一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接裝置及連接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接裝置，包括布置在上下煤層中的地下水庫之間的鉆孔，所述鉆孔沿著垂直方向設(shè)置，并連通上煤層中的所述地下水庫和下煤層中的所述地下水庫，其中，所述鉆孔內(nèi)布置有至少一根向所述下煤層中的所述地下水庫中供水的供水管道，所述鉆孔內(nèi)還布置有至少一根用于將污水排出的排水管道，所述排水管道和所述供水管道通過注漿層緊固在所述鉆孔內(nèi)。本發(fā)明還公開了用于連通上下煤層中的地下水庫的連接方法。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤炭開采與水利工程【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于連通上下煤層中的 地下水庫的連接裝置及連接方法。 一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接裝置及連接方 法

【背景技術(shù)】
[0002] 西部地區(qū)是我國(guó)煤炭主產(chǎn)區(qū)，但該地區(qū)水資源匱乏和生態(tài)環(huán)境脆弱。根據(jù)相關(guān)統(tǒng) 計(jì)，2012年西部能源"金三角"地區(qū)（榆林、鄂爾多斯和寧東）煤炭產(chǎn)量占全國(guó)的27%，但 水資源僅占〇. 37%，水資源匱乏已成為該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸之一。
[0003] 西部每采一噸煤平均排放礦井水2噸左右，大量外排的礦井水經(jīng)處理后外排地 表，由于該地區(qū)蒸發(fā)量是降雨量的6倍左右，外排礦井水很快蒸發(fā)損失浪費(fèi)。為保護(hù)寶貴的 水資源，神華集團(tuán)經(jīng)過歷年技術(shù)探索，在神東礦區(qū)研發(fā)成功煤礦分布式地下水庫技術(shù)，即利 用煤炭開采形成的采空區(qū)巖體空隙進(jìn)行儲(chǔ)水，充分利用采空區(qū)巖體凈化機(jī)理，實(shí)現(xiàn)礦井水 井下自凈化。目前，在神東礦區(qū)累計(jì)建成32座煤礦地下水庫，儲(chǔ)水量2700萬m3,供應(yīng)了礦 區(qū)95%以上的用水，為礦區(qū)建成2億噸級(jí)礦區(qū)提供了水資源保障。
[0004] 為進(jìn)一步加大井下儲(chǔ)水量和保障地下水庫運(yùn)行安全，大柳塔礦首次建成世界首座 煤礦分布式地下水庫，利用庫間管道將同層和不同層地下水庫相連通，實(shí)現(xiàn)水資源科學(xué)調(diào) 配和突發(fā)情況下地下水庫調(diào)水，有效保障了井下生產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)了煤炭資源與水資源協(xié)調(diào) 開米。
[0005] 要實(shí)現(xiàn)不同地下水庫之間的相互連通，必須建設(shè)庫間管道，同一水平的地下水庫 可通過管道相互連通，但是不同煤層之間跨度高達(dá)數(shù)百米左右，采用傳統(tǒng)管道連通方式，即 通過上下水平煤層連通巷道建設(shè)管道，面臨鋪設(shè)管道距離長(zhǎng)、安全隱患大多、投資大和管理 難等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種能夠在不同煤層之間可 垂直連接連通，合理調(diào)配地下水庫水資源、保障安全運(yùn)行和節(jié)約投資的一種用于連通上下 煤層中的地下水庫的連接裝置及連接方法。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)方案提供一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接裝置，包括布置 在上下煤層中的地下水庫之間的鉆孔，所述鉆孔沿著垂直方向設(shè)置，并連通上煤層中的所 述地下水庫和下煤層中的所述地下水庫，其中，所述鉆孔內(nèi)布置有至少一根向所述下煤層 中的所述地下水庫中供水的供水管道，所述鉆孔內(nèi)還布置有至少一根用于將污水排出的排 水管道，所述排水管道和所述供水管道通過注漿層緊固在所述鉆孔內(nèi)。
[0008] 進(jìn)一步地，在所述鉆孔內(nèi)均勻地布置多根所述供水管道和多根所述排水管道，任 意相鄰的兩根所述供水管道、任意相鄰的兩根所述排水管道及任意相鄰的一根所述供水管 道和一根所述排水管道之間均形成有間隙，所述間隙內(nèi)澆筑有所述注漿層。
[0009] 進(jìn)一步地，所述供水管道由多段供水管順次連接形成，每相鄰的兩段所述供水管 之間通過螺紋連接在一起；所述排水管道由多段排水管順次連接形成，每相鄰的兩段所述 排水管之間也通過螺紋連接在一起。
[0010] 進(jìn)一步地，每段所述供水管上還設(shè)置有供水管套圈，所述供水管套圈與所述供水 管一體成型，每個(gè)所述供水管套圈上設(shè)置有螺栓孔，相鄰的兩段所述供水管上的所述供水 管套圈通過螺栓連接在一起；每段所述排水管上還設(shè)置有排水管套圈，所述排水管套圈與 所述排水管一體成型，每個(gè)所述排水管套圈上設(shè)置有螺栓孔，相鄰的兩段所述排水管上的 所述排水管套圈也通過螺栓連接在一起。
[0011] 進(jìn)一步地，相鄰的兩段所述供水管上通過所述螺栓連接在一起的兩個(gè)所述供水管 套圈焊接在一起；相鄰的兩段所述排水管上通過所述螺栓連接在一起的兩個(gè)所述排水管套 圈焊接在一起。
[0012] 進(jìn)一步地，所述鉆孔位于所述上煤層中的所述地下水庫的出水口處。
[0013] 本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接方法，包括如 下步驟：步驟1 :在上煤層中的地下水庫的出水口處垂直向下施工導(dǎo)向孔，直至所述導(dǎo)向孔 連通所述上煤層中的所述地下水庫和所述下煤層中的所述地下水庫；步驟2 :所述導(dǎo)向孔 施工完成后，采用擴(kuò)孔鉆頭對(duì)所述導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔施工，一次形成所需鉆孔；步驟3 :在所 述鉆孔內(nèi)均勻地布置多根供水管道和多根排水管道，并在任意相鄰的兩根所述供水管道、 任意相鄰的兩根所述排水管道及任意相鄰的一根所述供水管道和一根所述排水管道之間 均形成間隙；步驟4 :將所述鉆孔位于所述下煤層處進(jìn)行封孔，并由下往上均勻地向所述鉆 孔內(nèi)注入水泥漿，并通過注入的所述水泥漿將所述供水管道和所述排水管道固定在所述鉆 孔內(nèi)；步驟5 :完成施工。
[0014] 進(jìn)一步地，所述供水管道包括多段供水管，每段所述供水管的連接端部都設(shè)置有 連接螺紋；上述步驟3中還包括步驟31 :先將最下部的所述供水管與所述下煤層中的所述 地下水庫連通，再將第二段所述供水管與最下部的所述供水管螺紋連接在一起，依次操作 連接多段所述供水管，直至最上部的所述供水管與所述上煤層中所述地下水庫連通；所述 排水管道包括多段排水管，每段所述排水管的連接端部也都設(shè)置有連接螺紋，上述步驟3 中還包括步驟32 :先將最下部的所述排水管與所述下煤層中的所述地下水庫連通，再將第 二段所述排水管與最下部的所述排水管螺紋連接在一起，依次操作連接多段所述排水管， 直至最上部的所述排水管與所述上煤層中所述地下水庫連通。
[0015] 進(jìn)一步地，每段所述供水管上還設(shè)置有供水管套圈，每個(gè)所述供水管套圈上設(shè)置 有螺栓孔，上述步驟31中還包括步驟311 :將相鄰的兩段所述供水管相接處的兩個(gè)所述供 水管道套圈先通過螺栓連接在一起，再將兩個(gè)所述供水管道套圈焊接在一起；每段所述排 水管上還設(shè)置有排水管套圈，每個(gè)所述排水管套圈上設(shè)置有螺栓孔，上述步驟32中還包括 步驟321 :將相鄰的兩段所述排水管相接處的兩個(gè)所述排水管道套圈先通過螺栓連接在一 起，再將兩個(gè)所述排水管道套圈焊接在一起。
[0016] 進(jìn)一步地，上述步驟1中采用反井鉆機(jī)進(jìn)行施工所述導(dǎo)向孔和施工所述擴(kuò)孔，并 在施工所述導(dǎo)向孔和施工所述擴(kuò)孔的過程中，每在垂直方向上前進(jìn)一定距離，矯正所述反 井鉆機(jī)上鉆頭的垂直度。
[0017] 采用上述技術(shù)方案，具有如下有益效果：
[0018] 本發(fā)明提供的一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接裝置，通過在上下煤層 的地下水庫之間進(jìn)行垂直鉆孔，并布置至少一條供水管道和至少一條排水管道，實(shí)現(xiàn)了水 資源就近調(diào)度，同時(shí)由于上下水壓差，上煤層的地下水庫水體進(jìn)入下煤層的地下水庫后，可 以直接用于噴霧防塵等，不再需要加壓，節(jié)約了生產(chǎn)成本。排水管道用于排放井下生產(chǎn)污 水，無需再重新開孔布置管道，進(jìn)一步節(jié)約了成本。
[0019] 本發(fā)明提供的一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接方法，有效地解決了西 部礦區(qū)礦井水外排地表蒸發(fā)損失現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了地下水庫之間水量合理調(diào)配和安全緊急調(diào) 運(yùn)，保障了地下水庫高效安全運(yùn)行。利用一個(gè)鉆孔同時(shí)布置多條供排水管道，減少了單孔布 置管道的精度控制，也最大程度減少了對(duì)地層擾動(dòng)程度，保障了施工安全，同時(shí)一孔中布置 多條供排水管道，減少了單孔管道施工的建設(shè)和運(yùn)行成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明提供的連接裝置連通在上下煤層地下水庫之間的示意圖；
[0021] 圖2為圖1所示的連接裝置的剖視圖；
[0022] 圖3為圖1所示的連接裝置的鉆孔內(nèi)安裝有兩根供水管道和一根排水管道的俯視 圖；
[0023] 圖4為圖1所示的連接裝置的鉆孔內(nèi)安裝有兩根供水管道和兩根排水管道的俯視 圖；
[0024] 圖5為供水管道的安裝示意圖；
[0025] 圖6為供水管套圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖7為排水管道的安裝示意圖；
[0027] 圖8為排水管套圈的示意圖。
[0028] 附圖標(biāo)記對(duì)照表：
[0029] 1-連接裝置； 11-鉆孔； 12-供水管道；
[0030] 121-供水管； 122-供水管套圈；123-螺栓孔；
[0031] 124-外螺紋； 125-內(nèi)螺紋； 13-排水管道；
[0032] 131-排水管； 132-排水管套圈；133-螺栓孔；
[0033] 134-內(nèi)螺紋； 135-外螺紋； 14-注漿層；
[0034] 15-間隙； 100-上煤層； 200-下煤層；
[0035] 101-地下水庫； 102-地下水庫； A-出水口。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0037] 如圖1-4所示，本發(fā)明提供的一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接裝置1， 包括布置在上下煤層中的地下水庫1〇1、1〇2之間的鉆孔11，該鉆孔11沿著垂直方向設(shè)置， 并連通上煤層100中的地下水庫101和下煤層200中的地下水庫102,其中，鉆孔11內(nèi)布置 有至少一根向下煤層200中的地下水庫102中供水的供水管道12,鉆孔11內(nèi)還布置有至少 一根用于將污水排出的排水管道13,該排水管道13和供水管道12通過注漿層14緊固在鉆 孔11內(nèi)。
[0038] S卩，上下煤層，如圖1所示，其可以為上煤層100和位于其下方的下煤層200,簡(jiǎn)稱 上下煤層，兩層煤層可以緊鄰，也可以相間隔布置。
[0039] 上層煤層100中布置有地下水庫101，下層煤層200中布置有地下水庫102。
[0040] 為了減少了管道鋪設(shè)長(zhǎng)度，降低建設(shè)、維護(hù)和運(yùn)行成本，在上下煤層中的地下水庫 101U02之間設(shè)置鉆孔11，該鉆孔11沿著垂直方向布置，并將上煤層100中的地下水庫101 和下煤層200中的地下水庫102連通在一起。通過在上下煤層的地下水庫之間垂直設(shè)置鉆 孔11，可以有效地降低管道鋪設(shè)的長(zhǎng)度，減少開孔的工作量。
[0041] 為了減少多管道的安全隱患，在鉆孔11內(nèi)布置有至少一根向下煤層200中的地下 水庫102中供水的供水管道12和至少一根用于將污水排出的排水管道13。利用一個(gè)鉆孔 11同時(shí)布置多條供水管道12和排水管道13,減少了單孔布置管道的精度控制，也最大程度 減少了對(duì)地層擾動(dòng)程度，保障了施工安全，同時(shí)在一個(gè)鉆孔中布置多條供水管道12和排水 管道13,減少了單孔管道施工的建設(shè)和運(yùn)行成本。
[0042] 供水管道12為下煤層200中的工作面或地下水庫102供水，供水管道12可與下 煤層200中的自流管路或供水管路連接，用于向工作面供水。
[0043] 排水管道13用于排放井下生產(chǎn)污水，或用于將下煤層200中礦井的水抽入上煤層 100的地下水庫101中形成一個(gè)封閉循環(huán)。
[0044] 通過采用垂直設(shè)置鉆孔11的方式建設(shè)供排水管道，即在不同煤層之間選取合理 位置，從上煤層100到下煤層200,形成大口徑鉆孔11，在鉆孔11內(nèi)布置多條供水管道12和 排水管道13,實(shí)現(xiàn)了水資源就近調(diào)度，同時(shí)由于上下水壓差，上煤層100中的地下水庫101 的水進(jìn)入下煤層200中的地下水庫102后，可以直接用于噴霧防塵等，不再需要加壓，節(jié)約 了生產(chǎn)成本。
[0045] 為了避免供水管道12和排水管道13安裝不牢，并在安裝時(shí)出現(xiàn)碰撞破損的情形， 在鉆孔11內(nèi)由下往上均勻地注入水泥漿形成注漿層14,起到保護(hù)和固定供水管道12和排 水管道13的作用。排水管道13和供水管道12通過注漿層14緊固在鉆孔11內(nèi)。
[0046] 由此，本發(fā)明提供的連接裝置，通過在上下煤層的地下水庫之間進(jìn)行垂直鉆孔，并 布置至少一條供水管道和至少一條排水管道，實(shí)現(xiàn)了水資源就近調(diào)度，同時(shí)由于上下水壓 差，上煤層的地下水庫水體進(jìn)入下煤層的地下水庫后，可以直接用于噴霧防塵等，不再需要 加壓，節(jié)約了生產(chǎn)成本。排水管道用于排放井下生產(chǎn)污水，無需再重新開孔布置管道，進(jìn)一 步節(jié)約了成本。實(shí)現(xiàn)了井下不同空間內(nèi)地下水庫連通，包括污水回灌和清水供應(yīng)。
[0047] 較佳地，如圖2-4所示，在鉆孔11內(nèi)均勻地布置多根供水管道12和多根排水管道 13,任意相鄰的兩根供水管道12、任意相鄰的兩根排水管道13及任意相鄰的一根供水管道 12和一根排水管道13之間均形成有間隙15,間隙15內(nèi)澆筑有注漿層14。
[0048] 為了更好地實(shí)現(xiàn)上下煤層中的地下水庫的供排水效果，在鉆孔11內(nèi)均勻地布置 多根供水管道12和多根排水管道13。并且使相鄰的兩根管道之間形成有間隙15,即任意 相鄰的兩根供水管道12、任意相鄰的兩根排水管道13及任意相鄰的一根供水管道12和一 根排水管道13之間均形成有間隙15。并在該間隙15內(nèi)澆筑有注漿層14,避免在安裝供水 管道12和排水管道13時(shí)，相鄰的管道之間搖晃發(fā)生碰撞，起到保護(hù)供水管道12和排水管 道13的作用，同時(shí)還將供水管道12和排水管道13緊固在鉆孔11內(nèi)，避免脫落，保證了施 工安全。
[0049] 在同一鉆孔11內(nèi)布置多條供水管道12和排水管道13,節(jié)約了成本，同時(shí)由于井 下地層條件復(fù)雜，鉆孔施工空間和鉆探精度難度較大，如果采用多孔，偏差較大，則導(dǎo)致鉆 孔11不能到達(dá)指定位置，使得施工成本增大；將多條供水管道12和排水管道13布置一個(gè) 鉆孔11內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)一孔多用，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
[0050] 在同一鉆孔11內(nèi)布置多條供水管道12和排水管道13,涉及技術(shù)難點(diǎn)是管道之間 相互碰撞，會(huì)影響管道鋪設(shè)效果。在間隙15內(nèi)從下往上均勻地澆筑有注漿層14,避免相鄰 的管道搖晃發(fā)生碰撞，起到保護(hù)管道的作用，同時(shí)還將供水管道12和排水管道13緊固在鉆 孔11內(nèi)，避免脫落，保證了施工安全。
[0051] 較佳地，如圖5和圖7所示，供水管道12由多段供水管121順次連接形成，每相鄰 的兩段供水管121之間通過螺紋連接在一起；排水管道13由多段排水管131順次連接形 成，每相鄰的兩段排水管131之間也通過螺紋連接在一起。
[0052] S卩，該供水管道12包括多段供水管121，多段供水管121順次連接形成該供水管道 12, 利于在安裝時(shí)分段施工，實(shí)現(xiàn)將供水管道12從下方的地下水庫102安裝至上方的地下 水庫101。
[0053] 供水管121的一端設(shè)置有外螺紋124,其另一端設(shè)置有內(nèi)螺紋125,相鄰的兩段供 水管121之間通過內(nèi)螺紋125、外螺紋124螺紋連接在一起，方便多段供水管121的連接。 位于上方與地下水庫101連通的一段供水管121，可僅在下端設(shè)置內(nèi)螺紋125或外螺紋 124,位于下方與地下水庫102連通的一段供水管121，可僅在上端設(shè)置內(nèi)螺紋125或外螺紋 124。
[0054] 該排水管道13包括多段排水管131，多段排水管131順次連接形成該排水管道 13, 利于在安裝時(shí)分段施工，實(shí)現(xiàn)將排水管道13從下方的地下水庫102安裝至上方的地下 水庫101。
[0055] 排水管131的一端設(shè)置有外螺紋135,其另一端設(shè)置有內(nèi)螺紋134,相鄰的兩段排 水管131之間通過內(nèi)螺紋134、外螺紋135螺紋連接在一起，方便多段排水管131的連接。 位于上方與地下水庫101連通的一段排水管131，可僅在下端設(shè)置內(nèi)螺紋134或外螺紋 135,位于下方與地下水庫102連通的一段排水管131，可僅在上端設(shè)置內(nèi)螺紋134或外螺紋 135。
[0056] 通過螺紋將相鄰的兩段供水管121或相鄰的兩段排水管131連接在一起，可具有 密封性能，避免水從供水管121或排水管131連接處的縫隙滲出。
[0057] 較佳地，如圖5-8所示，每段供水管121上還設(shè)置有供水管套圈122,供水管套圈 122與供水管121 -體成型，每個(gè)供水管套圈122上設(shè)置有螺栓孔123,相鄰的兩段供水 管121上的供水管套圈122通過螺栓連接在一起；每段排水管131上還設(shè)置有排水管套圈 132,排水管套圈132與排水管131 -體成型，每個(gè)排水管套圈132上設(shè)置有螺栓孔133,相 鄰的兩段排水管131上的排水管套圈132也通過螺栓連接在一起。
[0058] 在每段供水管121上設(shè)置供水管套圈122,供水管套圈122通過其中部通孔套接在 供水管121上。優(yōu)選地，在供水管121的兩端分別設(shè)置一個(gè)供水管套圈122。供水管套圈 122 -體成型在供水管121上，以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并供水管的方便制造和安裝。排水管套圈 132 -體成型在排水管131上，以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并排水管的方便制造和安裝。
[0059] 在連接時(shí)，將兩根相鄰的供水管121先螺紋連接在一起，再通過螺栓穿過兩根供 水管121上的相鄰的供水管套圈122上的螺栓孔123,將兩個(gè)相鄰的供水管套圈122連接在 一起，提高了相鄰的供水管121之間的連接強(qiáng)度，避免彎折。
[0060] 同樣地，在每段排水管131上設(shè)置排水管套圈132,排水管套圈132通過其中部通 孔套接在排水管131上。優(yōu)選地，在排水管131的兩端分別設(shè)置一個(gè)排水管套圈132。
[0061] 在連接時(shí)，將兩根相鄰的排水管131先螺紋連接在一起，再通過螺栓穿過兩根排 水管131上的相鄰的排水管套圈132上的螺栓孔133,將兩個(gè)相鄰的排水管套圈132連接在 一起，提高了相鄰的排水管131之間的連接強(qiáng)度，避免彎折。
[0062] 較佳地，相鄰的兩段供水管121上通過螺栓連接在一起的兩個(gè)供水管套圈122焊 接在一起；相鄰的兩段排水管131上通過螺栓連接在一起的兩個(gè)排水管套圈132焊接在一 起。通過將螺栓連接在一起的兩個(gè)供水管套圈122或兩個(gè)排水管套圈132焊接在一起，提高 了密封性能，進(jìn)一步提高了防滲水效果，通時(shí)提高了相鄰的供水管121和相鄰的排水管131 之間連接強(qiáng)度。
[0063] 較佳地，如圖1所示，鉆孔11位于上煤層100中的地下水庫101的出水口 A處。將 鉆孔11的施工位置優(yōu)選在上煤層100的地下水庫101的出水口 A附近位置，以便于利用自 然規(guī)律，為下煤層200及其地下水庫102的生產(chǎn)提供用水。
[0064] 綜上，本發(fā)明提供的一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接裝置，有效地解 決了西部礦區(qū)礦井水外排地表蒸發(fā)損失現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了不同煤層間的地下水庫之間水量的合 理調(diào)配和安全緊急調(diào)運(yùn)，保障了地下水庫高效安全運(yùn)行，特別是不同煤層之間水體相互調(diào) 配。
[0065] 本發(fā)明提供的一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接方法，包括如下步驟： 結(jié)合圖1-8所示，
[0066] 步驟1 :在上煤層100中的地下水庫101的出水口 A處垂直向下施工導(dǎo)向孔，直至 導(dǎo)向孔連通上煤層100中的地下水庫101和下煤層200中的地下水庫102 ;
[0067] 步驟2 :在導(dǎo)向孔施工完成后，采用擴(kuò)孔鉆頭對(duì)導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔施工，一次形成所 需鉆孔11 ;
[0068] 步驟3 :在鉆孔11內(nèi)均勻地布置多根供水管道12和多根排水管道13,并在任意相 鄰的兩根供水管道12、任意相鄰的兩根排水管道13及任意相鄰的一根供水管道12和一根 排水管道13之間均形成間隙15 ;
[0069] 步驟4 :將鉆孔11位于下煤層200處進(jìn)行封孔，并由下往上均勻地向鉆孔11內(nèi)注 入水泥漿，并通過注入的水泥漿將供水管道12和排水管道13固定在鉆孔11內(nèi)；
[0070] 步驟5:完成施工。
[0071] 不同煤層的地下水庫上下垂直的鉆孔11位置選取應(yīng)考慮如下原則：第一，鉆孔11 的施工位置優(yōu)選在上煤層100的地下水庫101的出水口 A附近位置，以便于利用自然規(guī)律， 為下煤層200生產(chǎn)提供用水；第二，鉆孔11施工地層構(gòu)造簡(jiǎn)單，避免穿越斷層和含水層，減 少施工復(fù)雜；第三，還要考慮下煤層200取用水便利。同時(shí)為保障鉆機(jī)等設(shè)備施工，上煤層 100的巷道進(jìn)行挑高，一般高度為5m左右，便于鉆孔設(shè)備的布置。
[0072] 鉆孔11的鉆探定位與施工：
[0073] 選取施工位置后，要在上下煤層工程圖上進(jìn)行坐標(biāo)標(biāo)定，在井下采用經(jīng)緯儀確定 施工位置。采用反井鉆技術(shù)進(jìn)行鉆孔施工，首先在上煤層100施工標(biāo)定點(diǎn)布置反井鉆機(jī)，為 確保鉆探垂直度，反井鉆機(jī)必須水平布置，采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行水平矯正，保證鉆桿垂直向下。
[0074] 采用反井鉆孔施工技術(shù)，首先必須施工導(dǎo)向孔，導(dǎo)向孔施工完成后，要進(jìn)行擴(kuò)孔施 工，在下煤層巷道處將導(dǎo)向孔鉆頭卸下，接上擴(kuò)孔鉆頭，擴(kuò)孔鉆頭全部進(jìn)入導(dǎo)向孔后，采用 低鉆壓、低轉(zhuǎn)速，一次成型所需鉆孔11。
[0075] 鉆孔11內(nèi)布置多條供水管道12和排水管道13的施工工藝：
[0076] 鉆孔11施工完成后，開始進(jìn)行安裝供水管道12和排水管道13,并將任意相鄰的兩 根供水管道12、任意相鄰的兩根排水管道13及任意相鄰的一根供水管道12和一根排水管 道13之間均形成有間隙15,以利于后續(xù)注漿時(shí)，將水泥漿注入在該間隙15內(nèi)。
[0077] 封口注漿：
[0078] 將下煤層200處的鉆孔11處進(jìn)行封孔后，依次從下往上均勻注入水泥漿，保持同 一速度和注漿量，以防止注漿過程中供水管道12與供水管道、排水管道13與排水管道13 或供水管道12與排水管道13之間互相碰撞，造成管道損傷。同時(shí)注入的水泥漿在凝結(jié)后 在間隙15內(nèi)形成注漿層14,將供水管道12與排水管道13緊固在鉆孔11內(nèi)，完成施工。
[0079] 也即是該連接方法，包括：
[0080] (1)鉆孔11的位置選取和施工準(zhǔn)備。通過現(xiàn)場(chǎng)勘探和圖紙分析，采用鉆孔勘探和 供排水分析，設(shè)計(jì)所需管道數(shù)量，設(shè)計(jì)鉆孔直徑，并根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、距水庫出水孔較近 和用水便利的原則，選取適當(dāng)位置，在上下煤層圖紙上進(jìn)行標(biāo)定，提取其位置坐標(biāo)；分別采 用掘進(jìn)機(jī)在上下煤層開掘鉆孔施工巷道，上煤層巷道高度進(jìn)行挑高，高度約為5m左右，便 于反井鉆機(jī)布置。
[0081] (2)導(dǎo)向孔施工。施工現(xiàn)場(chǎng)布置完畢后，在上煤層100的施工巷道布置反井鉆機(jī)， 采用經(jīng)緯儀進(jìn)行位置標(biāo)定，利用水準(zhǔn)儀對(duì)反井鉆機(jī)進(jìn)行水平校準(zhǔn)，保證鉆頭垂直向下。
[0082] (3)擴(kuò)孔施工。導(dǎo)向孔施工完畢后，在下煤層200的巷道處將導(dǎo)孔鉆頭卸下，接上 設(shè)計(jì)鉆孔直徑的擴(kuò)孔鉆頭，擴(kuò)孔鉆頭全部進(jìn)入鉆孔11后，采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速，向上進(jìn)行提 鉆，一次成孔。
[0083] (4)管道安裝。鉆孔施工完畢后，根據(jù)設(shè)計(jì)管道數(shù)量，優(yōu)化管道安裝位置，按照分 段安裝和管道用途需求，將供水管道12和排水管道13放入鉆孔內(nèi)，并在兩兩之間形成間隙 15。
[0084] (5)封孔施工。管道安裝完畢后，按照封孔注漿施工工藝要求，進(jìn)行注漿，施工完 畢。
[0085] 由此，本發(fā)明提供的一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接方法，有效地解 決了西部礦區(qū)礦井水外排地表蒸發(fā)損失現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了地下水庫之間水量合理調(diào)配和安全緊 急調(diào)運(yùn)，保障了地下水庫高效安全運(yùn)行。利用一個(gè)鉆孔同時(shí)布置多條供排水管道，減少了單 孔布置管道的精度控制，也最大程度減少了對(duì)地層擾動(dòng)程度，保障了施工安全，同時(shí)一孔中 布置多條供排水管道，減少了單孔管道施工的建設(shè)和運(yùn)行成本。
[0086] 較佳地，供水管道12包括多段供水管121，每段供水管121的連接端部都設(shè)置有連 接螺紋，一端設(shè)置有內(nèi)螺紋125, 一端設(shè)置有外螺紋124。
[0087] 上述步驟3中還包括步驟31 :先將最下部的供水管121與下煤層200中的地下水 庫102連通，再將第二段供水管121與最下部的供水管121螺紋連接在一起，依次操作連接 多段供水管121，直至最上部的供水管121與上煤層100中地下水庫101連通；
[0088] 排水管道13包括多段排水管131，每段排水管131的連接端部也都設(shè)置有連接螺 紋，一端設(shè)置有內(nèi)螺紋134, 一端設(shè)置有外螺紋135。
[0089] 上述步驟3中還包括步驟32 :先將最下部的排水管131與下煤層200中的地下水 庫102連通，再將第二段排水管131與最下部的排水管131螺紋連接在一起，依次操作連接 多段排水管131，直至最上部的排水管131與上煤層100中地下水庫101連通。
[0090] 管道安裝環(huán)節(jié)。由于上下煤層高差一般大于100m，甚至數(shù)百米，因此管道必須分段 安裝。該供水管道12包括多段供水管121，多段供水管121順次連接形成該供水管道12， 利于在安裝時(shí)分段施工，實(shí)現(xiàn)將供水管道12從下方的地下水庫102安裝至上方的地下水庫 101。
[0091] 供水管121的一端設(shè)置有外螺紋124,其另一端設(shè)置有內(nèi)螺紋125,相鄰的兩段供 水管121之間通過內(nèi)螺紋125、外螺紋124螺紋連接在一起，方便多段供水管121的連接。 位于上方與地下水庫101連通的一段供水管121，可僅在下端設(shè)置內(nèi)螺紋125或外螺紋 124,位于下方與地下水庫102連通的一段供水管121，可僅在上端設(shè)置內(nèi)螺紋125或外螺紋 124。
[0092] 該排水管道13包括多段排水管131，多段排水管131順次連接形成該排水管道 13,利于在安裝時(shí)分段施工，實(shí)現(xiàn)將排水管道13從下方的地下水庫102安裝至上方的地下 水庫101。
[0093] 排水管131的一端設(shè)置有外螺紋135,其另一端設(shè)置有內(nèi)螺紋134,相鄰的兩段排 水管131之間通過內(nèi)螺紋134、外螺紋135螺紋連接在一起，方便多段排水管131的連接。 位于上方與地下水庫101連通的一段排水管131，可僅在下端設(shè)置內(nèi)螺紋134或外螺紋 135,位于下方與地下水庫102連通的一段排水管131，可僅在上端設(shè)置內(nèi)螺紋134或外螺紋 135。
[0094] 通過螺紋將相鄰的兩段供水管121或相鄰的兩段排水管131連接在一起，可具有 密封性能，避免水從供水管121或排水管131連接處的縫隙滲出。
[0095] 連接時(shí)，按照分段安裝和管道用途需求，分別將供水管121和/或排水管131放入 鉆孔11內(nèi)，露出其螺紋，將下一根供水管121和/或排水管131按螺紋方向?qū)?，依次安裝 供水管121和排水管131，最終將上下煤層中的地下水庫導(dǎo)通。
[0096] 較佳地，每段供水管121上還設(shè)置有供水管套圈122,每個(gè)供水管套圈122上設(shè)置 有螺栓孔123，
[0097] 上述步驟31中還包括步驟311 :將相鄰的兩段供水管121相接處的兩個(gè)供水管道 套圈122先通過螺栓連接在一起，再將兩個(gè)供水管道套圈22焊接在一起；
[0098] 每段排水管131上還設(shè)置有排水管套圈132,每個(gè)排水管套圈132上設(shè)置有螺栓孔 133,
[0099] 上述步驟32中還包括步驟321 :將相鄰的兩段排水管131相接處的兩個(gè)排水管道 套圈132先通過螺栓連接在一起，再將兩個(gè)排水管道套圈132焊接在一起。
[0100] 在每段供水管121上設(shè)置供水管套圈122,供水管套圈122通過其中部通孔套接在 供水管121上。優(yōu)選地，在供水管121的兩端分別設(shè)置一個(gè)供水管套圈122。在連接時(shí)，將 兩根相鄰的供水管121先螺紋連接在一起，再通過螺栓穿過兩根供水管121上的相鄰的供 水管套圈122上的螺栓孔123,將兩個(gè)相鄰的供水管套圈122連接在一起，提高了相鄰的供 水管121之間的連接強(qiáng)度，避免彎折。同時(shí)，在兩段供水管121連接處采用無縫焊接技術(shù)， 將兩個(gè)供水管套圈122進(jìn)行焊接，確保其密封性。
[0101] 同樣地，在每段排水管131上設(shè)置排水管套圈132,排水管套圈132通過其中部通 孔套接在排水管131上。優(yōu)選地，在排水管131的兩端分別設(shè)置一個(gè)排水管套圈132。在連 接時(shí)，將兩根相鄰的排水管131先螺紋連接在一起，再通過螺栓穿過兩根排水管131上的相 鄰的排水管套圈132上的螺栓孔133,將兩個(gè)相鄰的排水管套圈132連接在一起，提高了相 鄰的排水管131之間的連接強(qiáng)度，避免彎折。同時(shí)，在兩段排水管121連接處采用無縫焊接 技術(shù)，將兩個(gè)排水管套圈122進(jìn)行焊接，確保其密封性。
[0102] 較佳地，上述步驟1中采用反井鉆機(jī)進(jìn)行施工所述導(dǎo)向孔和施工所述擴(kuò)孔，并在 施工所述導(dǎo)向孔和施工所述擴(kuò)孔的過程中，每在垂直方向上前進(jìn)一定距離，矯正所述反井 鉆機(jī)上鉆頭的垂直度。為避免反井鉆機(jī)在工作過程中震動(dòng)對(duì)鉆孔定位精度影響，鉆孔每鉆 進(jìn)20m后，對(duì)鉆頭垂直度進(jìn)行矯正，以保證鉆頭垂直向下。
[0103] 根據(jù)需要，可以將上述各技術(shù)方案進(jìn)行結(jié)合，以達(dá)到最佳技術(shù)效果。
[0104] 本發(fā)明提供的連接方法的具體應(yīng)用：
[0105] 大柳塔礦2-2煤層和5-2煤層間距155m，2-2煤層分別建設(shè)3座煤礦地下水庫，5-2 煤層為當(dāng)前開采煤層，應(yīng)用煤礦地下水庫技術(shù)，該礦已實(shí)現(xiàn)礦井水零排放，為保障5-2煤層 生產(chǎn)用水和將其生產(chǎn)產(chǎn)生的礦井水回灌到2-2煤層三座地下水庫進(jìn)行凈化處理，需要建設(shè) 兩煤層之間的連通管道，如果采用傳統(tǒng)方式，管道鋪設(shè)周期長(zhǎng)、建設(shè)和維護(hù)成本較高和安全 隱患大。
[0106] 應(yīng)用本發(fā)明提供的連接方法，在2-2煤層和5-2煤層間設(shè)計(jì)建設(shè)了一個(gè)鉆孔11，同 時(shí)布置四條供排水管道。首先，通過地質(zhì)勘探和供排水量需求等，確定采用直徑1. 4m的鉆 孔同時(shí)布置3條供排水管道，包括Φ 1. 4m的鉆孔11及配套管道設(shè)施。鉆孔11的深在155m 左右，一條排水管道直徑為423mm、兩條供水管道直徑分別為423mm和219mm ;在上煤層中的 地下水庫出水孔A位置施工，建設(shè)了 1.4m直徑的垂直鉆孔11，并布置上述3條供排水管道， 2-2煤層中的地下水庫的清水經(jīng)抽采利用供水管道分別與5-2煤層自流管路或供水管路連 接，供5-2煤生產(chǎn)使用；同時(shí)，5-2煤層三盤區(qū)的礦井水由垂直鉆孔中的礦井水回灌管道或 排水管道，注入2-2煤3號(hào)地下水庫，日回灌礦井水量約2880m3,實(shí)現(xiàn)了井下礦井水閉路循 環(huán)利用。
[0107] 若采用傳統(tǒng)方式，沿巷道進(jìn)行布置，則需要鋪設(shè)管道距離約15km，由三條管道組 成，包括排水管道、供水管道和備用管道，若采用直徑159mm的管道進(jìn)行鋪設(shè)，建設(shè)費(fèi)用約 170萬元；而本發(fā)明同一鉆孔中布置多條管道費(fèi)用僅需約80萬元，上述費(fèi)用尚未考慮日常 維護(hù)和運(yùn)行管理費(fèi)用，可以看出本發(fā)明技術(shù)應(yīng)用效益明顯。
[0108] 以上所述的僅是本發(fā)明的原理和較佳的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在本發(fā)明原理的基礎(chǔ)上，還可以做出若干其它變型，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接裝置，其特征在于，包括布置在上下煤 層中的地下水庫之間的鉆孔，所述鉆孔沿著垂直方向設(shè)置，并連通上煤層中的所述地下水 庫和下煤層中的所述地下水庫， 其中，所述鉆孔內(nèi)布置有至少一根向所述下煤層中的所述地下水庫中供水的供水管 道， 所述鉆孔內(nèi)還布置有至少一根用于將污水排出的排水管道， 所述排水管道和所述供水管道通過注漿層緊固在所述鉆孔內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接裝置，其特征在于，在所述鉆孔內(nèi)均勻地布置多根所述 供水管道和多根所述排水管道，任意相鄰的兩根所述供水管道、任意相鄰的兩根所述排水 管道及任意相鄰的一根所述供水管道和一根所述排水管道之間均形成有間隙，所述間隙內(nèi) 澆筑有所述注漿層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接裝置，其特征在于，所述供水管道由多段供水管順次 連接形成，每相鄰的兩段所述供水管之間通過螺紋連接在一起； 所述排水管道由多段排水管順次連接形成，每相鄰的兩段所述排水管之間也通過螺紋 連接在一起。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的連接裝置，其特征在于，每段所述供水管上還設(shè)置有供水管 套圈，所述供水管套圈與所述供水管一體成型，每個(gè)所述供水管套圈上設(shè)置有螺栓孔，相鄰 的兩段所述供水管上的所述供水管套圈通過螺栓連接在一起； 每段所述排水管上還設(shè)置有排水管套圈，所述排水管套圈與所述排水管一體成型，每 個(gè)所述排水管套圈上設(shè)置有螺栓孔，相鄰的兩段所述排水管上的所述排水管套圈也通過螺 栓連接在一起。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的連接裝置，其特征在于，相鄰的兩段所述供水管上通過所述 螺栓連接在一起的兩個(gè)所述供水管套圈焊接在一起； 相鄰的兩段所述排水管上通過所述螺栓連接在一起的兩個(gè)所述排水管套圈焊接在一 起。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接裝置，其特征在于，所述鉆孔位于所述上煤層中的所述 地下水庫的出水口處。
7. -種用于連通上下煤層中的地下水庫的連接方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1 :在上煤層中的地下水庫的出水口處垂直向下施工導(dǎo)向孔，直至所述導(dǎo)向孔連 通所述上煤層中的所述地下水庫和所述下煤層中的所述地下水庫； 步驟2 :所述導(dǎo)向孔施工完成后，采用擴(kuò)孔鉆頭對(duì)所述導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔施工，一次形成 所需鉆孔； 步驟3 :在所述鉆孔內(nèi)均勻地布置多根供水管道和多根排水管道，并在任意相鄰的兩 根所述供水管道、任意相鄰的兩根所述排水管道及任意相鄰的一根所述供水管道和一根所 述排水管道之間均形成間隙； 步驟4:將所述鉆孔位于所述下煤層處進(jìn)行封孔，并由下往上均勻地向所述鉆孔內(nèi)注 入水泥漿，并通過注入的所述水泥漿將所述供水管道和所述排水管道固定在所述鉆孔內(nèi)； 步驟5 :完成施工。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的連接方法，其特征在于，所述供水管道包括多段供水管，每段 所述供水管的連接端部都設(shè)置有連接螺紋； 上述步驟3中還包括步驟31 :先將最下部的所述供水管與所述下煤層中的所述地下水 庫連通，再將第二段所述供水管與最下部的所述供水管螺紋連接在一起，依次操作連接多 段所述供水管，直至最上部的所述供水管與所述上煤層中所述地下水庫連通； 所述排水管道包括多段排水管，每段所述排水管的連接端部也都設(shè)置有連接螺紋， 上述步驟3中還包括步驟32 :先將最下部的所述排水管與所述下煤層中的所述地下水 庫連通，再將第二段所述排水管與最下部的所述排水管螺紋連接在一起，依次操作連接多 段所述排水管，直至最上部的所述排水管與所述上煤層中所述地下水庫連通。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的連接方法，其特征在于，每段所述供水管上還設(shè)置有供水管 套圈，每個(gè)所述供水管套圈上設(shè)置有螺栓孔， 上述步驟31中還包括步驟311 :將相鄰的兩段所述供水管相接處的兩個(gè)所述供水管道 套圈先通過螺栓連接在一起，再將兩個(gè)所述供水管道套圈焊接在一起； 每段所述排水管上還設(shè)置有排水管套圈，每個(gè)所述排水管套圈上設(shè)置有螺栓孔， 上述步驟32中還包括步驟321 :將相鄰的兩段所述排水管相接處的兩個(gè)所述排水管道 套圈先通過螺栓連接在一起，再將兩個(gè)所述排水管道套圈焊接在一起。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的連接方法，其特征在于，上述步驟1中采用反井鉆機(jī)進(jìn)行施 工所述導(dǎo)向孔和施工所述擴(kuò)孔，并在施工所述導(dǎo)向孔和施工所述擴(kuò)孔的過程中，每在垂直 方向上前進(jìn)一定距離，矯正所述反井鉆機(jī)上鉆頭的垂直度。
【文檔編號(hào)】E21F17/16GK104121036SQ201410353958
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】顧大釗, 李全生, 曹志國(guó), 陳蘇社 申請(qǐng)人:中國(guó)神華能源股份有限公司