一種潛水完整井斜井的階梯降水方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了斜井穿越富水厚砂層段的一種潛水完整井斜井的階梯降水方法。該方法引入降水單元的概念，考慮降水單元之間干擾的影響，斜井降水井按計(jì)算單元逐次計(jì)算，根據(jù)斜井建設(shè)過(guò)程中不同井點(diǎn)降水深度不同的特點(diǎn)，利用達(dá)西定律及裘布衣公式計(jì)算各降水單元所需降水量。通過(guò)對(duì)薛廟灘礦井二號(hào)副斜井井筒施工降水的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足施工要求。這對(duì)保證富水厚砂層中斜井的安全施工具有指導(dǎo)意義。陜北袁大灘井田和大海則井田處工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件與薛廟灘礦井極其相似，因此本發(fā)明將用于袁大灘井田和大海則井田的斜井建設(shè)中去，為該地區(qū)斜井施工提供有力的技術(shù)保障和參考，應(yīng)用前景遠(yuǎn)大，加快了斜井施工速度，節(jié)約了費(fèi)用，廣泛用于斜井施工。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種潛水完整井斜井的階梯降水方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦斜井井筒建設(shè)過(guò)程中的降水方法。適用于緩坡斜井井建過(guò)程中的降水量估計(jì)，指導(dǎo)降水方案設(shè)計(jì)，特別適用于斜井穿越富水厚砂層段的一種潛水完整井斜井的階梯降水方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有降水井根據(jù)其井底是否達(dá)到不透水層分為完整井和非完整井；根據(jù)地下水有無(wú)壓力，降水井分為承壓井和潛水井(無(wú)壓井)。對(duì)應(yīng)的降水理論包括承壓完整井降水理論、承壓非完整井降水理論、潛水完整井降水理論、潛水非完整井降水理論等。上述降水理論所計(jì)算的各點(diǎn)降深相同，但是為保證斜井順利開(kāi)挖，要求開(kāi)挖過(guò)程中水位均處于斜井底板以下，導(dǎo)致沿斜井長(zhǎng)度范圍內(nèi)各點(diǎn)降深呈線(xiàn)性變化，已有的降水理論不再適用于斜井井建降水計(jì)算。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)現(xiàn)有降水理論不能科學(xué)合理地計(jì)算斜井建設(shè)時(shí)的降水量，引入降水單元概念，根據(jù)斜井建設(shè)過(guò)程中不同井點(diǎn)降水深度不同的特點(diǎn)，計(jì)算各降水單元所需降水量的一種潛水完整井斜井的階梯降水方法。
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣解決的:一種潛水完整井斜井的階梯降水方法，該方法按下述步驟進(jìn)行:
[0005](I)、為保證斜井順利開(kāi)挖，要求開(kāi)挖過(guò)程中水位均處于斜井底板以下，在斜井的地表距斜井主井筒外圍分別鉆有第一井筒、第二井筒、第三井筒、第四井筒和第五井筒；
[0006](2)、對(duì)上述五個(gè)井筒進(jìn)行抽水，井筒周?chē)械乃婢陀伤阶兂蓮澢?，最后這個(gè)曲線(xiàn)逐漸趨穩(wěn)定，形成水位降落漏斗；
[0007](3)、將五個(gè)井筒中的3 口井筒劃分為群井計(jì)算單元，使該計(jì)算單元呈三角形布置，其中第一井筒、第二井筒、第三井筒和第三井筒、第四井筒和第五井筒分別為A計(jì)算單元和C計(jì)算單元；所述第一井筒、第三井筒和第四井筒為區(qū)域B，所述區(qū)域B為A計(jì)算單元和C計(jì)算單元的覆蓋范圍區(qū)域，其中A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)分別為三角形區(qū)域的形心；
[0008](4)、利用達(dá)西定律及裘布衣公式計(jì)算降水范圍及降水量；
[0009](5)、為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將三角形布置的群井單元當(dāng)作一個(gè)大井，流量按照裘布衣公式計(jì)算，此時(shí)，S為干擾群井中心的降深值，井半徑為大井的等值圓半徑Γ(1 ；
[0010]涌水量計(jì)算公式為
Λ ,，"，i2H-S\S
「 ? O = 1.3661-^-—-
[0011]?..R.k(—)(I)

-K
[0012]其中，H—潛水層厚度，m;
[0013]S—大井中心水位降深，m ；
[0014]r0一大井計(jì)算單元等效半徑，m ;
[0015]R—大井影響半徑，m ；
[0016]根據(jù)公式(I)，可由距井中心r處降深S1確定計(jì)算單元總涌水量Q，由計(jì)算單元總涌水量Q反算可確定井中心降深S ；
[0017]所述斜井降水井按計(jì)算單元逐次開(kāi)始工作，具體計(jì)算方法如下:
[0018]I)、利用裘布衣公式計(jì)算第i組單元A，此時(shí)應(yīng)保證B點(diǎn)地下水位在底板以下，將B點(diǎn)的降深Sb及AB的距離帶入公式(I)，計(jì)算單元A的總涌水量Qi ；
[0019]2)、以計(jì)算單元A的總涌水量Qi反算A點(diǎn)降深Si,并保證A點(diǎn)水位在A點(diǎn)底板以下；
[0020]3)、利用裘布衣公式計(jì)算第i+Ι組單元C，此時(shí)C點(diǎn)的計(jì)算水位為第i組A單元抽水時(shí)的影響水位，重復(fù)I)和2)步驟向前延伸，直至斜井進(jìn)入基巖。
[0021]所述降水單元之間由于受干擾的影響，分別對(duì)降水單元進(jìn)行降水計(jì)算。
[0022]所述斜井降水井按計(jì)算單元逐次進(jìn)行階梯降水涌水量和降深計(jì)算。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，對(duì)薛廟灘礦井二號(hào)副斜井井筒施工降水的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足施工要求。這對(duì)保證富水厚砂層中斜井的安全施工具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
[0024]陜北袁大灘井田和大海則井田處工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件與薛廟灘礦井極其相似，因此本發(fā)明將最先用于袁大灘井田和大海則井田的斜井建設(shè)中去，同時(shí)，本發(fā)明也會(huì)為該地區(qū)斜井施工提供有力的技術(shù)保障和參考，應(yīng)用前景遠(yuǎn)大，加快了斜井施工速度，節(jié)約了費(fèi)用，廣泛用于斜井施工。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為潛水完整井大井俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為圖1的主視降水單元布置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為圖1的俯視降水單元布置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為潛水完整井大井法斜井階梯降水計(jì)算簡(jiǎn)圖。
[0029]圖4中I為斜井，II為第i組水位，III為第i+Ι組水位。
[0030]圖3中I至5為降水井,6為斜井，A至C為降水單元。
[0031]圖2中I為降水大井，II為原水位。
[0032]表I是潛水完整井大井法斜井階梯降水計(jì)算結(jié)果

【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0034]一種潛水完整井斜井的階梯降水方法，該方法按下述步驟進(jìn)行:
[0035](I)、為保證斜井順利開(kāi)挖，要求開(kāi)挖過(guò)程中水位均處于斜井底板以下，在斜井的地表距斜井主井筒外圍分別鉆有第一井筒1、第二井筒2、第三井筒3、第四井筒4和第五井筒5 ;
[0036](2)、對(duì)上述五個(gè)井筒進(jìn)行抽水，井筒周?chē)械乃婢陀伤阶兂蓮澢?，最后這個(gè)曲線(xiàn)逐漸趨穩(wěn)定，形成水位降落漏斗；
[0037](3)、將五個(gè)井筒中的3 口井筒劃分為群井計(jì)算單元，使該計(jì)算單元呈三角形布置，其中第一井筒1、第二井筒2、第三井筒3和第三井筒3、第四井筒4和第五井筒5分別為A計(jì)算單元和C計(jì)算單元；所述第一井筒1、第三井筒3和第四井筒4為區(qū)域B，所述區(qū)域B為A計(jì)算單元和C計(jì)算單元的覆蓋范圍區(qū)域，其中A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)分別為三角形區(qū)域的形心；
[0038](4)、利用達(dá)西定律及裘布衣公式計(jì)算降水范圍及降水量；
[0039](5)、為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將三角形布置的群井單元當(dāng)作一個(gè)大井，流量按照裘布衣公式計(jì)算，此時(shí)，S為干擾群井中心的降深值，井半徑為大井的等值圓半徑Γ(1 ；
[0040]涌水量計(jì)算公式為
ΛUH-,SIS’
「O = Ι.^66κ^----(? )
[0041]?Iu )



+ rD +
[0042]其中，H—潛水層厚度，m ；
[0043]S—大井中心水位降深，m ；
[0044]r0一大井計(jì)算單元等效半徑，m ；
[0045]R一大井影響半徑，m ；
[0046]根據(jù)公式(I)，可由距井中心r處降深S1確定計(jì)算單元總涌水量Q，由計(jì)算單元總涌水量Q反算可確定井中心降深S ；
[0047]所述斜井降水井按計(jì)算單元逐次開(kāi)始工作，具體計(jì)算方法如下:
[0048]I)、利用裘布衣公式計(jì)算第i組單元A，此時(shí)應(yīng)保證B點(diǎn)地下水位在底板以下，將B點(diǎn)的降深Sb及AB的距離帶入公式(I)，計(jì)算單元A的總涌水量Qi ；
[0049]2)、以計(jì)算單元A的總涌水量Qi反算A點(diǎn)降深Si,并保證A點(diǎn)水位在A點(diǎn)底板以下；
[0050]3)、利用裘布衣公式計(jì)算第i+Ι組單元C，此時(shí)C點(diǎn)的計(jì)算水位為第i組A單元抽水時(shí)的影響水位，重復(fù)I)和2)步驟向前延伸，直至斜井進(jìn)入基巖。
[0051]所述降水單元之間由于受干擾的影響，分別對(duì)降水單元進(jìn)行降水計(jì)算。
[0052]所述斜井降水井按計(jì)算單元逐次進(jìn)行階梯降水涌水量和降深計(jì)算。
[0053]實(shí)施例1
[0054]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對(duì)薛廟灘礦井二號(hào)副斜井井筒施工降水的理論計(jì)算，本次計(jì)算假定斜井降水區(qū)域隔水層深度65.0m，地下水靜止水位在地面以下6.0m，潛水含水層厚度59.0m,第四系中更新統(tǒng)離石組松散砂層滲透系數(shù)k = 0.67m/d ;斜井以?xún)A角5.5°向下延伸，經(jīng)計(jì)算斜井將在距井口 62m處開(kāi)始進(jìn)入地下水位，考慮到降水單元將形成一降水漏斗，具有一定影響半徑，因此，第一組降水單元形心距斜井井口 85m。群井計(jì)算單元呈三角形布置，三角形的高取為20m(考慮井寬以及注漿范圍)，底邊長(zhǎng)30m，計(jì)算單元面積A = 300m2,等效半徑
ro = =9.775m0
[0055](I)第一組降水單元形心位置位于井口向井底方向85米巷道底板中心處。此時(shí)底板深度8.147m。要求水位位于底板以下0.5m處，故降深SI = 2.647m。
[0056]影響半徑JJ1 =+ r0 =43.057#?
[0057]第一組降水單元與第二組降水單元形心距離取30m。中心點(diǎn)降深為= 4.091m。
[0058]當(dāng)降水達(dá)到此降深時(shí)第一組降水單元涌水量

/■>// _c \c
Γ ? Q = 1,366A ^= 931,357"?3 /d
[0059], R.1g

r
[0060]單井涌水量為310.452m3/d
[0061]第一組降水單元行心處降深S1' = 5.844m
[0062]此時(shí)第二組降水單元形心處含水層厚度H2 = 57.631m
[0063](2)第二組降水單元計(jì)算時(shí)，含水層厚度為57.631m
[0064]第二組降水單元形心位置底板深度11.034m。要求水位位于底板以下0.5m處，故降深 S2 = 4.165m。
[0065]向半 1-- =IS2^HJi +r0 =61,534m
[0066]第二組降水單元與第三組降水單元形心距離30m。中心點(diǎn)降深為S& = 5.609m。
[0067]此時(shí)第二組降水單元涌水量
Γ ? O, = 1366k= 91 8.286?i3 / d
[0068], R1

Ig


r
[0069]單井涌水量為306.095m3/d
[0070]第二組降水單元行心處降深S’ 2 = 7.436m
[0071]此時(shí)第三組降水單元形心處含水層厚度H3 = 54.848m
[0072]......
[0073]由此逐個(gè)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表I。
[0074]經(jīng)過(guò)分析，按照本文潛水完整井大井法斜井階梯降水計(jì)算理論，計(jì)算結(jié)果可以滿(mǎn)足施工要求，成功完成降水作業(yè)，取得明顯經(jīng)濟(jì)效益。
[0075]表I
[0076]:% U.;
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1.>::.H....f-1r_::.-::}.y: 4>；, yy:..1?:.、.....--..、 ' '.》..' -.、., -.X ' Λ.f#.T*
二.::.,.:..二\.二.._ι_ r_供.卞.
【權(quán)利要求】
1.一種潛水完整井斜井的階梯降水方法，該方法按下述步驟進(jìn)行: (I )、為保證斜井順利開(kāi)挖，要求開(kāi)挖過(guò)程中水位均處于斜井底板以下，在斜井的地表距斜井主井筒外圍分別鉆有第一井筒(I)、第二井筒(2)、第三井筒(3)、第四井筒(4)和第五井筒(5); (2 )、對(duì)上述五個(gè)井筒進(jìn)行抽水，井筒周?chē)械乃婢陀伤阶兂蓮澢?，最后這個(gè)曲線(xiàn)逐漸趨穩(wěn)定，形成水位降落漏斗； (3)、將五個(gè)井筒中的3 口井筒劃分為群井計(jì)算單元，使該計(jì)算單元呈三角形布置，其中第一井筒(I)、第二井筒(2)、第三井筒(3)和第三井筒(3)、第四井筒(4)和第五井筒(5)分別為A計(jì)算單元和C計(jì)算單元；所述第一井筒(I)、第三井筒(3)和第四井筒(4)為區(qū)域B，所述區(qū)域B為A計(jì)算單元和C計(jì)算單元的覆蓋范圍區(qū)域，其中A點(diǎn)、B點(diǎn)和C點(diǎn)分別為三角形區(qū)域的形心； (4 )、利用達(dá)西定律及裘布衣公式計(jì)算降水范圍及降水量； (5 )、為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將三角形布置的群井單元當(dāng)作一個(gè)大井，流量按照裘布衣公式計(jì)算，此時(shí)，S為干擾群井中心的降深值，井半徑為大井的等值圓半徑化; 涌水量計(jì)算公式為:
ρ=1.搬
IeA(I) 其中，//一潛水層厚度，m;
S —大井中心水位降深，m ；
4 一大井計(jì)算單元等效半徑，m; 一大井影響半徑，m ； 根據(jù)公式(1)，可由距井中心r處降深H確定計(jì)算單元總涌水量ρ，由計(jì)算單元總涌水量δ反算可確定井中心降深;:； 所述斜井降水井按計(jì)算單元逐次開(kāi)始工作，具體計(jì)算方法如下: I )、利用裘布衣公式計(jì)算第i組單元A，此時(shí)應(yīng)保證B點(diǎn)地下水位在底板以下，將B點(diǎn)的降深A(yù)■及AB的距離帶入公式(1)，計(jì)算單元A的總涌水量； 2)、以計(jì)算單元A的總涌水量β反算A點(diǎn)降深名，并保證A點(diǎn)水位在A點(diǎn)底板以下； 3)、利用裘布衣公式計(jì)算第i+Ι組單元C，此時(shí)C點(diǎn)的計(jì)算水位為第i組A單元抽水時(shí)的影響水位，重復(fù)I)和2)步驟向前延伸，直至斜井進(jìn)入基巖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種潛水完整井斜井的階梯降水方法，其特征在于所述降水單元之間由于受干擾的影響，分別對(duì)降水單元進(jìn)行降水計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種潛水完整井斜井的階梯降水方法，其特征在于所述斜井降水井按計(jì)算單元逐次進(jìn)行階梯降水涌水量和降深計(jì)算。
【文檔編號(hào)】E02D19/10GK104131574SQ201410328601
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】宮守才, 張百祥, 谷拴成, 申斌學(xué), 任建喜, 王志杰, 郅彬, 左永紅, 梁鈺, 王輝, 蘇培莉, 鞏燕平 申請(qǐng)人:中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司, 西安科技大學(xué)