[發(fā)明專利]礦用高位離層水疏放的直通式導(dǎo)流泄水孔及其施工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611145322.0
• 申請(qǐng)日: 2016-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN106703880B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬偉;雷利劍;李文平;李小琴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21F16/00
• 分類號(hào): E21F16/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 錢麗

1.礦用高位離層水疏放的直通式導(dǎo)流泄水孔，其特征在于：包括豎直向下鉆設(shè)的變徑直通式導(dǎo)流泄水孔，變徑直通式導(dǎo)流泄水孔包括第一段鉆孔和第二段鉆孔，第一段鉆孔內(nèi)嵌套第一級(jí)套管，第一級(jí)套管的直徑大于第二段鉆孔的直徑，第一段鉆孔由地表打至第四系底界以下10～20m處，第二段鉆孔接第一段鉆孔下沿打至冒落帶頂界；

礦用高位離層水疏放的直通式導(dǎo)流泄水孔的施工方法，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)工作面周期閉合距、離層發(fā)育層位和離層持續(xù)時(shí)間，在工作面回采之前確定變徑直通式導(dǎo)流泄水孔布設(shè)的位置；

步驟二、根據(jù)工作面正常涌水和離層積水均勻下泄的總涌水量，確定第二段鉆孔的孔徑，并根據(jù)地層發(fā)育情況確定第二段鉆孔孔段的長度；

步驟三、根據(jù)第二段鉆孔的孔徑確定第一級(jí)套管的直徑和第一段鉆孔的直徑；

步驟四、首先施工第一段鉆孔，將第一段鉆孔鉆至目標(biāo)深度，下入第一級(jí)套管，并進(jìn)行水泥漿隔離封閉；

步驟五、第一段鉆孔合格后，根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)施工第二段鉆孔，施工過程中，不斷往下鉆進(jìn)，穿過洛河組砂巖確保鉆孔達(dá)到冒落帶頂界面，第二段鉆孔全段為裸孔；

步驟六、離層形成期間，導(dǎo)致變徑直通式導(dǎo)流泄水孔發(fā)生變形、破壞或堵塞，變徑直通式導(dǎo)流泄水孔出現(xiàn)孔口吸風(fēng)現(xiàn)象；

步驟七、孔口吸風(fēng)停止時(shí)，表明離層空間形成和覆巖調(diào)整穩(wěn)定，此時(shí)為變徑直通式導(dǎo)流泄水孔透孔的最佳時(shí)間，對(duì)變徑直通式導(dǎo)流泄水孔進(jìn)行透孔；

步驟八、根據(jù)變徑直通式導(dǎo)流泄水孔的吸風(fēng)情況，重復(fù)步驟七，進(jìn)行周期性透孔；

步驟九、透孔后，變徑直通式導(dǎo)流泄水孔結(jié)構(gòu)完整，泄水通道暢通，離層積水通過變徑直通式導(dǎo)流泄水孔均勻持續(xù)下泄；

步驟十、工作面全部回采完畢后，對(duì)變徑直通式導(dǎo)流泄水孔進(jìn)行封孔，采用水泥漿對(duì)洛河組底部50m及其以下孔段進(jìn)行全部封堵。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用高位離層水疏放的直通式導(dǎo)流泄水孔，其特征在于：第一段鉆孔的直徑為273～340mm，第一級(jí)套管的直徑為219～245mm，第二段鉆孔的直徑為152～190mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用高位離層水疏放的直通式導(dǎo)流泄水孔，其特征在于：步驟二中第二段鉆孔的孔徑確定方法如下：

依據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)中非穩(wěn)定流理論可知，在側(cè)向無限延伸的承壓含水層中抽水，如果在整個(gè)抽水期間保持井中水頭或降深不變，那么抽水量將隨著抽水時(shí)間的延續(xù)而逐漸減少，其抽水量可按下式計(jì)算得：

Q₀＝2πTSG(λ)； (1)

λ=Ttμer02;---(2)]]>

式中：Q₀工作面頂板離層水以均勻方式下泄時(shí)的最大涌水量，m³/h；T為含水層導(dǎo)水系數(shù)，m²/d；t為抽水延續(xù)時(shí)間，d；μ_e為儲(chǔ)水系數(shù)；r₀為抽水井半徑，m；S為含水層水位降深，m；λ為沿程阻力系數(shù)；G(λ)為λ的函數(shù)，查表確定；

由此，可確定工作面頂板離層水以均勻方式下泄時(shí)的最大涌水量Q₀；

根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程，對(duì)于不可壓縮黏性流體的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)而言，沿同一流線上的各點(diǎn)或同一基元流束上的各過水?dāng)嗝骈g的關(guān)系，可知：

H=Z1+p1r+u12g=Z2+p2r+u22g+hf;---(3)]]>

式中：H為總水頭，m；Z₁和Z₂分別為過水?dāng)嗝嫔?-1、2-2上的兩點(diǎn)A、B在基準(zhǔn)線以上的高度，m；和分別為過水?dāng)嗝?-1、2-2上的兩點(diǎn)A、B的測(cè)壓高度，m；u₁、u₂分別為研究點(diǎn)A、B的流速，m/s；h_f為水流從研究點(diǎn)A到研究點(diǎn)B的水頭損失，m；

假設(shè)直通式導(dǎo)流泄水孔出水口為基準(zhǔn)線，則式(3)可簡(jiǎn)化為：

H=u22g+hf;---(4)]]>

管道流動(dòng)中單位重量流體沿程水頭損失為：

hf=λLu22gD---(5)]]>

式中：λ為沿程阻力系數(shù)；L為管道長度，m；u為管道流體平均流速，m/s；g為重力加速度，m²/s；D為管道內(nèi)徑，m；

將鉆孔疏放水視作管道流，則u₂＝u，將式(5)帶入式(4)得：

H=u222g+λLu22gD;---(6)]]>

則：

u2=2gDHλL+D;---(7)]]>

故總涌水量為：

Q=πD24u2=πD242gDHλL+D;---(8)]]>

Q＝Q₀+Q₁ (9)

式中：Q為總涌水量，m³/h；Q₁為工作面正常涌水量，m³/h；

將式(9)計(jì)算得到的總涌水量代入式(8)，即可確定直通式導(dǎo)流泄水孔的第二段鉆孔的孔徑D。