煤层顶板冒落带与导水裂缝带最大高度经验公式

冒落带和导水裂隙带高度计算摘要：一、引言二、冒落带高度计算方法1.经验公式2.实测数据计算3.理论分析三、导水裂隙带高度计算方法1.地下水位下降法2.钻孔冲洗液法3.地球物理法四、计算实例与分析五、结论与建议正文：一、引言冒落带和导水裂隙带是岩溶发育过程中的两个重要概念，它们的计算对于工程建设和水资源开发具有重要意义。

本文将介绍冒落带和导水裂隙带的高度计算方法，并通过实例进行分析，以期为相关领域提供参考。

二、冒落带高度计算方法1.经验公式冒落带高度的经验公式主要有以下几种：（1）H1=0.1D（D为洞穴直径，H1为冒落带高度）（2）H1=3.5D（D≤10m，H1为冒落带高度）（3）H1=3D（D>10m，H1为冒落带高度）2.实测数据计算通过对现场实测数据的处理和分析，可以得出冒落带高度。

实测数据包括洞穴直径、地下水位、岩石物理力学性质等。

3.理论分析根据岩溶发育原理和力学分析，可以推导出冒落带高度的理论值。

主要包括以下方面：（1）地下水动力作用下的岩溶发育规律（2）岩溶洞顶部的应力分布特征（3）冒落带形成的力学机制三、导水裂隙带高度计算方法1.地下水位下降法通过观测地下水位的下降速度和范围，结合岩溶发育特征，可以估算导水裂隙带高度。

2.钻孔冲洗液法在钻孔过程中，观测冲洗液的流量和变化，可以判断导水裂隙带的位置和高度。

3.地球物理法利用地球物理方法（如电法、地震法等）探测地下结构，结合钻孔资料，可以确定导水裂隙带的位置和高度。

四、计算实例与分析以某岩溶地区为例，通过现场实测、经验公式计算和理论分析，得出冒落带和导水裂隙带的高度。

分析结果表明，实测数据与计算结果基本一致，验证了计算方法的准确性。

五、结论与建议本文总结了冒落带和导水裂隙带的高度计算方法，并对计算方法进行了分析和实例验证。

在实际应用中，应根据具体情况选择合适的计算方法，并结合现场实测数据和理论分析，以获得更为准确的计算结果。

综采一次采全高顶板导水裂缝带发育高度的计算公式及适用性分析白利民;尹尚先;李文【摘要】确定煤层顶板导水裂缝带高度可为顶板防治水、采掘工程布置、防水煤柱留设以及瓦斯抽采设计提供依据。

采用井下仰孔注水测渗漏法，实测山西西山煤田镇城底矿8煤导水裂缝带高度为57.98 m，其中冒落带高度16.72 m，裂隙带高度41.26 m。

依据实测结果并收集了8个矿综采一次采全高中硬覆岩下导水裂缝带高度数据，利用数理统计回归分析的方法，得出了适用于综采一次采全高中硬覆岩下导水裂缝带高度计算的经验公式，并与《煤矿安全规程》中相应经验公式进行对比分析，结果表明，该公式适用性好，而《煤矿安全规程》中有关公式应用于中厚煤层综采一次采全高开采条件预测，其误差较大。

%Setting the height of the water conducting zone in roof can provide the basis for prevention and control of roof water, mining and excavation layout, leaving the water prevention coal pillars, design of coal gas drainage. Taking No.8 seam in Zhenchengdi mine, Xishan as a study object, using water injection leakage measurenment method in overhead borehole, the height was 57.98 m, the falling zone height was 16.72 m and the fractured zone height was 41.26 m. Based on observation result from 8 mines in the similar conditions, empirical formulas of wa-ter conducting zone height for fully mechanized mining face were obtained by statistical regression analysis. The contrastive analysis of the corresponding formula in"coal mine safety regulations"was carried out. The result show that the empirical formula has good applicability, formula in"coal mine safety regulations"has relativelylarge er-ror when applied in prediction of the mining conditions for mining height of fully mechanized mining in median thick seam.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2013(000)005【总页数】4页(P36-39)【关键词】导水裂缝带;井下仰孔注水测渗漏法;回归分析;经验公式【作者】白利民;尹尚先;李文【作者单位】山西焦煤集团西山煤电集团公司，山西太原030052;华北科技学院安全工程学院，北京 101601;山西省朔州市水工程移民办公室，山西朔州036002【正文语种】中文【中图分类】TD741;P641.4导水裂缝带发育高度是煤矿顶板防治水、采掘工程布置、防水煤(岩)柱留设以及瓦斯抽采等设计依据的主要技术参数之一，国内外众多学者对“两带”高度进行了深入研究[1-11]，结果表明，工作面顶板导水裂缝带发育受多种因素的影响，如采厚、采空区的面积、顶板岩层的结构类型、顶板管理方式、煤层的赋存状态和开采条件等，这些因素具有复杂、难定量及非线性等特点。

岩石的水理性质1 岩石的溶水性：岩石能容纳一定水量的性质，用容水度（W n）表示W n＝V nV×100%2 岩石的给水性：在重力作用下，从饱水岩石中，自由流出一定水量的性能，用给水度（μ）表示μ＝V gV×100%3 岩石的持水性：饱水的岩石在重力作用下排水后仍能保持一定水量的性能，用持水度(W m)表示W m＝V mV×100%岩石的吸水性：用吸水率（W a）表示W a=m w1m s式中 m w1——岩石试件在0.1 M P a和室温条件下自由吸入水的质量m s——试件干质量岩石的软化性：岩石浸水后强度降低的性质，用软化系数（K R）表示K R＝σcwσcd式中σcw——岩石的饱水抗压强度σcd——岩石的干抗压强度4岩石的抗剪强度：τ=σtanφ+c式中σ——垂直的压应力Φ——岩石的内摩擦角C——内聚力4 岩石的隔水值：单位厚度的岩石对地下水流的阻隔能力m i＝m固V＝m固Ah式中 m i——岩石隔水值，kg/m3m固——岩石的固体质量，kgV——岩石的体积，m3A——岩石的面积，m2h——岩石的厚度, m5 岩石的隔水质量等值系数：在相同的水文地质条件下，与泥岩不同质量，但有相同厚度的任一种岩石的隔水值与泥岩隔水值之比。

δi ＝m im0式中m i——某岩石的单位厚度隔水值， kg/m2m0——泥岩单位厚度隔水值，kg/m26 等值厚度：每种岩石的厚度在隔水值方面相当于泥岩的厚度h e＝h iδi式中h e——岩石的等值厚度，mh i——该岩石的实际厚度，mδi——该岩石的隔水质量等值系数7 水力坡度 I＝H A−H BL AB式中H A−H B——A、B两点的水位差L AB——A、B两点的实际距离8 流量：单位时间内通过某一过水断面的水量Q＝ων式中ω——过水断面面积，m2ν——水流的平均流速，m/s9 达西定律 Q＝KωI式中 Q——单位时间内通过过水断面ω的渗流流量，m3/d K——砂土的渗透系数，m/dω——过水断面面积，m2 I——水力坡度10 通过含水层过水断面的流量 Q＝KMB H1−H2L q＝KM H1−H2L式中 K——渗透系数，m/dM——含水层厚度，mB——过水断面的水流宽度，mH1、H2——孔1孔2断面的水头，m q——单宽流量，m2/d11 岩心采取率Kμ＝L0L×100%式中 L——某回次所取岩芯的总长度，mL0——本回次进尺长度，m12 钻孔涌水量当f＜5m时，Q＝11d2√f当f＞5m时，Q＝11d2√f（1＋0.00 3f）式中 Q——钻孔涌水量，L/sf——钻孔涌水高度，dmd——孔口管内径，dm13 岩石的裂隙率K T＝∑IbA×100%式中 A——测定面积，m2I——裂隙长度，m b——裂隙宽度，m14 突水点的划分（一）小突水点：Q ≤60m3/h(二)中等突水点60m3/h＜Q≤600m3/h（三）大突水点600m3/h＜Q≤1800m3/h（四）特大突水点Q＞1800m3/h15 矿井涌水量1）正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量 V＝2（Q＋3000）2）富水系数法K P＝QPQ——某一时期矿井排水量 P——同一时期的开采量3）单位涌水量法q0＝Q0F0S0Q0——生产矿井的涌水量F0——开采面积S0——水位降深16 底板破坏深度与采面斜长关系的经验公式：h1＝1.86＋0.11Lh1＝0.009 11H＋0.044 8α-0.311 3f＋7.929 1×ln L24式中h1——采动对底板的破坏深度L——工作面斜长，mH——采深，mα——煤层倾角，（°）f——底板岩石坚固性系数17 斯列萨列夫公式计算巷道底板突水时的安全水头H 安＝2K P t2L2+γt t安=L（√γ2L2+8KP H—γL）4K P式中H安——安全水头，即巷道底板隔水层所能承受的极限水头值，10−2M P a K P——底板隔水层抗张强度，10−2M P at——巷道底板隔水层实际厚度，mL——巷道宽度，mγ——巷道底板隔水层密度t安——安全厚度，即巷道底板抵抗实际水头的极限厚度，mH——作用于巷道底板的实际水压，10−2M P a采煤工作面的安全水压P＝T s M T s——临界突水系数，M P a／m M——底板隔水层厚度，m18 突水系数 T=PM—C p式中P——作用于底板的水压，M P aM——隔水层底板厚度，mC p——矿压破坏深度，M19 老空积水量的估算Q 积=∑Q采+∑Q巷Q采=KMFcosαQ巷=KWL式中Q积——相互连通的各个积水区的总水量，m3∑Q采——有水力联系的煤层采空区积水量之和，m3∑Q巷——与采空区连通的各种巷道积水量之和，m3K——充水系数，通常采空区取0.25~0.5，煤巷取0.5~0.8,岩巷取0.8~1.0 M——采空区煤层平均采高或煤厚，mF——采空积水区的水平投影面积，m2α——煤层倾角，（°）W——积水巷道原有断面，m2L——不同断面的巷道长度，m20 超前距的计算公式a=0.5AB√3PK P式中 a——超前距（防水煤柱宽度L），mA——安全系数（一般取2~5）B——巷道的跨度（宽或高取其大者），mP——水头压力，M P aK P——煤的抗拉强度，M P a21 矿区需水量的计算Q=∑qn式中Q——矿区工业场地需水量，m3／dq——每生产1t煤的需水量，m3n——一年中最高日产煤量，t／d22 补给量的计算1)地下水流入量的计算Q j=KIBM式中Q j——地下水平均径流量，m3／dK——含水层渗透系数，m／dI——天然状态或开采条件下的水力坡度B——计算断面宽度，mM——天然状态或开采条件下计算断面内含水层的厚度，m 2）大气降水渗入补给量的计算Q s=aZF365式中 a——渗入系数，m3／dZ——多年平均降水量，mF——接受降水的渗入面积，m23）地表水渗漏补给量的计算潜水含水层：Q s=BK H2−h22L承压含水层：Q s=BKM H−hL式中Q s——河水的渗漏补给量，m3／dB——河水对供水井（群）的补给宽度，mK——含水层的渗透系数，m／dH——河水至含水层底板高度，mh——供水井（群）动水位高度，mL——井（群）至河水边线距离，mM——承压含水层厚度，m4)相邻含水层越流补给量的计算Q y=KμFμHμ−hMμ+K L F L H L−hM L式中Q y——越流补给量，m3／dK μ、Mμ——开采层上部弱透水层的垂直渗透系数（m／d）和厚度（m）K L、M L——开采层下部弱透水层的垂直渗透系数（m／d）和厚度（m）Hμ、H L——与开采层相邻上、下含水层的水位，mFμ、F L——与开采层相邻上、下含水层越流面积，m2h——开采含水层的水位或开采漏斗的平均水位，m地下水综合补给量的计算Q b=E+Q y+Q j+Q k±∆V365式中Q b——开采区含水层接受的日平均补给量，m3／dE——开采区日平均地下水蒸发量，m3／dQ y——开采区地下水日平均溢出量，m3／dQ j——流出区外的日平均径流量，m3／dQ k ——开采区含水层日平均开采量，m 3／d∆V ——开采区接连两年同一天含水层中地下水储存量年差，m 323 地下水环境影响评价的数学模型 H m ＝W i （D n +D m +K +M) 式中 H m ——环境质量变异系数 W i ——污染源影响分量 D n ——地质条件影响分量 D m ——地貌条件影响分量 K ——开采条件影响分量 M ——修正系数在此处键入公式。

煤矿防治水计算公式、经验公式汇编一、项目实施背景XXXX煤业有限公司XX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、2018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》《XX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、2018年8月份开始使用。

三、项目实施过程（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α，岩层倾角或钻孔方向岩层方向岩层伪倾角β，求岩层真厚度m公式：公式：（1）垂直孔：m=Lcosβ，式中β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（α-β）（3）逆岩层倾向（或伪倾向）钻孔：m=Lsin（α+β）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/cosa Q 巷=WLK式中Q 积：总积水量，m 3；ΣQ 采：采空区积水量之和，m 3； ΣQ 巷：巷道积水量之和，m 3；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，m 2； L ：积水巷道长度，m 。

矿井水文地质工程地质常用计算公式目录一、突水系数公式： (1)二、底板安全隔水层厚度(斯列沙辽夫公式)： (2)三、防水煤柱经验公式： (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)㈠矿井正常排水能力计算： (4)㈡抢险排水能力计算： (5)㈢排水扬程的计算： (5)㈣排水管径计算： (5)㈤排水时间计算： (6)㈥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)㈠容积法： (7)㈡淹没法： (7)㈢浮标法： (7)㈣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)㈠普通水泥主要性质： (9)㈡水泥浆配制公式： (9)㈢水玻璃浓度 (10)㈣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验公式表 (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：㈠定义：每米有效隔水层厚度所能承受的最大水压值。

㈡公式：Ts＝P/(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）。

㈢公式主要用途：1.确定安全疏降水头；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。

㈣参数取值依据：Ts—常用工作面最大突水系数。

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与工作面最低标高计算而得，水压值计算至含水层顶面。

FORUM 论坛管理58 /矿业装备 MINING EQUIPMENT浅谈煤矿下山掘进顶板淋水防治管理办法□ 亢建华　山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司根据资料统计，我国煤层分为近水平煤层、缓倾斜、倾斜、急倾斜煤层，在矿井设计时，会选择开拓巷道沿倾向布置或是沿走向布置，在实践中多数巷道是沿着底板开拓，所以都面临都有很多上下山掘进巷道，由于地质构造结构影响，巷道顶板淋水一直无法解决，加之顶板淋水随着时间的增长，不仅影响掘进速度和工程效率，而且对巷道支护以及围岩遭到破坏，使得作业环境变得更加恶劣，严重时会发生大面积顶板垮落，造成作业人员安全风险，所以必须采取有效措施进行处理，降低顶板淋水对掘进工作面的影响。

1　概述山西宁武大运华盛庄旺煤业有限公司为生产矿井，生产能力为150万t/年，主要开采2号煤层，煤层厚度为3.2～5.0 m，平均为4.12 m，煤(岩)层赋存特征见表1、2，图1。

2号煤层上覆多层砂岩，K2砂岩是开采2号煤层的直接充水含水层，并通过开采塌陷裂隙与上覆砂岩体发生水力联系，或在浅部与风化裂隙水发生水力联系，成为矿井充水因素，但由于各砂岩体含水层为弱富水性，充水方式均以顶板淋水为主。

根据《煤矿防治水细则》中引用的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中煤层顶板冒落带、导水裂缝带高度计算公式，计算各煤层的冒落带、导水裂缝带高度：本井田煤层倾角为3°～11°，为缓倾斜煤层，煤层顶板均为中硬岩石（砂岩、砂质泥岩、泥岩），因此，各煤层开采形成的冒落带高度和导水裂隙高度采用以下公式计算。

冒落带计算公式：导水裂隙高度计算公式：式中：H h 为导水裂隙带的高度，m ；M 为煤层累计采厚，m。

本井田2号煤层最大厚度为5.0 m，开采2号煤层形成的冒落带及导水裂隙带最大高度分别表 1　煤层特征表项 目指 标煤层厚度（最小～最大/平均）m 3.2~5.0/4.12绝对瓦斯涌出量/（m 3·min-1）0.21相对瓦斯涌出量/（m 3·t-1）1煤层硬度3煤层倾角（最小~最大/平均）（°）3~10煤层层理（发育程度）中等发育煤层节理（发育程度）中等发育煤尘云爆炸下限浓度（g/m 3）20煤层自然倾向性等级Ⅱ煤尘爆炸性有爆炸性表 2　2＃煤顶、底板岩性特征表煤层顶底板情况顶底板名称岩石名称平均厚度（m）特性基本顶砂岩11.85灰砂泥岩，灰黑色泥岩，灰白色石英砂岩组成底部为K2标志层。

矿井水文地质常用计算公式目录一、突水系数公式： (1)二、底板安全隔水层厚度(斯列沙辽夫公式)： (2)三、防水煤柱经验公式： (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)㈠矿井正常排水能力计算： (4)㈡抢险排水能力计算： (5)㈢排水扬程的计算： (5)㈣排水管径计算： (5)㈤排水时间计算： (6)㈥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)㈠容积法： (7)㈡淹没法： (7)㈢浮标法： (7)㈣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)㈠普通水泥主要性质： (9)㈡水泥浆配制公式： (9)㈢水玻璃浓度 (10)㈣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验公式表 (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：㈠定义：每米有效隔水层厚度所能承受的最大水压值。

㈡公式：Ts＝P/(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）。

㈢公式主要用途：1.确定安全疏降水头；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。

㈣参数取值依据：Ts—常用工作面最大突水系数。

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与工作面最低标高计算而得，水压值计算至含水层顶面。