一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置，包括布置在上下煤层中的地下水库之间的钻孔，所述钻孔沿着垂直方向设置，并连通上煤层中的所述地下水库和下煤层中的所述地下水库，其中，所述钻孔内布置有至少一根向所述下煤层中的所述地下水库中供水的供水管道，所述钻孔内还布置有至少一根用于将污水排出的排水管道，所述排水管道和所述供水管道通过注浆层紧固在所述钻孔内。
【专利说明】一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤炭开采与水利工程【技术领域】，尤其涉及一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置。
【背景技术】
[0002]西部地区是我国煤炭主产区，但该地区水资源匮乏和生态环境脆弱。根据相关统计，2012年西部能源“金三角”地区(榆林、鄂尔多斯和宁东)煤炭产量占全国的27%，但水资源仅占0.37%，水资源匮乏已成为该地区社会经济发展的瓶颈之一。
[0003]西部每采一吨煤平均排放矿井水2吨左右，大量外排的矿井水经处理后外排地表，由于该地区蒸发量是降雨量的6倍左右，外排矿井水很快蒸发损失浪费。为保护宝贵的水资源，神华集团经过历年技术探索，在神东矿区研发成功煤矿分布式地下水库技术，即利用煤炭开采形成的采空区岩体空隙进行储水，充分利用采空区岩体净化机理，实现矿井水井下自净化。目前，在神东矿区累计建成32座煤矿地下水库，储水量2700万m3，供应了矿区95%以上的用水，为矿区建成2亿吨级矿区提供了水资源保障。
[0004]为进一步加大井下储水量和保障地下水库运行安全，大柳塔矿首次建成世界首座煤矿分布式地下水库，利用库间管道将同层和不同层地下水库相连通，实现水资源科学调配和突发情况下地下水库调水，有效保障了井下生产安全，实现了煤炭资源与水资源协调开米。
[0005]要实现不同地下水库之间的相互连通，必须建设库间管道，同一水平的地下水库可通过管道相互连通，但是不同煤层之间跨度高达数百米左右，采用传统管道连通方式，即通过上下水平煤层连通巷道建设管道，面临铺设管道距离长、安全隐患大多、投资大和管理难等问题。
实用新型内容
[0006]本实用新型的发明目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种能够在不同煤层之间可垂直连接连通，合理调配地下水库水资源、保障安全运行和节约投资的一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置。
[0007]本实用新型技术方案提供一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置，包括布置在上下煤层中的地下水库之间的钻孔，所述钻孔沿着垂直方向设置，并连通上煤层中的所述地下水库和下煤层中的所述地下水库，其中，所述钻孔内布置有至少一根向所述下煤层中的所述地下水库中供水的供水管道，所述钻孔内还布置有至少一根用于将污水排出的排水管道，所述排水管道和所述供水管道通过注浆层紧固在所述钻孔内。
[0008]进一步地，在所述钻孔内均匀地布置多根所述供水管道和多根所述排水管道，任意相邻的两根所述供水管道、任意相邻的两根所述排水管道及任意相邻的一根所述供水管道和一根所述排水管道之间均形成有间隙，所述间隙内浇筑有所述注浆层。
[0009]进一步地，所述供水管道由多段供水管顺次连接形成，每相邻的两段所述供水管之间通过螺纹连接在一起；所述排水管道由多段排水管顺次连接形成，每相邻的两段所述排水管之间也通过螺纹连接在一起。
[0010]进一步地，每段所述供水管上还设置有供水管套圈，所述供水管套圈与所述供水管一体成型，每个所述供水管套圈上设置有螺栓孔，相邻的两段所述供水管上的所述供水管套圈通过螺栓连接在一起；每段所述排水管上还设置有排水管套圈，所述排水管套圈与所述排水管一体成型，每个所述排水管套圈上设置有螺栓孔，相邻的两段所述排水管上的所述排水管套圈也通过螺栓连接在一起。
[0011]进一步地，相邻的两段所述供水管上通过所述螺栓连接在一起的两个所述供水管套圈焊接在一起；相邻的两段所述排水管上通过所述螺栓连接在一起的两个所述排水管套圈焊接在一起。
[0012]进一步地，所述钻孔位于所述上煤层中的所述地下水库的出水口处。
[0013]采用上述技术方案，具有如下有益效果:
[0014]本实用新型提供的一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置，通过在上下煤层的地下水库之间进行垂直钻孔，并布置至少一条供水管道和至少一条排水管道，实现了水资源就近调度，同时由于上下水压差，上煤层的地下水库水体进入下煤层的地下水库后，可以直接用于喷雾防尘等，不再需要加压，节约了生产成本。排水管道用于排放井下生产污水，无需再重新开孔布置管道，进一步节约了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型提供的连接装置连通在上下煤层地下水库之间的示意图；
[0016]图2为图1所示的连接装置的剖视图；
[0017]图3为图1所示的连接装置的钻孔内安装有两根供水管道和一根排水管道的俯视图；
[0018]图4为图1所示的连接装置的钻孔内安装有两根供水管道和两根排水管道的俯视图；
[0019]图5为供水管道的安装示意图；
[0020]图6为供水管套圈的结构示意图；
[0021]图7为排水管道的安装示意图；
[0022]图8为排水管套圈的示意图。
[0023]附图标记对照表:
[0024]1-连接装置；11-钻孔；12-供水管道；
[0025]121-供水管；122-供水管套圈；123-螺栓孔；
[0026]124-外螺纹；125-内螺纹； 13-排水管道；
[0027]131-排水管；132-排水管套圈；133-螺栓孔；
[0028]134-内螺纹；135-外螺纹； 14-注浆层；
[0029]15-间隙；100-上煤层； 200-下煤层；
[0030]101-地下水库；102-地下水库；A-出水口。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图来进一步说明本实用新型的【具体实施方式】。
[0032]如图1-4所示，本实用新型提供的一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置1，包括布置在上下煤层中的地下水库101、102之间的钻孔11，该钻孔11沿着垂直方向设置，并连通上煤层100中的地下水库101和下煤层200中的地下水库102，其中，钻孔11内布置有至少一根向下煤层200中的地下水库102中供水的供水管道12，钻孔11内还布置有至少一根用于将污水排出的排水管道13，该排水管道13和供水管道12通过注浆层14紧固在钻孔11内。
[0033]S卩，上下煤层，如图1所示，其可以为上煤层100和位于其下方的下煤层200，简称上下煤层，两层煤层可以紧邻，也可以相间隔布置。
[0034]上层煤层100中布置有地下水库101，下层煤层200中布置有地下水库102。
[0035]为了减少了管道铺设长度，降低建设、维护和运行成本，在上下煤层中的地下水库101、102之间设置钻孔11，该钻孔11沿着垂直方向布置，并将上煤层100中的地下水库101和下煤层200中的地下水库102连通在一起。通过在上下煤层的地下水库之间垂直设置钻孔11，可以有效地降低管道铺设的长度，减少开孔的工作量。
[0036]为了减少多管道的安全隐患，在钻孔11内布置有至少一根向下煤层200中的地下水库102中供水的供水管道12和至少一根用于将污水排出的排水管道13。利用一个钻孔11同时布置多条供水管道12和排水管道13，减少了单孔布置管道的精度控制，也最大程度减少了对地层扰动程度，保障了施工安全，同时在一个钻孔中布置多条供水管道12和排水管道13，减少了单孔管道施工的建设和运行成本。
[0037]供水管道12为下煤层200中的工作面或地下水库102供水，供水管道12可与下煤层200中的自流管路或供水管路连接，用于向工作面供水。
[0038]排水管道13用于排放井下生产污水，或用于将下煤层200中矿井的水抽入上煤层100的地下水库101中形成一个封闭循环。
[0039]通过采用垂直设置钻孔11的方式建设供排水管道，即在不同煤层之间选取合理位置，从上煤层100到下煤层200，形成大口径钻孔11，在钻孔11内布置多条供水管道12和排水管道13，实现了水资源就近调度，同时由于上下水压差，上煤层100中的地下水库101的水进入下煤层200中的地下水库102后，可以直接用于喷雾防尘等，不再需要加压，节约了生产成本。
[0040]为了避免供水管道12和排水管道13安装不牢，并在安装时出现碰撞破损的情形，在钻孔11内由下往上均匀地注入水泥浆形成注浆层14，起到保护和固定供水管道12和排水管道13的作用。排水管道13和供水管道12通过注浆层14紧固在钻孔11内。
[0041]由此，本实用新型提供的连接装置，通过在上下煤层的地下水库之间进行垂直钻孔，并布置至少一条供水管道和至少一条排水管道，实现了水资源就近调度，同时由于上下水压差，上煤层的地下水库水体进入下煤层的地下水库后，可以直接用于喷雾防尘等，不再需要加压，节约了生产成本。排水管道用于排放井下生产污水，无需再重新开孔布置管道，进一步节约了成本。
[0042]较佳地，如图2-4所示，在钻孔11内均匀地布置多根供水管道12和多根排水管道13，任意相邻的两根供水管道12、任意相邻的两根排水管道13及任意相邻的一根供水管道12和一根排水管道13之间均形成有间隙15，间隙15内浇筑有注浆层14。
[0043]为了更好地实现上下煤层中的地下水库的供排水效果，在钻孔11内均匀地布置多根供水管道12和多根排水管道13。并且使相邻的两根管道之间形成有间隙15，即任意相邻的两根供水管道12、任意相邻的两根排水管道13及任意相邻的一根供水管道12和一根排水管道13之间均形成有间隙15。并在该间隙15内浇筑有注浆层14，避免在安装供水管道12和排水管道13时，两者摇晃发生碰撞，起到保护供水管道12和排水管道13的作用，同时还将供水管道12和排水管道13紧固在钻孔11内，避免脱落，保证了施工安全。
[0044]在同一钻孔11内布置多条供水管道12和排水管道13，节约了成本，同时由于井下地层条件复杂，钻孔施工空间和钻探精度难度较大，如果采用多孔，偏差较大，则导致钻孔11不能到达指定位置，使得施工成本增大；将多条供水管道12和排水管道13布置一个钻孔11内，能够实现一孔多用，经济实用。
[0045]在同一钻孔11内布置多条供水管道12和排水管道13，涉及技术难点是管道之间相互碰撞，会影响管道铺设效果。在间隙15内从下往上均匀地浇筑有注浆层14，避免相邻的管道摇晃发生碰撞，起到保护管道的作用，同时还将供水管道12和排水管道13紧固在钻孔11内，避免脱落，保证了施工安全。
[0046]较佳地，如图5和图7所示，供水管道12由多段供水管121顺次连接形成，每相邻的两段供水管121之间通过螺纹连接在一起；排水管道13由多段排水管131顺次连接形成，每相邻的两段排水管131之间也通过螺纹连接在一起。
[0047]即，该供水管道12包括多段供水管121，多段供水管121顺次连接形成该供水管道12，利于在安装时分段施工，实现将供水管道12从下方的地下水库102安装至上方的地下水库101。
[0048]供水管121的一端设置有外螺纹124，其另一端设置有内螺纹125，相邻的两段供水管121之间通过内螺纹125、外螺纹124螺纹连接在一起，方便多段供水管121的连接。位于上方与地下水库101连通的一段供水管121，可仅在下端设置内螺纹125或外螺纹124，位于下方与地下水库102连通的一段供水管121，可仅在上端设置内螺纹125或外螺纹124。
[0049]该排水管道13包括多段排水管131，多段排水管131顺次连接形成该排水管道13，利于在安装时分段施工，实现将排水管道13从下方的地下水库102安装至上方的地下水库101。
[0050]排水管131的一端设置有外螺纹135，其另一端设置有内螺纹134，相邻的两段排水管131之间通过内螺纹134、外螺纹135螺纹连接在一起，方便多段排水管131的连接。位于上方与地下水库101连通的一段排水管131，可仅在下端设置内螺纹134或外螺纹135，位于下方与地下水库102连通的一段排水管131，可仅在上端设置内螺纹134或外螺纹135。
[0051]通过螺纹将相邻的两段供水管121或相邻的两段排水管131连接在一起，可具有密封性能，避免水从供水管121或排水管131连接处的缝隙渗出。
[0052]较佳地，如图5-8所示，每段供水管121上还设置有供水管套圈122，供水管套圈122与供水管121 —体成型，每个供水管套圈122上设置有螺栓孔123，相邻的两段供水管121上的供水管套圈122通过螺栓连接在一起；每段排水管131上还设置有排水管套圈132，排水管套圈132与排水管131 —体成型，每个排水管套圈132上设置有螺栓孔133，相邻的两段排水管131上的排水管套圈132也通过螺栓连接在一起。
[0053]在每段供水管121上设置供水管套圈122，供水管套圈122通过其中部通孔套接在供水管121上。优选地，在供水管121的两端分别设置一个供水管套圈122。供水管套圈122 —体成型在供水管121上，以提高结构强度，并供水管的方便制造和安装。
[0054]在连接时，将两根相邻的供水管121先螺纹连接在一起，再通过螺栓穿过两根供水管121上的相邻的供水管套圈122上的螺栓孔123，将两个相邻的供水管套圈122连接在一起，提高了相邻的供水管121之间的连接强度，避免弯折。
[0055]同样地，在每段排水管131上设置排水管套圈132，排水管套圈132通过其中部通孔套接在排水管131上。优选地，在排水管131的两端分别设置一个排水管套圈132。排水管套圈132 —体成型在排水管131上，以提高结构强度，并排水管的方便制造和安装。
[0056]在连接时，将两根相邻的排水管131先螺纹连接在一起，再通过螺栓穿过两根排水管131上的相邻的排水管套圈132上的螺栓孔133，将两个相邻的排水管套圈132连接在一起，提高了相邻的排水管131之间的连接强度，避免弯折。
[0057]较佳地，相邻的两段供水管121上通过螺栓连接在一起的两个供水管套圈122焊接在一起；相邻的两段排水管131上通过螺栓连接在一起的两个排水管套圈132焊接在一起。通过将螺栓连接在一起的两个供水管套圈122或两个排水管套圈132焊接在一起，提高了密封性能，进一步提高了防渗水效果，通时提高了相邻的供水管121和相邻的排水管131之间连接强度。
[0058]较佳地，如图1所示，钻孔11位于上煤层100中的地下水库101的出水口 A处。将钻孔11的施工位置优选在上煤层100的地下水库101的出水口 A附近位置，以便于利用自然规律，为下煤层200及其地下水库102的生产提供用水。
[0059]综上，本实用新型提供的一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置，有效地解决了西部矿区矿井水外排地表蒸发损失现象，实现了不同煤层间的地下水库之间水量的合理调配和安全紧急调运，保障了地下水库高效安全运行，特别是不同煤层之间水体相互调配。
[0060]该连接装置的施工步骤如下:结合图1-8所示，
[0061]步骤1:在上煤层100中的地下水库101的出水口 A处垂直向下施工导向孔，直至导向孔连通上煤层100中的地下水库101和下煤层200中的地下水库102 ；
[0062]步骤2:在导向孔施工完成后，采用扩孔钻头对导向孔进行扩孔施工，一次形成所需钻孔11 ;
[0063]步骤3:在钻孔11内均匀地布置多根供水管道12和多根排水管道13，并在任意相邻的两根供水管道12、任意相邻的两根排水管道13及任意相邻的一根供水管道12和一根排水管道13之间均形成间隙15 ；
[0064]步骤4:将钻孔11位于下煤层200处进行封孔，并由下往上均匀地向钻孔11内注入水泥浆，并通过注入的水泥浆将供水管道12和排水管道13固定在钻孔11内；
[0065]步骤5:完成施工。
[0066]不同煤层的地下水库上下垂直的钻孔11位置选取应考虑如下原则:第一，钻孔11的施工位置优选在上煤层100的地下水库101的出水口 A附近位置，以便于利用自然规律，为下煤层200生产提供用水；第二，钻孔11施工地层构造简单，避免穿越断层和含水层，减少施工复杂；第三，还要考虑下煤层200取用水便利。同时为保障钻机等设备施工，上煤层100的巷道进行挑高，一般高度为5m左右，便于钻孔设备的布置。
[0067]钻孔11的钻探定位与施工:
[0068]选取施工位置后，要在上下煤层工程图上进行坐标标定，在井下采用经纬仪确定施工位置。采用反井钻技术进行钻孔施工，首先在上煤层100施工标定点布置反井钻机，为确保钻探垂直度，反井钻机必须水平布置，采用水准仪进行水平矫正，保证钻杆垂直向下。
[0069]采用反井钻孔施工技术，首先必须施工导向孔，导向孔施工完成后，要进行扩孔施工，在下煤层巷道处将导向孔钻头卸下，接上扩孔钻头，扩孔钻头全部进入导向孔后，采用低钻压、低转速，一次成型所需钻孔11。
[0070]钻孔11内布置多条供水管道12和排水管道13的施工工艺:
[0071]钻孔11施工完成后，开始进行安装供水管道12和排水管道13，并将任意相邻的两根供水管道12、任意相邻的两根排水管道13及任意相邻的一根供水管道12和一根排水管道13之间均形成有间隙15，以利于后续注浆时，将水泥浆注入在该间隙15内。
[0072]封口注浆:
[0073]将下煤层200处的钻孔11处进行封孔后，依次从下往上均匀注入水泥浆，保持同一速度和注浆量，以防止注浆过程中供水管道12与供水管道、排水管道13与排水管道13或供水管道12与排水管道13之间互相碰撞，造成管道损伤。同时注入的水泥浆在凝结后在间隙15内形成注浆层14，将供水管道12与排水管道13紧固在钻孔11内，完成施工。
[0074]本实用新型提供的连接装置的具体应用:
[0075]大柳塔矿2-2煤层和5-2煤层间距155m，2-2煤层分别建设3座煤矿地下水库，5-2煤层为当前开采煤层，应用煤矿地下水库技术，该矿已实现矿井水零排放，为保障5-2煤层生产用水和将其生产产生的矿井水回灌到2-2煤层三座地下水库进行净化处理，需要建设两煤层之间的连通管道，如果采用传统方式，管道铺设周期长、建设和维护成本较高和安全隐患大。
[0076]应用本实用新型提供的连接方法，在2-2煤层和5-2煤层间设计建设了一个钻孔11，同时布置四条供排水管道。首先，通过地质勘探和供排水量需求等，确定采用直径1.4m的钻孔同时布置3条供排水管道，包括Φ 1.4m的钻孔11及配套管道设施。钻孔11的深在155m左右，一条排水管道直径为423mm、两条供水管道直径分别为423mm和219mm ;在上煤层中的地下水库出水孔A位置施工，建设了 1.4m直径的垂直钻孔11，并布置上述3条供排水管道，2-2煤层中的地下水库的清水经抽采利用供水管道分别与5-2煤层自流管路或供水管路连接，供5-2煤生产使用；同时，5-2煤层三盘区的矿井水由垂直钻孔中的矿井水回灌管道或排水管道，注入2-2煤3号地下水库，日回灌矿井水量约2880m3，实现了井下矿井水闭路循环利用。
[0077]若采用传统方式，沿巷道进行布置，则需要铺设管道距离约15km，由三条管道组成，包括排水管道、供水管道和备用管道，若采用直径159mm的管道进行铺设，建设费用约170万元；而本实用新型同一钻孔中布置多条管道费用仅需约80万元，上述费用尚未考虑日常维护和运行管理费用，可以看出本实用新型技术应用效益明显。
[0078]以上所述的仅是本实用新型的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本实用新型原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于连通上下煤层中的地下水库的连接装置，其特征在于，包括布置在上下煤层中的地下水库之间的钻孔，所述钻孔沿着垂直方向设置，并连通上煤层中的所述地下水库和下煤层中的所述地下水库， 其中，所述钻孔内布置有至少一根向所述下煤层中的所述地下水库中供水的供水管道， 所述钻孔内还布置有至少一根用于将污水排出的排水管道， 所述排水管道和所述供水管道通过注浆层紧固在所述钻孔内。
2.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，在所述钻孔内均匀地布置多根所述供水管道和多根所述排水管道，任意相邻的两根所述供水管道、任意相邻的两根所述排水管道及任意相邻的一根所述供水管道和一根所述排水管道之间均形成有间隙，所述间隙内浇筑有所述注浆层。
3.根据权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于，所述供水管道由多段供水管顺次连接形成，每相邻的两段所述供水管之间通过螺纹连接在一起； 所述排水管道由多段排水管顺次连接形成，每相邻的两段所述排水管之间也通过螺纹连接在一起。
4.根据权利要求3所述的连接装置，其特征在于，每段所述供水管上还设置有供水管套圈，所述供水管套圈与所述供水管一体成型，每个所述供水管套圈上设置有螺栓孔，相邻的两段所述供水管上的所述供水管套圈通过螺栓连接在一起； 每段所述排水管上还设置有排水管套圈，所述排水管套圈与所述排水管一体成型，每个所述排水管套圈上设置有螺栓孔，相邻的两段所述排水管上的所述排水管套圈也通过螺栓连接在一起。
5.根据权利要求4所述的连接装置，其特征在于，相邻的两段所述供水管上通过所述螺栓连接在一起的两个所述供水管套圈焊接在一起； 相邻的两段所述排水管上通过所述螺栓连接在一起的两个所述排水管套圈焊接在一起。
6.根据权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述钻孔位于所述上煤层中的所述地下水库的出水口处。
【文档编号】E21F17/16GK204082217SQ201420411985
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】顾大钊, 李全生, 曹志国, 陈苏社 申请人:中国神华能源股份有限公司