【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于地質(zhì)封存鉆井，具體涉及用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法。
技術(shù)介紹
1、地質(zhì)封存灌注井目前通常設(shè)計為直井，現(xiàn)有的鉆進方式為自地表向下鉆進，井口位于地表。煤礦礦井水主要是由于巷道揭露和采空區(qū)塌陷波及到水源所致，隨著礦井開采面積的增大，礦井水產(chǎn)生量將快速增加，若要進行礦井水地表排放，需要經(jīng)過復(fù)雜的水處理程序，耗費的時間成本和經(jīng)濟太高。目前，將礦井頂板水進行地質(zhì)封存是一項經(jīng)濟有效的處理方法，但若將礦井水抽至地面，經(jīng)過簡單的水處理之后，再運至灌注井附近，從地面的井口將礦井水注入灌注井內(nèi)，最終到達地下深部地層，實現(xiàn)地質(zhì)封存。然而，大量礦井水的抽排、處理、轉(zhuǎn)運，仍然能耗較高，成本較大。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對上述問題，本專利技術(shù)提供用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，包括以下步驟：
2、s1：通過地質(zhì)勘探，確定灌注井地面井口的位置，從地面井口向地下鉆進，直至深部地層，在計劃進行封存的深部地層內(nèi)埋設(shè)豎向的篩管，使得礦井水通過篩管的篩孔進入深部地層；
3、s2：在灌注井井壁上，朝向煤層巷道的方向，打定向鉆，從灌注井鉆進至煤層巷道最靠近灌注井的一端；
4、s3：根據(jù)煤層巷道自身準確的位置信息，以步驟s2中灌注井至煤層巷道的鉆進方向為輔助，從煤層巷道開始，逆向鉆進至灌注井側(cè)壁，煤層巷道至灌注井的通道作為輸水通道，布設(shè)輸水管路；
5、s4：將輸水通道與灌注井連通的位置設(shè)置為注水井口，地面井口封閉，僅留運輸所需的繩索通過，注水井口以上
6、s5：封存礦井水時，由灌注井井口下放監(jiān)測清理裝置至篩管段，能夠?qū)崟r取樣及清理篩管內(nèi)壁。
7、可選的，步驟s2包括：
8、（1）從地面井口沿灌注井向下釋放繩索，釋放繩索的長度等于煤層巷道靠近灌注井的一端的底面與地面的垂直距離；
9、（2）以灌注井內(nèi)繩索底端對應(yīng)的井側(cè)壁為起點，設(shè)置定向鉆，鉆頭指向煤層巷道靠近灌注井的一端的方向，定向鉆連接地面的控制裝置，控制裝置控制定向鉆沿直線軌跡鉆進，直至鉆透煤層巷道最靠近灌注井的一端。
10、可選的，步驟s3中，所述以步驟s2中灌注井至煤層巷道的鉆進方向為輔助，具體為：由于灌注井偏離豎直方向，因此步驟（2）中起點的位置高于煤層巷道的深度，定向鉆鉆出的通道為一條傾斜向下的斜線，礦井水若從下向上輸送，能耗較大，因此，該斜線并不是輸水通道；以煤層巷道最靠近灌注井的一端為起點，沿著水平方向，且同時與步驟（2）定向鉆鉆出的通道在同一豎直面上，向著灌注井鉆進輸水通道。
11、可選的，步驟s4中，以所述注水井口對應(yīng)的位置作為分界線，對分界線處的灌注井井壁進行切割，在分界線處設(shè)置鋼板，封閉鋼板以上的井部分，鋼板以下的井壁上沿形成注水井口；
12、地面井口旁邊設(shè)置卷揚機，卷揚機通過繩索連接監(jiān)測清理裝置，以控制監(jiān)測清理裝置在灌注井內(nèi)的升降；地面井口由蓋板封閉，蓋板的圓心處設(shè)有貫穿孔，允許繩索通過蓋板。
13、可選的，所述輸水通道內(nèi)設(shè)有水泵和輸水管，輸水管連接注水井口，將煤層巷道內(nèi)的礦井水沿輸水管輸送至注水井口；輸水通道內(nèi)能容納操作人員通過，操作人員能夠從煤層巷道通過輸水通道，到達注水井口，以便在注水井口旁邊操作監(jiān)測清理裝置。
14、可選的，所述監(jiān)測清理裝置包括主箱體、重量調(diào)節(jié)部件和卷繞機，主箱體為圓柱形，且內(nèi)部由上至下設(shè)有上水箱、中水箱和下水箱；主箱體頂部的中心設(shè)有向上凸出的防水殼，防水殼內(nèi)設(shè)有驅(qū)動電機；
15、主箱體內(nèi)的中心設(shè)有一個空腔，該空腔的頂端與防水殼內(nèi)部連通，底端敞開，空腔內(nèi)設(shè)有清理部件，清理部件的頂端連接驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)軸，驅(qū)動電機能帶動清理部件轉(zhuǎn)動并伸出主箱體，以清理主箱體下方的篩管內(nèi)壁。
16、進一步可選的，所述重量調(diào)節(jié)部件包括牽引繩和若干個重量塊，重量塊為圓環(huán)形，且為不銹鋼材質(zhì)，重量塊的中心通孔的內(nèi)徑大于防水殼的外徑，使得重量塊能套在防水殼的外部；
17、牽引繩穿過重量塊的中心通孔、綁住重量塊的一側(cè)，若干個重量塊沿著牽引繩的長度方向依次綁設(shè)，且牽引繩綁設(shè)在各個重量塊的同側(cè)對應(yīng)的位置，使得各個重量塊懸掛在牽引繩上的姿態(tài)相同。
18、可選的，步驟s5中，地面井口的卷揚機向灌注井內(nèi)下放繩索，繩索底端下放至注水井口上方，人工控制繩索底端由上至下依次穿過所有重量塊的中心通孔，牽引繩處于繩索的一側(cè)，然后，將主箱體防水殼的頂部連接繩索底端；
19、然后，繩索和牽引繩以相同的速度繼續(xù)沿灌注井下放，直至篩管段的液面處。
20、可選的，所述上水箱、中水箱、下水箱和空腔與主箱體同心設(shè)置；配合主箱體中心的空腔，上水箱、中水箱、下水箱的橫截面均為圓環(huán)形；
21、主箱體設(shè)有三個豎直的進水管，相鄰的兩個進水管與主箱體圓心的連線的夾角為120°，且三個進水管以主箱體圓心為圓心圍成一個圓形；
22、三個進水管的頂端均穿出主箱體的頂面，用于取水樣，三個進水管的底端分別延伸至上水箱、中水箱、下水箱的內(nèi)部，使得篩管段內(nèi)的水體由各個進水管進入對應(yīng)的水箱內(nèi)。
23、可選的，步驟s5中，需要檢測篩管段內(nèi)的水質(zhì)時，將主箱體和重量塊同步下放，由于主箱體內(nèi)部空置，所受浮力使得主箱體無法繼續(xù)下沉時，停止主箱體的下放，啟動卷繞機，下放重量塊，隨著落在主箱體上重量塊的增加，主箱體能繼續(xù)下放下沉；
24、下沉至篩管段上部時，對應(yīng)上水箱的進水管開啟，水體進入上水箱內(nèi)，取樣結(jié)束后，關(guān)閉對應(yīng)進水管的開關(guān)閥；
25、主箱體下沉至篩管段中部時，對應(yīng)中水箱的進水管開啟，水體進入中水箱內(nèi)，取樣結(jié)束后，關(guān)閉對應(yīng)進水管的開關(guān)閥；
26、主箱體下沉至篩管段底部時，對應(yīng)下水箱的進水管開啟，水體進入下水箱內(nèi)，取樣結(jié)束后，關(guān)閉對應(yīng)進水管的開關(guān)閥；
27、卷揚機和卷繞機將主箱體和重量塊上拉至注水井口，取下主箱體，再分別取出水樣，可用于檢測。重量塊的數(shù)量、重量以及相鄰重量塊的間距，根據(jù)實際操作情況確定。
28、可選的，所述清理部件包括轉(zhuǎn)動軸和若干支毛刷，轉(zhuǎn)動軸頂端連接驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)軸，若干支毛刷沿著轉(zhuǎn)動軸的長度方向和周向均勻分布；
29、毛刷的主桿鉸接在轉(zhuǎn)動軸上，主桿上均勻密布刷毛，每個毛刷設(shè)有一個彈簧，彈簧橫向連接在主桿與轉(zhuǎn)動軸之間。
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1.用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，步驟S2包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，步驟S3中，所述以步驟S2中灌注井至煤層巷道的鉆進方向為輔助，具體為：由于灌注井偏離豎直方向，步驟（2）中起點的位置高于煤層巷道的深度，定向鉆鉆出的通道為一條傾斜向下的斜線；以煤層巷道最靠近灌注井的一端為起點，沿著水平方向，且同時與步驟（2）定向鉆鉆出的通道在同一豎直面上，向著灌注井鉆進輸水通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，步驟S4中，以所述注水井口對應(yīng)的位置作為分界線，對分界線處的灌注井井壁進行切割，在分界線處設(shè)置鋼板，封閉鋼板以上的井部分，鋼板以下的井壁上沿形成注水井口；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，所述輸水通道內(nèi)設(shè)有水泵和輸水管，輸水管連接注水井口，將煤層巷道內(nèi)的礦井水沿輸水管輸送至注水井口；輸
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，所述監(jiān)測清理裝置包括主箱體、重量調(diào)節(jié)部件和卷繞機，主箱體為圓柱形，且內(nèi)部由上至下設(shè)有上水箱、中水箱和下水箱；主箱體頂部的中心設(shè)有向上凸出的防水殼，防水殼內(nèi)設(shè)有驅(qū)動電機；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，所述重量調(diào)節(jié)部件包括牽引繩和若干個重量塊，重量塊為圓環(huán)形，且為不銹鋼材質(zhì)，重量塊的中心通孔的內(nèi)徑大于防水殼的外徑，使得重量塊能套在防水殼的外部；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，所述上水箱、中水箱、下水箱和空腔與主箱體同心設(shè)置；配合主箱體中心的空腔，上水箱、中水箱、下水箱的橫截面均為圓環(huán)形；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，所述清理部件包括轉(zhuǎn)動軸和若干支毛刷，轉(zhuǎn)動軸頂端連接驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)軸，若干支毛刷沿著轉(zhuǎn)動軸的長度方向和周向均勻分布；
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，步驟S5中，地面井口的卷揚機向灌注井內(nèi)下放繩索，繩索底端下放至注水井口上方，人工控制繩索底端由上至下依次穿過所有重量塊的中心通孔，牽引繩處于繩索的一側(cè)，然后，將主箱體防水殼的頂部連接繩索底端；
...【技術(shù)特征摘要】
1.用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，步驟s2包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，步驟s3中，所述以步驟s2中灌注井至煤層巷道的鉆進方向為輔助，具體為：由于灌注井偏離豎直方向，步驟（2）中起點的位置高于煤層巷道的深度，定向鉆鉆出的通道為一條傾斜向下的斜線；以煤層巷道最靠近灌注井的一端為起點，沿著水平方向，且同時與步驟（2）定向鉆鉆出的通道在同一豎直面上，向著灌注井鉆進輸水通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，步驟s4中，以所述注水井口對應(yīng)的位置作為分界線，對分界線處的灌注井井壁進行切割，在分界線處設(shè)置鋼板，封閉鋼板以上的井部分，鋼板以下的井壁上沿形成注水井口；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于封存礦井水的地下灌注系統(tǒng)的鉆設(shè)方法，其特征在于，所述輸水通道內(nèi)設(shè)有水泵和輸水管，輸水管連接注水井口，將煤層巷道內(nèi)的礦井水沿輸水管輸送至注水井口；輸水通道內(nèi)能容納操作人員通過，操作人員能夠從煤層巷道通過輸水通道，到達注水井口，以便在注水井口旁邊操作監(jiān)測清理裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：范瑩琳，杜松，車巧慧，張嘯，蔣喆，丁晏，宋思彤，劉詠涵，
申請(專利權(quán))人：中國煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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