矿井防治水文常用计算公式.doc

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1、矿井防治水文常用计算公式第 19 页目 录一、突水系数公式：1二、底板平安隔水层厚度(斯列沙辽夫公式)：2三、防水煤柱经历公式：2四、老空积水量估算公式：3五、明渠稳定均匀流计算公式：4六、矿井排水能力计算公式：4矿井正常排水能力计算：4抢险排水能力计算：5排水扬程的计算：5排水管径计算：5排水时间计算：6水仓容量：6七、矿井涌水量计算：6八、矿井水文点流量测定计算方法：7容积法：7淹没法：7浮标法：7堰测法：7九、浆液注入量预算公式：8十、常用注浆材料计算公式及参数：9 普通水泥主要性质：9 水泥浆配制公式：9 水玻璃浓度10 粘土浆主要参数：10十一、钻探常用计算公式：10十二、单孔出水量

2、估算公式：11十三、注浆压力计算公式：11十三、冒落带导水裂隙带最大高度经历公式表12十四、煤层底板破坏深度计算公式12十五、巷道洞室围岩塑性破坏圈厚度计算14一、突水系数公式：定义：每米有效隔水层厚度所能承受的最大水压值。公式：TsP/(M-Cp-Dg)式中：Ts突水系数MPa/m； P隔水层承受的水压MPa； M底板隔水层厚度m； Cp采矿对底板隔水层的扰动破坏深度m； Dg隔水层中危险导高m。公式主要用途：1.确定平安疏降水头；2.反映工作面受水威胁程度。富水区或底板受构造破坏块段Ts大于0.06MPa/m；正常块段大于0.1MPa/m为受水威胁。参数取值依据：Ts常用工作面最大突水系数

3、。一般按工作面最高水压，最薄有效隔水层厚度计算，或者对工作面分块段计算最大突水系数，取最大一个值作为工作面的最大突水系数。P最大水压的取值，一般根据工作面内或附近井下或地面钻孔观测水位及工作面最低标高计算而得，水压值计算至含水层顶面。M根据井下或地面钻孔取最小值。Cp肥城矿区七层煤按11m，正常块段八层煤暂按12m，九层暂按10m，十层暂按8m。构造复杂或含水层富水性较强的块段，可适当考虑24倍的校正系数。Dg钻孔不到含水层就有涌水，稳定涌水量10m3/h以上，水压同该处下伏含水层的水压相近为危险导高。二、底板平安隔水层厚度(斯列沙辽夫公式)：公式：t=L()/4Kp 或H=2Kpt2/L2+

4、rt式中t底板平安隔水层厚度(m)；L采掘工作面底板最大宽度(m)；r隔水层岩石的容重(t/m3);Kp隔水层岩石的抗张强度(t/m2)；H隔水层底板承受的水头压力(t/m2)。公式主要用途：可用来计算平安隔水层t，临界水头压力H，掘进迎头或条采平安宽度及工作面最大平安控顶距。公式存在的问题：1.底板受力变形不完全符合梁受力变化理论；2.理论以静力平衡为根底，未充分考虑矿山压力、动水压力等应力的作用。公式参数取值依据：r3。H隔水层底板承受的水头压力，此处为计算至含水层顶面的水头高度。Kp肥城矿区一般取4.2610 t/m2。三、防水煤柱经历公式：公式：L 式中：L煤柱留设宽度(m);K平安系

5、数(一般取25)；M煤层厚度或采高(m);P水头压力(t/m2);Kp煤的抗张强度(t/m2)。公式主要用途：1.含水或导水断层防隔水煤柱的留设。2.在水淹区下或老窑积水区下同一煤层中开采煤柱留设。3.以断层为界的井田防隔水煤柱的留设。4.探放水超前距的计算。主要参数取值依据：Kp取值依据：肥城矿区在设计太原群系煤柱留设时Kp取1.0 t/m2。四、老空积水量估算公式：公式： Q积=Q采+Q巷Q采=KMF/cosa=KMBh/sinaQ巷=WLK式中：Q积相互连通的各积水区总积水量(m3)； Q采有水力联系采空区积水量之与(m3)； Q巷及采空区有联系的各种巷道积水量之与(m3)； K充水系数

6、：采空区一般用0.250.5，煤巷充水系数一般取0.50.8，岩巷取0.81.0； M采空区的平均采高或煤厚(m); F采空积水区的水平投影面积(m2); a煤层倾角； W积水巷道原有断面(m2)； L不同断面巷道长度(m); B老空走向长度(m); h老空水头高度(m)。主要用途：1.计算老空积水量。2.计算涌水后淹井(巷)时间。主要取参依据：采空区充水系数K及采煤方法、回采率、煤层倾角、顶底板岩性及其碎胀程度，采后间隔时间诸因素有关；而巷道充水系数那么根据煤(岩)巷与成巷时间不同及维修状况而定。因此，须逐块逐条地选定充水系数，这是积水量预计的关键。以走向长壁采煤法为主，新老区平均，10年前

7、充水系数为0.20，10年内充水系数0.250.40。五、明渠稳定均匀流计算公式：公式Q= c式中 n粗糙系数； 过水断面积(m2)； R水力半径(m)； R=/X X湿周(米)，过水断面水流与河床(或水沟)接触局部的周长； i水力坡度(均匀流时与底坡相等)。公式主要用途：1.计算洪水流量，水沟过流量。2.计算水渠、水沟设计尺寸。主要取参依据：粗糙系数n可参照人工河床糙率表取值。见?矿井地质工作手册?P469页。井下水沟水泥砂浆护面n取0.013；干砌块n取0.020.025。六、矿井排水能力计算公式：矿井排水能力按照?煤矿防治水工作条例?第21条规定设计与计算。矿井正常排水能力计算：1.按正

8、常涌水量计算：Q1=24Qc/20式中Qc矿井正常涌水量(m3/h)。2.满足最大涌水量所需的排水能力：Q2=24Qmax/20式中Qmax最大涌水量。3.备用排水能力计算：Q314.检修排水能力公式：Q415.矿井总排水能力计算：Q=Q1+Q3+Q4抢险排水能力计算：1.按水泵排水能力的利用率确定最小排水能力：Q5=KQ6/n式中 K排水时围岩裂隙中的静贮量流出系数，取1.11.2； n排水设备的利用率，立井取0.65，斜井取0.5； Q6最大突水量。2.按移动泵条件确定最小排水能力：Q5=Q7+Q8式中 Q7其它水泵的排水能力； Q7= KQ6/n1n1为运转水泵的利用率，立井取0.80，

9、斜井取0.65。Q8为停顿运转的水泵排水能力。排水扬程的计算：H=K1(HX+HP)式中 HX水泵的吸水高度，卧泵取；HP水泵的排水高度(m)；K1管路损失扬程系数，垂直管路取1.11.5，倾斜管路取1.251.30。排水管径计算：式中 QB水泵的流量(m3/h)；Vp排水管的经济流速，取1.52.0(m/s)。排水时间计算：1.正常涌水量排水时间计算：T=QC /nQB式中 QC矿井正常涌水量； n工作水泵台数；QB水泵的流量m3/h。2.抢险恢复排水时间计算：T=Q静/(nQBQ动)式中 Q静各排水阶段的静水量(m3/h)；Q动各排水阶段的动水量(m3/h)；QB排水设备的能力(m3/h)

10、；n水仓容量：1000 m3/h以下时，主要水仓有效容量应能容纳8小时的涌水量。1000m3/h的矿井，主要水仓容量按下式计算：V=2(Q+3000)式中 V水仓有效容量(m3)； Q矿井正常涌水量(m3/h)。七、矿井涌水量计算：矿井涌水量计算方法有多种，矿井生产中常用比较法与QS曲线法。矿井涌水量计算方法在?矿井地质工作手册?P63319页介绍很细，在此不再表达。八、矿井水文点流量测定计算方法：容积法：Q=V/t式中 V量器容积； t充满容器所需时间；通常要测三次，取其平均值。淹没法：即开泵将水养子排干，然后停泵，测量恢复水位上升高度与时间。公式 Q=FH/t式中 F水养(窝)子断面积m2

11、； H水位上升高度； t水位上升时间。浮标法：式中 L水流两断面间距； F水流断面平均值； t流经两断面时间； K流速系数。当水深0.31.0m时，K值取0.550.77；断面很粗糙时取0.450.65；很光滑，取0.80.9；当水深大于时取0.780.85。堰测法：=2式中 Q流量(l/s)； h堰口上流2h处水头高度(cm)。式中 B堰口底宽(cm)； h堰口上流2h处水头高度(cm)。3.矩形堰有缩流 Q=0.01838(B-0.2h)h;式中 B堰宽(cm)； h水头高度(cm)。堰测法一般要求堰腿高大于二倍水头高度，水头高度可直接从堰口量得，计算时再加15%系数。为了方便，一般编制换

12、算表，查表得流量。流速仪法，参照?矿井地质工作手册?P393404页。九、浆液注入量预算公式：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。 n岩石裂隙率(%)，一般根据取芯与抽压水试验来确定。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%。用途：1.预计钻孔注浆量；2.根据注入量计算扩散半径。十、常用注浆材料计算公式及参数： 普通水泥主要性质：33。2. 普通水泥初凝为13小时，终凝为58小时。(初凝为水泥从加水起到维卡仪试针沉入浆液中距离底板0.51mm时间；终凝为

13、试针沉入净浆中不超过所需时间。3.强度：国际普通水泥分为200、250、300、400、500、600等标号。 水泥浆配制公式：1. 水灰比()公式： 式中 WW水的重量； WC水泥的重量。2. 水泥浆的体积计算公式：式中 Vg水泥浆的体积；VC水泥的体积，VC=WC/dC；WC水泥重量；dC水泥比重；VW水的体积。3. 一定水灰比配制一定体积的水泥浆所需水泥与水的量计算公式：WC=dcV/1+dcWW=WC式中 WC水泥重量；WW水的用量；V欲配浆液的体积；dc水泥比重；水灰比。4.浆液由稀变浓计算加水泥量公式：式中原浆液水灰比。5.浆液由浓变稀计算加水量公式： 水玻璃浓度常用波美度表示，注

14、浆一般使用3045波美度。波美度及比重计算公式为：Be=145145/d d=145/(145Be)式中 d比重； Be波美度。 粘土浆主要参数：3；2.粘土浆比重常用1.121.18；3.计算比重为dn的一方粘土浆中含粘土X吨公式：X=2dn2。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%。十一、钻探常用计算公式： 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。 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。 岩(煤)层真厚度计算公式：公式：岩层钻探伪厚度L，

15、钻孔倾角，岩层倾角或钻孔方向岩层伪倾角，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。十二、单孔出水量估算公式：公式：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(/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%。用途：1.设计放水孔孔径孔数；2.根据钻孔

16、喷出水头高度估算钻孔出水量。十三、注浆压力计算公式：P0注浆完毕时的总压力MPa；H孔口至堵水段 ( 1/2) 处的高度m；浆液相对密度；P压力损耗值，孔口观测时忽略；h堵水段在注浆时的水头高度m；Pm孔口压力MPa。十三、冒落带导水裂隙带最大高度经历公式表煤层倾角岩石抗压强度MPa岩石名称顶板管理方法冒落带最大高度m导水裂隙带包括冒落带最大m0544060辉绿岩、石灰岩、硅质石英岩、砾岩、砂砾岩、砂质页岩等全部陷落Hc=(45)M2040砂质页岩、泥质砂岩、页岩全部陷落Hc=(34)M20 风化岩石、页岩、泥质砂岩、粘土岩、第四系与第三系松散层等全部陷落Hc=(12)M55854060辉绿岩

17、、石灰岩、硅质石英岩、砾岩、砂砾岩、砂质页岩等全部陷落40砂质页岩、泥质砂岩、页岩、粘土岩、风化岩石，第三系与第四系松散层等全部陷落Hc=注： 表中：M累计采厚m；n煤层分层厚度m；h采煤工作面小阶段垂高m。 冒落带、导水裂隙带最大高度，对于缓倾斜与倾斜煤层，系指从煤层顶面算起与法向高度；对于急倾斜煤层，系指从开采上限起的垂向高度。 岩石抗压强度为饱与单轴极限强度。取自：?矿井水文地质工程地质勘探标准?十四、煤层底板破坏深度计算公式 (4.10)3)岩桥拉剪复合型破坏岩桥的拉剪复合破坏如图4.5是由于岩桥中部首先产生的张拉裂纹EF与原生裂纹AB、CD扩展出来的剪切裂纹AF、CE连通而引起的。岩

18、桥的贯穿强度按下面的假定估算：(1)张拉裂纹EF沿方向，且EF外表点的法向应力均到达材料的抗拉强度；(2)节理面上的点的应力状态满足Mohr Coulomb准那么。由力的平衡条件得： (4.6)4.6式及得： (4.7) 根据断裂力学理论及4.7式得岩桥的贯穿强度为： (4.8) 4.8式中： 岩石的单轴抗拉强度； 岩石的粘结力； 岩石的摩擦系数。根据矿山压力控制理论，煤体支承压力()随开采煤层底板垂距()衰减的规律为： (4.9) 式中为矿山压力最大集中系数，为上覆岩层容重；为采深 。将代入(9)式，得矿山压力对开采煤层底板破坏深度()的理论计算公式： (4.10) 大量的研究证明，矿山压力

19、对底板的破坏是通过拉剪力复合作用实现的， 即矿山压力造成底板岩层的原始裂隙扩展贯穿的模式取第三种更符合实际。因此取(4.8)式用于式(4.10)的计算。由式(4.10)知，矿山压力对开采煤层底板的破坏深度同采深及岩层的比重成正相关关系，而同底板原始裂隙扩展相互贯穿所需的最大主应力成负相关关系。由4.8式知，最大主应力、及成正相关关系。因此，底板破坏深度也同这些参数成负相关关系。 十五、巷道洞室围岩塑性破坏圈厚度计算引自：承压含水层中下山掘进探放水技术，张芳邵东梅1，戴玉权2，刘红卫2(1煤炭科学研究总院西安研究院，陕西西安710054；2西北电力设计院，陕西西安710032)十六、关于帷幕厚度

20、等参数的设计在帷幕注浆设计中,厚度计算是一个十分重要的环节,所设计的帷幕厚度值要求能够在长期高水头作用下保持良好的阻水效果。一般是依据灌浆材料所容许的渗透比降J0与帷幕所承受的最大水头H来确定:T=H/J0式中: H灌浆帷幕可能承受的最大水头差(m);J0灌浆材料容许的渗透比降;T灌浆帷幕厚度(m)。试验说明:“对于普通水泥而言, Ca (OH)2结晶溶出1%,强度降低1%,溶出16%时,强度损失20%,当石灰溶出50%时,强度丧失殆尽。可想而知,随着帷幕中结石的不断被侵蚀,透水性增加,结石及岩面之间的缝隙亦随着增大,渗水相应加大,渗水增多又会加剧结石的溶蚀。如此破坏性循环,必然会使帷幕逐渐丧

21、失阻水功能,最终导致帷幕失效。引自：论岩溶帷幕注浆堵水技术，叶闻文，(广东省地质物探工程勘察院)，四川建材，2021年第一期。十七、预计强排水时涌水量 理论预测以达西定律公式进展计算Q=KIBH式中：K含水层的渗透系数m/d;I地下水水力坡度；B过水断面宽度m;H含水层厚度m.先求出突水时渗透系数与影响半径K=31.6224Q(LgR-Lgr)/MSK式中：K预测突水时渗透系数m/d；Q突水量L/s；R突水时影响半径m；r矿井半径m；M含水层厚度72m；S降距400m586m至186m的间距代入公式1000Lg4356- Lg398.94/72400400代入达西定律公式 a、目前水量4356723/h b、逐步减小后水量3000723/h