防治水计算公式经验公式汇编Word格式.docx
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(3)反算钻孔倾角。
(二)单孔出水量估算公式
1、公式:
q=CW√2gh
式中:
q—单孔出水量(m3/s);
C—流量系数,一般取0.6~0.62;
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40~45%。
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=ΣQ采+ΣQ巷
Q采=KMF/cosaQ巷=WLK
式中Q积:
总积水量,m3;
ΣQ采:
采空区积水量之和,m3;
ΣQ巷:
巷道积水量之和,m3;
K:
充水系数,
采空区一般取K=0.25~0.5(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=0.5~0.8(根据巷道时间远近,巷道支护方式等选取数据),岩巷取K=0.8~1.0(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
L—超前距或帮距,m;
K—安全系数取,2~5;
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3.0~3.15,通常采用3.0。
容重为1.0~1.6t/m3,通常采用1.3t/m3。
(2)普通水泥初凝为1~3小时,终凝为5~8小时(初凝为水泥从加水起到维卡试针沉入浆液中距离底板0.5~1mm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(ρ)公式:
ρ=Ww/Wc
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。
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+dcρ
Ww=ρWc
Wc—水泥重量;
Ww—水的用量;
V—欲配浆液体积;
ρ—水灰比。
(4)浆液由稀变浓计算加水泥公式:
ΔWc=(ρ2-ρ1)Wc
ρ1—原浆液水灰比。
(5)浆液由浓变稀计算加水公式:
ΔWc=[(ρ2-ρ1)ρ1]Wc
3、水玻璃浓度常用波美度表示,注浆一般使用30~45波美度。
波美度与比重计算公式为:
Be´
=145-145/d
d=145/(145-Be´
)
d—比重;
—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1.12~1.20;
(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0.1~0.4t;
加水玻璃体积比为0.5~3%。
(六)浆液注入量预算公式
1、浆液注入量预算公式:
V=AHπR2nβ
V—注浆孔浆液预算注入量(m3);
A—浆液消耗系数,一般A=1.2~1.5;
H—注浆段高(m);
R—浆液的有效扩散半径(m),一般按20m计算;
β—充填系数,取0.9
n—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=1~3%;
断层破碎带或岩溶发育的地层n最大10%。
(取0.012)。
(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),即
Hsh≥Hli+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
Hsh≥Hli+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
Hsh≥Hli+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
Hs≥Hm+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Ht≈Hm。
图9-1防塌安全煤岩柱设计
(十)垮落带和导水裂缝带高度的设计计算
1缓倾斜(0°
~35°
)、中倾斜(36°
~54°
)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)
Hm—垮落带高度,m;
K—冒落岩石碎涨系数;
α—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)
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(40~80,石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩)
中硬(20~40,砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩)
软弱(10~20,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1~3m,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(55°
~90°
煤层顶、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
导水裂缝带高度(m)
垮落带高度(m)
中硬、软弱
(十)保护层厚度的选取
(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
松散层底部粘性
土层厚度大于
累计采厚
土层厚度小于
松散层全厚
小于累计采厚
松散层底部无
粘性土层
4A
5A
6A
7A
3A
2A
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)
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
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:
55°
~70°
71°
a
b
c
d
15
18
20
22
17
24
10
13
12
19
5
8
7
14
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
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