【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤与煤层气开采和水资源保护，具体涉及一种富水含水层长距离钻孔疏放方法。
技术介绍
1、风化基岩层作为地球关键带的主要组成部分，联系其上层土壤水分变动和地下水补给，在陆地表层生态水文循环中扮演着重要角色，是西北地区主要含水层之一。烧变岩是煤层自燃后形成的一种特殊岩层，在我国西北地区广泛分布，烧变岩裂隙发育，为地下水径流、储存提供了良好的空间，是西部浅埋矿区常见的一种含水层。风化基岩和烧变岩含水层压覆大量煤炭资源，在其下方、侧方采煤时可能导致富水含水层水涌入矿井，给煤矿安全生产带来极大的威胁。目前，通常采用井下施工仰斜钻孔疏放富水含水层水，疏放的烧变岩水与矿其它井水要在混合后进入井下排水管，经排水管路汇集至井下中央水仓，再由中央水仓排至地表水处理厂处理达标后利用或排放。这种方法主要存在以下缺陷：仰斜钻孔施工会破坏煤层顶板岩体的完整性，增加顶板安全风险，导致在煤层开采过程中存在突水威胁；顶板富水含水层井下疏放需施工大量的仰斜钻孔，施工步骤繁琐且成本高；井下抽排水、污水处理等费用高，且洁净的烧变岩水与井下其它水混合后产生污染，需要二次处理，进一步增加了矿井排水工序、排水费用和水处理费用，还浪费了宝贵的地下水资源。
2、为有效疏放和利用矿山顶板富水含水层水资源，达到保障矿山安全、减少矿井疏排水量、保护和利用顶板水资源的目标，亟需开发一种富水含水层水资源的高效疏放方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种富水含水层长距离钻孔疏放方法，以
2、为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
3、一种富水含水层长距离钻孔疏放方法，包括以下步骤：
4、步骤1、在矿区范围内，利用地面物探设备初步圈定富水含水层的边界范围和最低点；
5、步骤2、在步骤1圈定的富水含水层的边界范围内设置多个探查钻孔，进一步探明富水含水层的边界范围和最低点；
6、步骤3、在步骤2确定的富水含水层的边界范围内，通过水文地质测试获得富水含水层的水文地质参数，并根据得到的水文地质参数确定富水含水层的疏水量和疏水时间；
7、步骤4、在下游沟谷中布设定向钻机，通过定向钻机向富水含水层的最低点施工长距离定向钻孔至终孔点停止施工；
8、步骤5、在位于下游沟谷中的定向钻孔出口位置设置钢筋混凝土墙和泥浆保压防漏装置，所述泥浆保压防漏装置一端与定向钻孔连通，另一端经钢筋混凝土墙中穿出；所述泥浆保压防漏装置内设置有环空，经环空将疏水管道推送到设计位置；
9、步骤6、在疏水管道头端对应的地表设置垂直钻孔钻机，施工垂直钻孔至与定向钻孔连通，经垂直钻孔向疏水管道与定向钻孔间的空隙灌注固管浆液，借助固管浆液将管道固结在定向钻孔内；
10、步骤7、经垂直钻孔将炸药送至定向钻孔与富水含水层之间的地层中进行松散爆破，实现疏水管道与富水含水层的连通，借助疏水管道对富水含水层中的水进行疏放。
11、本专利技术还具有以下技术特征：
12、具体的，步骤2所述的水文地质参数包括富水含水层的顶界面位置、底界面位置、渗透系数、初始水位高程、疏放至最低点时的水位高程、外界动态补给量、静态储水量，以及下组煤与上组煤之间岩层的剪切应力τ。
13、更进一步的，所述终孔点与富水含水层最低点的垂向距离满足以下条件：
14、
15、式中：
16、s为定向钻孔与富水含水层最低点的垂向距离，单位为m；
17、m为安全系数，地层完整时取值1，地层破碎时取值2～3；
18、γ水为水的比重，取值9.8kn/m3；
19、h水为富水含水层的初始水位高程，单位为m；
20、h底为富水含水层疏降至最低点时的水位高程，单位为m；
21、d孔为定向钻孔的直径，单位为m；
22、τ为下组煤与上组煤之间岩层的剪切应力，单位为pa。
23、更进一步的，所述疏水管道的外径为325～660mm，内径为315～650mm。
24、更进一步的，所述泥浆保压防漏系统包括同轴套设的管体和环状轴，所述管体与环状轴之间设置有钢球，所述钢球分别与管体和环状轴滚动连接。
25、更进一步的，所述管体包括外管和内管，所述外管内壁上沿周向阵列式布置有多个第一凹槽，所述凹槽内嵌设有钢球，所述钢球经开设在内管上的第二凹槽穿出，所述钢球分别与外管和内管滚动连接。
26、更进一步的，所述环状轴的内腔中设置有密封抗压材料层。
27、更进一步的，步骤3所述的疏水量通过以下公式确定：
28、
29、式中：
30、q疏为富水含水层的疏水量，单位为m3/h；
31、k1富水含水层的渗透系数，单位为m/h；
32、h水为富水含水层的初始水位高程，单位为m；
33、h底为富水含水层疏降至最低点时的水位高程，单位为m；
34、r为爆破松散区汇水影响半径，m；
35、d为爆破松散区直径，m。
36、更进一步的，所述富水含水层的疏放时间通过以下公式确定：
37、
38、式中：
39、q疏为富水含水层的疏水量，单位为m3/h；
40、q静为富水含水层的静态储水量，单位为m3；
41、q动为富水含水层的动态补给量，单位为m3/年；
42、n为疏放水时间，单位为年。
43、更进一步的，将疏水管道推送到设计位置的过程中，疏放管道推送力满足以下条件：
44、
45、式中：
46、f推为疏水管道推送力，单位为kn；
47、f为疏水管道在定向钻孔中的前行阻力；
48、f为管道与钻孔孔壁的摩擦系数；
49、γ浆为泥浆比重，单位为kn/m3；
50、γ管为管道材料比重，单位为kn/m3；
51、d外为输送管道外径，单位为m；
52、d内为输送管道内径，单位为m；
53、l为输送管道长度，单位为m。
54、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
55、(1)本专利技术方法通过计算富水含水层的疏水量和疏水时间，并构建了与富水含水层相连的定向钻孔，确定了长距离定向钻孔的开孔位置和终孔位置、钻孔终点位置与含水层之间的最小垂向距离，保障定向钻孔施工过程中顶板岩体的稳定性，避免因水压过大、隔水岩层太薄而导致钻孔坍塌和烧变岩水溃入钻孔，然后可以根据下游使用需求对矿山顶板富水含水层水进行利用，实现了矿山顶板富水含水层水的超前疏放与利用。
56、(2)本专利技术方法通过设置泥浆保压防漏系统，避免了长距离定向钻孔中泥浆的外溢和外漏，实现了管道推送过程中维持钻孔中泥浆满孔的状本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，步骤3所述的水文地质参数包括富水含水层的顶界面位置、底界面位置、渗透系数、初始水位高程、疏放至最低点时的水位高程、外界动态补给量、静态储水量，以及下组煤与上组煤之间岩层的剪切应力τ。
3.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，所述终孔点与富水含水层最低点的垂向距离满足以下条件：
4.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，所述疏水管道的外径为325～660mm，内径为315～650mm。
5.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，所述泥浆保压防漏系统(15)包括同轴套设的管体(151)和环状轴(152)，所述管体(151)与环状轴(152)之间设置有钢球(153)，所述钢球(153)分别与管体(151)和环状轴(152)滚动连接。
6.如权利要求5所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，所述管体(151)包括外管(1511
7.如权利要求5所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，所述环状轴(152)的内腔中设置有密封抗压材料层(154)。
8.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，步骤3所述的疏水量通过以下公式确定：
9.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，所述富水含水层的疏放时间通过以下公式确定：
10.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，将疏水管道推送到设计位置的过程中，疏放管道推送力满足以下条件：
...【技术特征摘要】
1.一种富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，步骤3所述的水文地质参数包括富水含水层的顶界面位置、底界面位置、渗透系数、初始水位高程、疏放至最低点时的水位高程、外界动态补给量、静态储水量，以及下组煤与上组煤之间岩层的剪切应力τ。
3.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，所述终孔点与富水含水层最低点的垂向距离满足以下条件：
4.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，所述疏水管道的外径为325～660mm，内径为315～650mm。
5.如权利要求1所述的富水含水层长距离钻孔疏放方法，其特征在于，所述泥浆保压防漏系统(15)包括同轴套设的管体(151)和环状轴(152)，所述管体(151)与环状轴(152)之间设置有钢球(153)，所述钢球(153)分别与管体(151)和环状轴(152)滚动...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海，王世东，姬中奎，朱开鹏，韩强，陈盼，薛小渊，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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