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防治水公式
附录二含水层富水性的等级标准
按钻孔单位涌水量(q),含水层富水性[注]分为以下4级:
1.弱富水性:
q≤0.1L/(s·m);
2.中等富水性:
0.1L/(s·m)<q≤1.0L/(s·m);
3.强富水性:
1.0L/(s·m)<q≤5.0L/(s·m);
4.极强富水性:
q>5.0L/(s·m)。
注:
评价含水层的富水性,钻孔单位涌水量以口径91mm、抽水水位降深10m为准;若口径、降深与上述不符时,应当进行换算后再比较富水性。
换算方法:
先根据抽水时涌水量Q和降深S的数据,用最小二乘法或图解法确定
曲线,根据Q-S曲线确定降深10m时抽水孔的涌水量,再用下面的公式计算孔径为91mm时的涌水量,最后除以10m便是单位涌水量。
式中
,
,
--孔径为91mm的钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径;
,
,r孔--孔径为r的钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径。
附录三防隔水煤(岩)柱的尺寸要求
一、煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设
煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设,按下列公式计算:
1.煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时:
Hf=Hk+Hb(3-1)
2.煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时(图3-1):
Hf=HL+Hb(3-2)
式中Hf--防隔水煤(岩)柱高度,m;
Hk--采后垮落带高度,m;
HL--导水裂缝带最大高度,m;
Hb--保护层厚度,m;
α--煤层倾角,(°)。
根据式(3-1)、式(3-2)计算的值,不得小于20m。
式中Hk、HL的计算,参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定。
图3-1煤层露头被松散富水性强含水层覆盖时防隔水煤(岩)柱留设图
二、含水或导水断层防隔水煤(岩)柱的留设
含水或导水断层防隔水煤(岩)柱的留设(图3-2)可参照下列经验公式计算:
≥20m
式中L--煤柱留设的宽度,m;
K--安全系数,一般取2-5;
M--煤层厚度或采高,m;
p--水头压力,MPa;
Kp--煤的抗拉强度,MPa。
图3-2含水或导水断层防隔水煤(岩)柱留设图
三、煤层与强含水层或导水断层接触防隔水煤(岩)柱的留设
煤层与强含水层或导水断层接触,并局部被覆盖时(图3-3),防隔水煤(岩)柱的留设要求如下:
图3-3煤层与富水性强的含水层或导水断层接触时防隔水煤(岩)柱留设图
1.当含水层顶面高于最高导水裂缝带上限时,防隔水煤(岩)柱可按图3-3a、图3-3b留设。
其计算公式为:
L=L1+L2+L3=Hacscθ+HLcotθ+HLcotδ(3-3)
2.最高导水裂缝带上限高于断层上盘含水层时,防隔水煤(岩)柱按图3-3c留设。
其计算公式为:
L=L1+L2+L3=Ha(sinδ-cosδcotθ)+
(Hacosδ+M)(cotθ+cotδ)≥20m(3-4)
式中L--防隔水煤(岩)柱宽度,m;
L1,L2,L3--防隔水煤(岩)柱各分段宽度,m;
HL--最大导水裂缝带高度,m;
θ--断层倾角,(°);
δ--岩层塌陷角,(°);
M--断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度,m;
Ha--断层安全防隔水煤(岩)柱的宽度,m。
Ha值应当根据矿井实际观测资料来确定,即通过总结本矿区在断层附近开采时发生突水和安全开采的地质、水文地质资料,计算其水压(p)与防隔水煤(岩)柱厚度(M)的比值(Ts=p/M),并将各点之值标到以Ts=p/M为横轴,以埋藏深度H0为纵轴的坐标纸上,找出Ts值的安全临界线(图3-4)。
Ha值也可以按下列公式计算:
式中p--防隔水煤(岩)柱所承受的静水压力,MPa;
Ts--临界突水系数,MPa/m;
10--保护带厚度,一般取10m。
图3-4Ts和H0关系曲线图
本矿区如无实际突水系数,可参考其他矿区资料,但选用时应当综合考虑隔水层的岩性、物理力学性质、巷道跨度或工作面的空顶距、采煤方法和顶板控制方法等一系列因素。
四、煤层位于含水层上方且断层导水时防隔水煤(岩)柱的留设
在煤层位于含水层上方且断层导水的情况下(图3-5),防隔水煤(岩)柱的留设应当考虑2个方向上的压力:
一是煤层底部隔水层能否承受下部含水层水的压力;二是断层水在顺煤层方向上的压力。
图3-5煤层位于含水层上方且断层导水时防隔水煤(岩)柱留设图
当考虑底部压力时,应当使煤层底板到断层面之间的最小距离(垂距),大于安全煤柱的高度(Ha)的计算值,并不得小于20m。
其计算公式为
≥20m
式中α--断层倾角,(°);
其余参数同前。
当考虑断层水在顺煤层方向上的压力时,按附录三之二计算煤柱宽度。
根据以上两种方法计算的结果,取用较大的数字,但仍不得小于20m。
如果断层不导水(图3-6),防隔水煤(岩)柱的留设尺寸,应当保证含水层顶面与断层面交点至煤层底板间的最小距离,在垂直于断层走向的剖面上大于安全煤柱的高度(Ha)时即可,但不得小于20m。
图3-6煤层位于含水层上方且断层不导水时防隔水煤(岩)柱留设图
五、水淹区或老窑积水区下采掘时防隔水煤(岩)柱的留设
1.巷道在水淹区下或老窑积水区下掘进时,巷道与水体之间的最小距离,不得小于巷道高度的10倍。
2.在水淹区下或老窑积水区下同一煤层中进行开采时,若水淹区或老窑积水区的界线已基本查明,防隔水煤(岩)柱的尺寸应当按附录三之二的规定留设。
3.在水淹区下或老窑积水区下的煤层中进行回采时,防隔水煤(岩)柱的尺寸,不得小于导水裂缝带最大高度与保护带高度之和。
六、保护地表水体防隔水煤(岩)柱的留设
保护地表水体防隔水煤(岩)柱的留设,可参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》执行。
七、保护通水钻孔防隔水煤(岩)柱的留设
根据钻孔测斜资料换算钻孔见煤点坐标,按附录三之二的办法留设防隔水煤(岩)柱,如无测斜资料,应当考虑钻孔可能偏斜的误差。
八、相邻矿(井)人为边界防隔水煤(岩)柱的留设
1.水文地质简单型到中等型的矿井,可采用垂直法留设,但总宽度不得小于40m。
2.水文地质复杂型到极复杂型的矿井,应当根据煤层赋存条件、地质构造、静水压力、开采上覆岩层移动角、导水裂缝带高度等因素确定。
1)多煤层开采,当上、下两层煤的层间距小于下层煤开采后的导水裂缝带高度时,下层煤的边界防隔水煤(岩)柱,应当根据最上一层煤的岩层移动角和煤层间距向下推算(见图3-7a)。
2)当上、下两层煤之间的垂距大于下煤层开采后的导水裂缝带高度时,上、下煤层的防隔水煤(岩)柱,可分别留设(见图3-7b)。
HL—导水裂缝带上限;H1、H2、H3—各煤层底板以上的静水位高度;γ—上山岩层移动角;β—下山岩层移动角;Ly、L1y、L2y—导水裂缝带上限岩柱宽度;L1—上层煤防水煤柱宽度;L2,L3—下层煤防水煤柱宽度
图3-7多煤层地区边界防隔水煤(岩)柱留设图
导水裂缝带上限岩柱宽度Ly的计算,可采用下列公式:
≥20m
式中Ly--导水裂缝带上限岩柱宽度,m;
H--煤层底板以上的静水位高度,m;
HL--导水裂缝带最大值,m;
Ts--水压与岩柱宽度的比值,可取1。
九、以断层为界的井田防隔水煤(岩)柱的留设
以断层为界的井田,其边界防隔水煤(岩)柱可参照断层煤柱留设,但应当考虑井田另一侧煤层的情况,以不破坏另一侧所留煤(岩)柱为原则(除参照断层煤柱的留设外,尚可参考图3-8所示的例图)。
L-煤柱宽度;Ls,Lx-上、下煤层的煤柱宽度;Ly-导水裂缝带上限岩柱宽度;Ha、Has、Hax-安全防水岩柱厚度;HL-导水裂缝带上限;p—底板隔水层承受的水头压力
图3-8以断层分界的井田防隔水煤(岩)柱留设图
附录四安全隔水层厚度和突水系数计算公式
一、安全隔水层厚度计算公式
(4-1)
式中t--安全隔水层厚度,m;
L--巷道底板宽度,m;
--底板隔水层的平均重度,MN/m3;
Kp--底板隔水层的平均抗拉强度,MPa;
p--底板隔水层承受的水头压力,MPa。
2、突水系数计算公式
(4-2)
式中T--突水系数,MPa/m;
p--底板隔水层承受的水压,MPa;
M--底板隔水层厚度,m。
式(4-1)主要适用于掘进工作面,式(4-2)适用于回采和掘进工作面。
按式(4-1)计算,如底板隔水层实际厚度小于计算值时,就是不安全的。
按式(4-2)计算,就全国实际资料看,底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m,正常块段不大于0.1MPa/m。
附录五安全水头压力值计算公式
一、掘进巷道底板隔水层
(5-1)
式中p——底板隔水层能够承受的安全水压,MPa;
t——隔水层厚度,m;
L——巷道宽度,m;
——底板隔水层的平均重度,MN/m3;
Kp——底板隔水层的平均抗拉强度,MPa。
二、采煤工作面
(5-2)
式中M--底板隔水层厚度,m;
p--安全水压,MPa;
Ts--临界突水系数,MPa/m。
Ts值应当根据本区资料确定,一般情况下,在具有构造破坏的地段按0.06MPa/m计算,隔水层完整无断裂构造破坏地段按0.1MPa/m计算。
附录六采掘工作面水害分析预报表和预测图模式
一、采掘工作面水害分析预报表
附表6-1采掘工作面水害分析预测表
年月日
矿
井
项
号
预测水
害地点
采
掘
队
工作面上下标高
煤层
采掘
时间
水害
类型
水文
地质
简述
预防
及处理
意见
责任单位
备
注
名
称
厚度
(m)
倾角(°)
某矿某井
1
2
3
4
5
注:
水害类型指地表水、孔隙水、裂隙水、岩溶水、老空水、断裂构造水、陷落柱水、钻孔水、顶板水、底板水等。
二、水害预测图
在矿井采掘工程图(月报图)上,按预报表上的项目,在可能发生水害的部位,用红颜色标上水害类型符号。
符号图例如图6-1所示。
图6-1矿井采掘工作面水害预测图例
探放水超前距的计算
2—5—1
式中:
a——超前距,m;
A——安全系数,一般取2---5;
L——巷道跨度(取宽度、高度大值),m;
P——水头压力,Mpa;
Kp——煤的抗张强度,Mpa。
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