CN109723424B - 一种井下钻孔放水量预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放水量预测方法，属于煤矿开采技术领域，具体是涉及一种井下钻孔放水量预测方法。本发明针对地下水典型的承压含水层和潜水含水层，根据放水时井壁处无水压而抽水时有水压的不同条件，利用渗流理论的达西公式对抽水和放水时的钻孔出水量进行分别计算，进而推导出将抽水量转换为放水量的校正算法公式，为部分井下工程在初期阶段获得地下放水量提供预测方法。

Description

一种井下钻孔放水量预测方法

技术领域

本发明涉及一种放水量预测方法，属于煤矿开采技术领域，具体是涉及一种井下钻孔放水量预测方法。

背景技术

现有技术中的地面抽水试验获得的抽水量比井下放水试验放水量明显偏小，导致许多井下工程采用地面抽水试验结果进行条件评价时出现一定的偏差。

例如部分井工煤矿先期采用地面抽水试验获得的水文地质参数进行了矿井涌水量计算和排水系统设计，但回采过程中含水层的实际涌水量大大增加，排水系统不满足排水要求，造成淹面或淹井等情况发生。

由于井下放水试验必须具备井下施工条件，在工程初期、未形成巷道的地带或距离较远的地层均无法进行现场试验。因此，不得不采用地面抽水试验数据进行条件评价、井下工程设计和放水试验设计等。由于抽水试验数据不能很好的反映含水层在井下揭露释水的真实情况，上述工作结果可能对井下施工和生产带来极大的安全隐患。

因此，对现有技术中的井下钻孔放水量预测方式进行改进，以使其能精确反映真实的钻孔放水量，是当前迫切需要解决的技术问题。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的含水层抽水试验不能准确反映井下放水量的技术问题，提供了一种井下钻孔放水量预测方法。该方法可提前获得井下放水试验放水孔的水量，可为准确预测井下放水量、合理设计放水试验提供依据。

为解决上述问题，本发明的方案是：

一种井下钻孔放水量预测方法，包括：

确定地面钻孔抽水量与井下钻孔放水量的转换公式；

在地面进行钻孔抽水试验，测量地面钻孔抽水量以及转换公式中的各参数；

基于所述转换公式和所述参数将地面钻孔抽水量转换为井下钻孔放水量。

在本发明的至少一个实施例中，所述目标含水层为承压含水层，所述转换公式为：

Q_放＝Q_抽+2πKMH₁

式中，H₁为钻孔内含水层稳定水位，M为含水层厚度，K为渗透系数，Q_抽为地面钻孔抽水量，Q_放为井下钻孔放水量。

在本发明的至少一个实施例中，在目标承压含水层中，钻进半径为r_w的钻孔，通过已有水位测量仪器或人工进行测量，获得含水层稳定水位H₁；通过钻孔测井获得含水层厚度M；通过地面定降深抽水试验，利用周边已有至少一个观测钻孔的水位观测数据，获得目标含水层渗透系数K及钻孔内的水位降深。

在本发明的至少一个实施例中，所述目标含水层为潜水含水层，所述转换公式为：

Q_放＝Q_抽+2πKH₁(h_r-H_e)

式中，H₁为钻孔内含水层稳定水位，K为渗透系数，h_r为周围已有一个观测孔含水层稳定水位，H_e为含水层底界面标高，Q_抽为地面钻孔抽水量，Q_放为井下钻孔放水量，r为观测孔与孔壁距离。

在本发明的至少一个实施例中，在目标潜水含水层中，钻进半径为r_w的钻孔，采用与承压含水层相同的方法获得含水层稳定水位H₁(m)及观测孔水位h_r(m)，通过钻孔测井获得含水层底界面标高H_e(m)，利用公式(h_r-H_e)计算潜水含水层厚度；其余参数获得方式与承压含水层相同。

通过以上描述可知，本发明可提前获得井下放水试验放水孔的水量，可为准确预测井下放水量、合理设计放水试验提供依据，同时为含水层的条件评价提供参考，且其计算过程简单，参数易于获得，弥补了部分区域无法实施井下放水试验获得准确的含水层水文地质参数的不足。

附图说明

并入本文并形成说明书的一部分的附图示例了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。

图1为地面抽水试验示意图(承压含水层)；

图2为井下放水试验示意图(承压含水层)；

图3为地面抽水试验示意图(潜水含水层)；

图4为井下放水试验示意图(潜水含水层)；

将参照附图描述本发明的实施例。

具体实施方式

实施例

本实施例中的井下钻孔放水量预测方法包括三个步骤，分别是：

步骤1，利用渗流原理的达西公式，结合抽水试验和放水试验的不同条件，推导将钻孔抽水量转换为井下放水量的计算公式；

步骤2，确定目标含水层，通过地面钻孔和孔内抽水试验获得含水层稳定水位H₁、底板标高H_e、渗透系数K、含水层厚度M、观测孔与井壁距离r、观测孔含水层稳定水位h_r等参数值，以及地面单孔抽水量；

步骤3，通过转换公式，计算相同目标含水层进行井下放水试验时的单孔放水量。

在水文地质试验过程中，目标含水层通常包括承压含水层和潜水含水层两种，由于含水层性质不同，参数选择不同。在此分别对两种含水层进行介绍。

请参照附图1、附图2，当目标含水层是承压含水层时，

针对一目标承压含水层进行地面抽水试验时(见附图1和附图2)，根据达西定律，钻孔内壁处渗出水量计算公式为：

式中，Q_r为钻孔可抽水量(m³/h)，r为已有一个观测孔至钻孔的距离(m)，h_r为观测孔处含水层稳定水位(m)，H₁为钻孔内含水层静止稳定水位(m)。

对同一承压含水层进行井下放水试验时，其他条件类似的情况下，钻孔内壁水压力将发生变化。由于在放水过程中，钻孔内并无水位，即H₁＝0，所以内壁处无水压力。因此，放水钻孔进行放水试验时可获得的水量为：

根据上述两个公式可知，地面抽水试验所获得的水量与井下放水钻孔的放水量存在的差别是由在试验过程中井壁内水压不同造成。将公式(1)减去公式(2)，可获得两者间水量差，为：

Q_放-Q_抽＝2πKMh_r-2πKM(h_r-H₁)＝2πKMH₁ (3)

上式即表示井下放水孔与地面抽水孔之间的水量差，将公式(3)转换为下式：

Q_放＝Q_抽+2πKMH₁ (4)

上式即为承压含水层中地面抽水孔抽水量与井下放水孔放水量的转换算法公式。

请参照附图3、附图4，当目标含水层为潜水含水层时，潜水含水层与承压含水层的计算过程类似，主要的不同点在于潜水含水层的厚度随着含水层水位的变化而变化。假定潜水含水层底面标高为H_e，如附图3和附图4所示，公式(1)～(4)中，含水层厚度M应替换为：h_r-H_e，由此获得潜水含水层水量转换计算公式为：

Q_放＝Q_抽+2πKH₁(h_r-H_e) (5)

上式即为潜水含水层中地面抽水试验抽水量与井下放水孔水量的转换算法公式。

计算公式(4)和(5)分别表明了试验含水层为承压含水层和潜水含水层时抽水试验抽水量转换为放水试验放水量的算法。根据公式可知，在计算过程中，承压含水层需要获取的参数包括含水层渗透系数、含水层厚度、钻孔内含水层水位(抽水试验时)和抽水试验的抽水量；潜水含水层需要获取的参数包括含水层渗透系数、抽水钻孔内水位、含水层底面标高和计算点处的含水层水位。

在目标承压含水层中，钻进半径为r_w的钻孔，通过已有水位测量仪器或人工进行测量，获得含水层稳定水位H₁(m)；通过钻孔测井获得含水层厚度M(m)；通过地面定降深抽水试验，利用周边已有至少一个观测钻孔的水位观测数据，获得目标含水层渗透系数K，钻孔内的水位降深，计算得到含水层的单孔抽水量Q_r。

在目标潜水含水层中，钻进半径为r_w的钻孔，采用与承压含水层相同的方法获得含水层稳定水位H₁(m)及观测孔水位h_r(m)，通过钻孔测井获得含水层底界面标高H_e(m)，利用公式(h_r-H_e)计算潜水含水层厚度；其余参数获得方式与承压含水层相同。

通过施工的地面钻孔和单孔抽水试验，获得相关参数，根据目标含水层的性质，代入本发明提出的地面抽水孔抽水量转换为井下放水孔放水量的计算公式(4)或公式(5)，进行水量转换计算，即可获得井下放水试验的放水量。

本实施例中，尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (4)

1.一种井下钻孔放水量预测方法，其特征在于，包括：

确定在目标含水层中进行地面抽水试验时的地面钻孔抽水量与井下钻孔放水量的转换公式；

在地面进行钻孔抽水试验，测量地面钻孔抽水量以及转换公式中的各参数；

基于所述转换公式和所述参数将地面钻孔抽水量转换为井下钻孔放水量；

其中，所述目标含水层包括承压含水层或潜水含水层；

当所述目标含水层为承压含水层时，所述转换公式为：

Q_放＝Q_抽+2πKMH₁

式中，H₁为钻孔内稳定水位，M为含水层厚度，K为渗透系数，Q_抽为地面钻孔抽水量，Q_放为井下钻孔放水量。

2.根据权利要求1所述的一种井下钻孔放水量预测方法，其特征在于，在目标承压含水层中，钻进半径为r_w的钻孔，通过已有水位测量仪器或人工进行测量，获得钻孔内稳定水位H₁；通过钻孔测井获得含水层厚度M；通过地面定降深抽水试验，利用周边已有至少一个观测钻孔的水位观测数据，获得目标含水层渗透系数K以及钻孔内的水位降深。

3.根据权利要求1所述的一种井下钻孔放水量预测方法，其特征在于，当所述目标含水层为潜水含水层，所述转换公式为：

Q_放＝Q_抽+2πKH₁(h_r-H_e)

式中，H₁为钻孔内稳定水位，K为渗透系数，h_r为周围已有一个观测孔含水层稳定水位，H_e为含水层底界面标高，Q_抽为地面钻孔抽水量，Q_放为井下钻孔放水量。

4.根据权利要求3所述的一种井下钻孔放水量预测方法，其特征在于，在目标潜水含水层中，钻进半径为r_w的钻孔，通过已有水位测量仪器或人工进行测量，获得钻孔内稳定水位H₁，通过地面定降深抽水试验，利用周边已有至少一个观测钻孔的水位观测数据，获得目标含水层渗透系数K；通过钻孔测井获得含水层底界面标高H_e，利用观测孔获得孔内水位h_r，利用参数(h_r-H_e)计算潜水含水层厚度。

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