一種潛水完整井斜井的階梯降水方法
【專利摘要】本發明公開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，斜井降水井按計算單元逐次計算，根據斜井建設過程中不同井點降水深度不同的特點，利用達西定律及裘布衣公式計算各降水單元所需降水量。通過對薛廟灘礦井二號副斜井井筒施工降水的計算，計算結果滿足施工要求。這對保證富水厚砂層中斜井的安全施工具有指導意義。陜北袁大灘井田和大海則井田處工程地質條件和水文地質條件與薛廟灘礦井極其相似，因此本發明將用于袁大灘井田和大海則井田的斜井建設中去，為該地區斜井施工提供有力的技術保障和參考，應用前景遠大，加快了斜井施工速度，節約了費用，廣泛用于斜井施工。
【專利說明】一種潛水完整井斜井的階梯降水方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤礦斜井井筒建設過程中的降水方法。適用于緩坡斜井井建過程中的降水量估計，指導降水方案設計，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】
[0002]現有降水井根據其井底是否達到不透水層分為完整井和非完整井；根據地下水有無壓力，降水井分為承壓井和潛水井(無壓井)。對應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。上述降水理論所計算的各點降深相同，但是為保證斜井順利開挖，要求開挖過程中水位均處于斜井底板以下，導致沿斜井長度范圍內各點降深呈線性變化，已有的降水理論不再適用于斜井井建降水計算。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種針對現有降水理論不能科學合理地計算斜井建設時的降水量，引入降水單元概念，根據斜井建設過程中不同井點降水深度不同的特點，計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]為了克服現有技術不足，本發明的技術方案是這樣解決的: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行:
[0005](I)、為保證斜井順利開挖，要求開挖過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)、對上述五個井筒進行抽水，井筒周圍原有的水面就由水平變成彎曲水面，最后這個曲線逐漸趨穩定，形成水位降落漏斗；
[0007](3)、將五個井筒中的3 口井筒劃分為群井計算單元，使該計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計算單元和C計算單元；所述第一井筒、第三井筒和第四井筒為區域B，所述區域B為A計算單元和C計算單元的覆蓋范圍區域，其中A點、B點和C點分別為三角形區域的形心；
[0008](4)、利用達西定律及裘布衣公式計算降水范圍及降水量；
[0009](5)、為了簡化計算，將三角形布置的群井單元當作一個大井，流量按照裘布衣公式計算，此時，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]r0一大井計算單元等效半徑，m ;
[0015]R—大井影響半徑，m ；
[0016]根據公式(I)，可由距井中心r處降深S1確定計算單元總涌水量Q，由計算單元總涌水量Q反算可確定井中心降深S ；
[0017]所述斜井降水井按計算單元逐次開始工作，具體計算方法如下:
[0018]I)、利用裘布衣公式計算第i組單元A，此時應保證B點地下水位在底板以下，將B點的降深Sb及AB的距離帶入公式(I)，計算單元A的總涌水量Qi ；
[0019]2)、以計算單元A的總涌水量Qi反算A點降深Si,并保證A點水位在A點底板以下；
[0020]3)、利用裘布衣公式計算第i+Ι組單元C，此時C點的計算水位為第i組A單元抽水時的影響水位，重復I)和2)步驟向前延伸，直至斜井進入基巖。
[0021]所述降水單元之間由于受干擾的影響，分別對降水單元進行降水計算。
[0022]所述斜井降水井按計算單元逐次進行階梯降水涌水量和降深計算。
[0023]本發明與現有技術相比，對薛廟灘礦井二號副斜井井筒施工降水的計算，計算結果滿足施工要求。這對保證富水厚砂層中斜井的安全施工具有重要的現實指導意義。
[0024]陜北袁大灘井田和大海則井田處工程地質條件和水文地質條件與薛廟灘礦井極其相似，因此本發明將最先用于袁大灘井田和大海則井田的斜井建設中去，同時，本發明也會為該地區斜井施工提供有力的技術保障和參考，應用前景遠大，加快了斜井施工速度，節約了費用，廣泛用于斜井施工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為潛水完整井大井俯視結構示意圖；
[0026]圖2為圖1的主視降水單元布置結構示意圖；
[0027]圖3為圖1的俯視降水單元布置結構示意圖；
[0028]圖4為潛水完整井大井法斜井階梯降水計算簡圖。
[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算結果
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步說明:
[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行:
[0035](I)、為保證斜井順利開挖，要求開挖過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)、對上述五個井筒進行抽水，井筒周圍原有的水面就由水平變成彎曲水面，最后這個曲線逐漸趨穩定，形成水位降落漏斗；
[0037](3)、將五個井筒中的3 口井筒劃分為群井計算單元，使該計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計算單元和C計算單元；所述第一井筒1、第三井筒3和第四井筒4為區域B，所述區域B為A計算單元和C計算單元的覆蓋范圍區域，其中A點、B點和C點分別為三角形區域的形心；
[0038](4)、利用達西定律及裘布衣公式計算降水范圍及降水量；
[0039](5)、為了簡化計算，將三角形布置的群井單元當作一個大井，流量按照裘布衣公式計算，此時，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]r0一大井計算單元等效半徑，m ；
[0045]R一大井影響半徑，m ；
[0046]根據公式(I)，可由距井中心r處降深S1確定計算單元總涌水量Q，由計算單元總涌水量Q反算可確定井中心降深S ；
[0047]所述斜井降水井按計算單元逐次開始工作，具體計算方法如下:
[0048]I)、利用裘布衣公式計算第i組單元A，此時應保證B點地下水位在底板以下，將B點的降深Sb及AB的距離帶入公式(I)，計算單元A的總涌水量Qi ；
[0049]2)、以計算單元A的總涌水量Qi反算A點降深Si,并保證A點水位在A點底板以下；
[0050]3)、利用裘布衣公式計算第i+Ι組單元C，此時C點的計算水位為第i組A單元抽水時的影響水位，重復I)和2)步驟向前延伸，直至斜井進入基巖。
[0051]所述降水單元之間由于受干擾的影響，分別對降水單元進行降水計算。
[0052]所述斜井降水井按計算單元逐次進行階梯降水涌水量和降深計算。
[0053]實施例1
[0054]本發明實現對薛廟灘礦井二號副斜井井筒施工降水的理論計算，本次計算假定斜井降水區域隔水層深度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,第四系中更新統離石組松散砂層滲透系數k = 0.67m/d ;斜井以傾角5.5°向下延伸，經計算斜井將在距井口 62m處開始進入地下水位，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30m，計算單元面積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。中心點降深為= 4.091m。
[0058]當降水達到此降深時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)第二組降水單元計算時，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。中心點降深為S& = 5.609m。
[0067]此時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]此時第三組降水單元形心處含水層厚度H3 = 54.848m
[0072]......
[0073]由此逐個計算，計算結果見表I。
[0074]經過分析，按照本文潛水完整井大井法斜井階梯降水計算理論，計算結果可以滿足施工要求，成功完成降水作業，取得明顯經濟效益。
[0075]表I
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二.::.,.:..二\.二.._ι_ r_供.卞.
【權利要求】
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行: (I )、為保證斜井順利開挖，要求開挖過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 )、對上述五個井筒進行抽水，井筒周圍原有的水面就由水平變成彎曲水面，最后這個曲線逐漸趨穩定，形成水位降落漏斗； (3)、將五個井筒中的3 口井筒劃分為群井計算單元，使該計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計算單元和C計算單元；所述第一井筒(I)、第三井筒(3)和第四井筒(4)為區域B，所述區域B為A計算單元和C計算單元的覆蓋范圍區域，其中A點、B點和C點分別為三角形區域的形心； (4 )、利用達西定律及裘布衣公式計算降水范圍及降水量； (5 )、為了簡化計算，將三角形布置的群井單元當作一個大井，流量按照裘布衣公式計算，此時，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 一大井計算單元等效半徑，m; 一大井影響半徑，m ； 根據公式(1)，可由距井中心r處降深H確定計算單元總涌水量ρ，由計算單元總涌水量δ反算可確定井中心降深;:； 所述斜井降水井按計算單元逐次開始工作，具體計算方法如下: I )、利用裘布衣公式計算第i組單元A，此時應保證B點地下水位在底板以下，將B點的降深A■及AB的距離帶入公式(1)，計算單元A的總涌水量； 2)、以計算單元A的總涌水量β反算A點降深名，并保證A點水位在A點底板以下； 3)、利用裘布衣公式計算第i+Ι組單元C，此時C點的計算水位為第i組A單元抽水時的影響水位，重復I)和2)步驟向前延伸，直至斜井進入基巖。
2.根據權利要求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，分別對降水單元進行降水計算。
3.根據權利要求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算單元逐次進行階梯降水涌水量和降深計算。
【文檔編號】E02D19/10GK104131574SQ201410328601
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】宮守才, 張百祥, 谷拴成, 申斌學, 任建喜, 王志杰, 郅彬, 左永紅, 梁鈺, 王輝, 蘇培莉, 鞏燕平 申請人:中煤西安設計工程有限責任公司, 西安科技大學