斯亞不導(dǎo)水 哥和足比（d）老昭足比鹿躺足比山L-煤柱寬度；Ls,Lx-上、下煤層的煤柱寬度；Ly-導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度;Ha、Has、Hax-安全防水巖柱厚度；H“-導(dǎo)水裂縫帶上限；卩一底板隔水層承受的水頭壓力圖21-1

27、以斷層分界的井田防隔水煤（巖）柱設(shè)計(jì)（二十二）水體上采煤防水安全煤巖柱的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)防水安全煤巖柱的原則是，不允許底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶波及水體，或與承壓水導(dǎo)升帶溝通。因此，設(shè)計(jì)的底板防水安全煤巖柱厚度（ha）應(yīng)大于或等于導(dǎo)水破壞帶（hi）和阻水帶厚度（h2）之和（附圖22-1a）即：ha hi+ h2（22-1）如果底板含水層上部存在承壓水導(dǎo)升帶（h3）時(shí)，則底板安全煤巖柱厚度（ha）應(yīng)大于或等于導(dǎo)水破壞帶（hi）、阻水帶厚度（h2）及承壓水導(dǎo)升帶（h3）之和（附圖22-1b）,此時(shí)(22-2)ha hi+ h2 + h3如果底板含水層頂部存在被泥質(zhì)物充填的厚度穩(wěn)定的隔水帶時(shí)，則充填隔水帶厚度（h可

28、以作為底板防水安全巖柱厚度（ha）的組成部分，見圖A.2.1-1c則ha h1+ h2 + h4(22-3) 106峰峰四礦 4804 4904面12100+10010.7協(xié)調(diào)面開采7肥城曹莊礦9023面1321641895 10598肥城白莊礦7406面2252491.960 1407.2 8.49淄博雙溝礦1024、1028 面2782961.060+7010.5對(duì)拉面開采10澄合二礦22510面30081001011韓城馬溝渠礦1100面230102.31201312鶴壁三礦128面230263418020采2分層破壞達(dá)24m13邢臺(tái)礦7802面23428443.016016.414邢臺(tái)

29、礦7607窄面31033045.4609.715邢臺(tái)礦7607寬面31033045.410011.716淮南新莊孜礦4303面310261.812816.817井陘三礦5701 面227123.5303.5斷層破壞帶 深度v 7m18井陘一礦4707小面35045097.5348分層采厚4m,破壞深度約6m19井陘一礦4707大面35045094.0456.5采一分層20開灤趙各莊礦900262.020027包括頂部煤1237 面8m煤折合 巖石底板約23m21開灤趙各莊礦2137 面1000262.020038含8m煤且 底板原生裂 隙發(fā)育22新汶華豐礦41303面480560300.941

30、2013式中：丫一底板巖體平均容重，MN/m 3;H 采深，m；L壁式工作面斜長(zhǎng)，m；Rc巖體抗壓強(qiáng)度，一般取巖石單軸抗壓強(qiáng)度的0.15倍，MPa；(0底板巖體內(nèi)摩擦角，。(二十四)底板阻水帶厚度(h2)的計(jì)算1試驗(yàn)法阻水系數(shù)是在現(xiàn)場(chǎng)用鉆孔水力壓裂法實(shí)測(cè)的表示單位底板隔水巖層平均阻 水能力的系數(shù)，可用下式表示：Z PR(24-1)式中：Z阻水系數(shù)，MPa/m ；R裂縫擴(kuò)展半徑，一般取4050m；Pb巖體破裂壓力，與地應(yīng)力和巖體抗拉強(qiáng)度有關(guān)。采用公式24-2計(jì)算。Pb3 hH T Po(24-2)式中：Pb使巖體破裂時(shí)的臨界水壓力，MPa；伍一作用于巖體的最小水平主應(yīng)力，MPa；作用于巖體的最大

31、水平主應(yīng)力， MPa；T巖體的抗拉強(qiáng)度，MPa；Po巖體孔隙中的水壓力，MPa。阻水帶厚度等于作用在底板上的水壓力(P)除以阻水系數(shù)(Z)，即h2=P/Z(24-3)我國(guó)部分礦區(qū)用鉆孔水力壓裂試驗(yàn)實(shí)測(cè)的各類巖層的阻水系數(shù)資料列入表24-1、表24-2中。由表中資料可知：不同巖層阻水系數(shù)一般是：中、粗粒砂巖0.30.5 MPa/m、細(xì)粒砂巖約0.3MPa/m左右、粉砂巖約 0.2MPa/m左右、泥巖0.10.3MPa/m、石灰?guī)r約0.4MPa/m左右；斷層帶因其中充填物性質(zhì)及膠結(jié)或密實(shí)程度不同，其阻水能力變化很大，按弱強(qiáng)度充填物考慮，其阻水系數(shù)為0.05- 0.1MPa/m。2理論計(jì)算法表24-

32、1鉆孔水力壓裂試驗(yàn)底板巖層阻水系數(shù)資料試驗(yàn)地點(diǎn)巖性試驗(yàn)序號(hào)破裂壓力(Pb)(MPa)阻水系數(shù)(Z)(MPa/m)平均阻水系數(shù)(Zc)(MPa/m)備注開灤趙各莊礦井下五道巷，取樣深度434m中粒砂巖113.440.3130.331現(xiàn)場(chǎng)鉆孔水 力壓裂試驗(yàn)，破裂半徑R取43m215.000.349細(xì)粒砂巖110.440.2430.285214.000.326粉砂巖19.000.2090.19427.690.179泥巖112.620.2930.293鋁土巖14.890.1140.114開灤趙各莊礦 井下十二道巷， 取樣深度中粗粒 砂巖125.000.5810.491室內(nèi)三向圍 壓水力壓裂 試驗(yàn)，取樣

33、于227.000.628320.000.4651070m412.500.290開灤趙各莊 礦。三向圍壓：(71=24.0 24.5MPa7=13.1 14.2MPa7=19.0 20.5MPa中粒砂巖115.000.3490.37729.000.210320.00.465414.000.326523.000.535細(xì)粒砂巖113.000.3020.302細(xì)砂巖15.000.1160.209213.000.302泥巖115.000.3490.393215.000.349317.500.406420.200.470焦作九里山礦， 取樣深度約300m石灰?guī)r125.000.5810.399室內(nèi)三向圍

34、壓水力壓裂 試驗(yàn)?zāi)M焦 作九里山礦 三向圍壓：q=8.94MPa=3.84MPa=2.95MPa210.500.244316.000.372表24-2鉆孔壓水串通破壞試驗(yàn)底板巖層阻水系數(shù)資料試驗(yàn)地點(diǎn)巖性壓水孔間距(m)水壓力(MPa)阻水系數(shù)(MPa/m)峰峰二礦砂質(zhì)頁(yè)巖(在 米動(dòng)破壞帶內(nèi))10 1.24 0.124峰峰三礦頁(yè)巖層內(nèi)2.5 2.50 1.0001.7 2.50 1.471峰峰三礦砂質(zhì)泥巖充 填在古陷落 柱內(nèi)12.7 2.9 2.72.9王鳳礦小青煤絞車道細(xì)砂巖0.50鋁土泥巖0.43王鳳礦小青煤南五巷上山斷層帶102.20.22王鳳礦一坑粉砂巖、中粒131.210.093砂巖、

35、鋁土泥巖馬溝渠礦石英砂巖、砂 巖、粉砂巖、鋁土泥巖0.73 0.800.13 0.24鶴壁一礦鋁土泥巖、粗 砂巖2.456.800.780.112 0.325采用薄板理論可得出，底板巖層阻水帶厚度的計(jì)算公式為:h222AP hi StASt(24-4)式中：h2底板阻水帶厚度，m;hi底板采動(dòng)導(dǎo)水破壞帶深度，m;丫一底板巖層平均容重，MN/m 3;P作用于該區(qū)底部的水壓，MPa；St底板巖體抗拉強(qiáng)度，一般取巖石抗拉強(qiáng)度的0.15倍, MPa；2Ly212 L2y 3l2 Ly(24-5)式中：L壁式工作面斜長(zhǎng)，m；Ly沿推進(jìn)方向工作面老頂初次來壓步距， m（二十五）承壓水導(dǎo)升帶高度的確定承壓水

36、導(dǎo)升帶的高度（h3）可采用物探和鉆探方法確定，一般可在井下巷道中用電測(cè)深方法進(jìn)行探測(cè)，必要時(shí)用鉆探驗(yàn)證。當(dāng)井下物探與鉆探條件受限制時(shí)，也可通過以往勘探鉆孔資料分析確定。斷層帶附近的承壓水導(dǎo)升帶高度一般比正常巖層中增大，有時(shí)甚至可到達(dá)或超過煤層。（二十六）底板含水層頂部充填隔水帶厚度的確定底板含水層頂部充填隔水帶厚度（h4）可以采用物探和鉆探方法綜合確定，表26-1為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果。表26-1各礦區(qū)奧陶系灰?guī)r含水層頂部充填隔水帶厚度實(shí)測(cè)資料礦區(qū)焦作峰峰邯邢肥城霍州渭北、韓 城奧灰頂部充填 隔水帶厚度（m）20 302003005010 1510 20充填特征有粘土充 填裂隙粘土或鈣 質(zhì)充填裂 隙局

37、部充填粘土充填 含水差后期沉積 物充填充填（二十七）水體上采煤防水安全煤巖柱安全度的評(píng)定當(dāng)計(jì)算所得安全煤巖柱尺寸（ha）小于煤層底至含水層頂之間的實(shí)際厚度（hd）時(shí)，承壓含水層上采煤的安全度符合要求；當(dāng)計(jì)算所得安全煤巖柱（ha）大于實(shí)際厚度時(shí)，可采用以下方法進(jìn)一步評(píng)定：1突水系數(shù)法底板突水系數(shù)可采用下式計(jì)算：(27-1)0.06 MPa/m，正常塊段不大于 0.1旦Ts M式中:T s突水系數(shù)，MPa/m ;p底板隔水層承受的水壓，MPa；M底板隔水層厚度，m；底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于MPa/m。當(dāng)計(jì)算的突水系數(shù)小于臨界突水系數(shù)時(shí)， 可以實(shí)現(xiàn)安全開采，否則需要采用 疏水降壓、注漿加

38、固等措施，以避免發(fā)生突水。附表 27-1列出了部分礦井的臨 界突水系數(shù)值。表27-1部分礦井的臨界突水系數(shù)值礦區(qū)名稱峰峰焦作淄博井陘突水系數(shù)(MPa/m)0.0660.0760.06 0.100.06 0.100.06 0.152經(jīng)驗(yàn)類比法通過分析大水礦區(qū)底板突水資料，得出了有關(guān)礦(區(qū))底板實(shí)際厚度(hd)與底板所能承受的極限水壓力(P)的關(guān)系式：1) 淄博礦區(qū)黑山礦Pj=0.00177h2+0.015hd-0.43(27-2)(2) 石谷礦和夏莊礦片=0.0016憐2+0.0151%-0.3(27-3)(3) 洪山礦和寨里礦Pj=0.001hd2+0.015hd-0.158(27-4)(4)

39、 雙山礦和埠村礦Pj=0.00084h2+0.015hd-0.168(27-5)2) 焦作礦區(qū)Pj=0.0017hd2-0.025hi+0.33(27-6)3) 峰峰礦區(qū)Pj=0.0006h2+0.026h(27-7)當(dāng)?shù)装逅艹惺艿臉O限水壓力(P)大于實(shí)際水壓力(P)時(shí)不會(huì)發(fā)生突水，否則 需要疏水降壓后才能開采，即實(shí)現(xiàn)安全開采應(yīng)滿足以下條件：Pj P3理論計(jì)算法采用下式計(jì)算底板巖柱實(shí)際所能承受的極限水壓力Pj:212 Ly 3l222 hd h1 SthdLy(27-8)式中各符號(hào)意義同前。當(dāng)計(jì)算的極限水壓力（P）大于實(shí)際水壓力（P）時(shí)不會(huì)發(fā)生突水，否則需要疏水 降壓、注漿加固后才能開采，即

40、實(shí)現(xiàn)安全開采應(yīng)滿足以下條件:（二十八）安全水頭壓力值計(jì)算1、掘進(jìn)巷道底板隔水層安全水頭壓力宜按公式28-1計(jì)算。(28-1)t2p 2Kplj t式中：p底板隔水層能夠承受的安全水壓，MPa；t隔水層厚度，m；L巷道寬度，m；底板隔水層的平均重度，MN/m 3； 心一底板隔水層的平均抗拉強(qiáng)度，MPa。(28-2)2采煤工作面安全水頭壓力宜按公式 28-2計(jì)算。p TsM式中：M底板隔水層厚度，m；p安全水壓，MPa；Ts臨界突水系數(shù)，MPa/m。Ts值應(yīng)當(dāng)根據(jù)本區(qū)資料確定，一般情況下，在具有構(gòu)造破壞的地段按0.06MPa/m計(jì)算，隔水層完整無斷裂構(gòu)造破壞地段按 0.1 MPa/m計(jì)算。（二十九

41、）“安全隔水厚度”計(jì)算公式L( r2L2 8KpH L)4Kp式中：t安全隔水厚度（m）；L巷道底板寬度（m）; 底板隔水層的平均容重（t/m3）;p底板隔水層的平均抗張強(qiáng)度（102MPa）;H 底板隔水層承受的水頭壓力（10-2MPa）。適用于巷道，如底板隔水層實(shí)際厚度小于計(jì)算值時(shí)，就是不安全的。（三十）“突水系數(shù)”計(jì)算公式Ts衛(wèi) M式中T s突水系數(shù)MPa/m;P底板隔水層承受的水壓（MPa）;M底板隔水厚度（m ）。適用于回采工作面。就全國(guó)實(shí)際資料看，底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于 0.06MPa/m，正常塊段不大于 0.1MPa/m。（三一）防水閘門硐室墻體長(zhǎng)度計(jì)算方法1、結(jié)構(gòu)形

42、式防水閘門（墻）硐室按結(jié)構(gòu)形式分為圓柱形、楔形、倒截錐形和方柱形四種, 分別如下列各圖所示：圖31-1防水閘門和水閘墻硐室結(jié)構(gòu)圖2、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定防水閘門墻硐室混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，采用混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB5OO1O-2O10中規(guī)定，如下表:表31-1混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值強(qiáng)度種類符號(hào)混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C85軸心抗壓fc7.29.611.914.316.719.121.123.125.327.529.731.833.835.9抗拉ft0.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.

43、142.182.223墻體長(zhǎng)度計(jì)算公式及適用范圍參照采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（煤炭工業(yè)出版社2003年5月第1版），防水閘 門（墻）硐室墻體長(zhǎng)度依下列各式計(jì)算：1圓柱形（如圖29-1a所示，即向來水方向呈凸弧形），墻體尺寸計(jì)算公式如下:Br2 sinLornfccroMPL nLo(31-1)(31-2)(31-3)2楔形（如圖29-1b所示，四方柱體前大后?。?，墻體尺寸計(jì)算公式如下:(31-4)H B ( I 4笳 jHBP4tg(B H )2 fcc上述兩種模型宜用于承受的水壓不大于 1.6MPa的防水閘門（墻）硐室式中：r 閘門墻體圓柱內(nèi)側(cè)半徑，m；B閘門墻體前、后巷道凈寬，m；a 凸緣基座支承

44、面與硐室中心線夾角，（） o大小應(yīng)根據(jù)圍巖性質(zhì)確定,取a=2030。一般普氏硬度系數(shù)fv6時(shí)，a=20, f6時(shí)，a=30;L。一 一段閘門墻體長(zhǎng)度，m；n 閘門墻體分段段數(shù)；fee素混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa。其值由混凝土軸心抗壓強(qiáng)度 設(shè)計(jì)值fe值乘以系數(shù)0.95確定；r。一結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，取1.1；k作用的分項(xiàng)系數(shù)，取1.3;丘一結(jié)構(gòu)系數(shù)，取1.20-1.75,硐室凈斷面大時(shí)取大值；P防水閘門硐室設(shè)計(jì)承受的水壓，MPa；H 閘門墻體前、后巷道凈高，m；L閘門墻體長(zhǎng)度，m。3倒截錐形（如圖29-1C所示），墻體尺寸計(jì)算公式如下：LiIn(roEP) ln( ft)0.3986(31

45、-5)L=L 汁 L。(31-6)S2（0山嗚卩fcc）Sf cc(31-7)(31-8)(B 2B 4館)，(B 2B 4削)2 4(4)(2Bh 0.25 B2 2$)2(4)本模型宜用于承受的水壓大于1.6MPa的防水閘門（墻）硐室 式中：L閘門墻體應(yīng)力衰減段計(jì)算長(zhǎng)度， m；In自然對(duì)數(shù)符號(hào)；丘一取1.22.0,水壓大、硐室凈斷面積大時(shí)取大值;ft混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；L。一閘門墻體應(yīng)力回升段長(zhǎng)度，取1.02.0m；S2防水閘門硐室最大掘進(jìn)斷面積， m2;張一作用不定性系數(shù)，取1.22.0,水壓大、圍巖抗壓強(qiáng)度較低者取大值；S閘門墻體前、后巷道凈斷面積， m2;E閘門墻體嵌入圍巖深度（含砌壁厚），m；h3 閘門墻體前、后巷道墻高，m；B、y閘門硐室支撐面與巷道中心線夾角，（） o B值不小于50, 般 取 60 70; 丫一般取 20 。r。、rf、P、L、fee、B 同上述兩式。圍巖較軟時(shí)應(yīng)設(shè)平直段，其值 L為0.51.0m，閘門墻體長(zhǎng)度長(zhǎng)時(shí)取大值, 墻體長(zhǎng)度短時(shí)取小值。4、方柱形（如圖29-1d所示），墻體尺寸計(jì)算公式如下1