一种水文观测孔施工工艺及水文观测孔套管的制作方法

1.本发明涉及煤矿水文监测技术领域，特别是涉及一种水文观测孔施工工艺，以及一种水文观测孔套管。


背景技术：

2.采煤施工时，地下水是影响采煤施工质量与安全的重要因素，特别是奥灰水，占地下水的主要部分。疏水降压是对奥灰水治理的主要方案，疏水降压的标准是根据水文观测孔的水压进行分析评价，施工钻孔对奥灰水进行疏放、降底工作面底板承受的奥灰水压。由于受矿井压力及回采采动影响，导致水文观测孔出现泄压现象，观测孔一旦泄压，造成水压无法观测，水量无法管控，底板破坏。泄压后的观测孔又无法进行补救，受井下现场及地质条件的影响，找到另一个合适的观测地点也比较困难。
3.目前水文观测孔通常采用三级嵌套、层层深入的方法下入套管，在下入第二、三层套管后需要在套管夹层中注入水泥加固，由于套管顶端通过法兰相互固定安装，在注入水泥时夹层中的施工水无法排除，导致水泥稀释，水泥发生沉降，沉降析水留存在套管夹层中无法排出，长时间会腐蚀套管，影响观测孔寿命。


技术实现要素：

4.本发明针对目前水文观测孔寿命短，影响采煤的问题，提供了一种提高观测孔使用寿命的水文观测孔施工工艺。
5.为解决上述问题，本发明采用的技术方案为，一种水文观测孔施工工艺，包括由外向内依次嵌套安装一级套管、二级套管和三级套管，套管安装采用以下步骤：
6.s1.在孔口底板和地质层中钻取第一管孔，将一级套管的下部插入第一管孔中；
7.s2.向一级套管中注入凝固剂，使凝固剂在一级套管的底端反流至第一管孔与一级套管外壁之间；
8.s3.在一级套管管壁的顶部钻取一级溢流孔；
9.s4.在一级套管和地质层中钻取第二管孔，将二级套管插入第二管孔中，在二级套管对应一级溢流孔的位置钻取二级溢流孔；
10.s5.在一级溢流孔中插入封堵件，封堵件将二级溢流孔封堵，封堵件的直径小于一级溢流孔的孔径；
11.s6.二次注浆：向二级套管中注入凝固剂，使凝固剂在二级套管的底端反流至第二管孔和二级套管外壁之间，当凝固剂在一级溢流孔溢出时停止注入；
12.s7.拆除封堵件；
13.s8.在二级套管和地质层中钻取第三管孔，将三级套管插入第三管孔中；
14.s9.三次注浆：向三级套管中注入凝固剂，使凝固剂在三级套管的底端反流至第三管孔和三级套管外壁之间，当凝固剂在一级溢流孔溢出时停止注入；
15.s10.在三级套管和地质层中钻取观测孔。
16.利用本工艺施工，在外层套管上钻取溢流孔，注入凝固剂时通过溢流孔排出内部施工水，避免凝固剂被水稀释，避免内部积水腐蚀；同时便于观测注入状况，能够保证注浆完全，观测孔结构更加稳固，提高观测孔的寿命，保证采煤进度。
17.优选的，一级溢流孔包括第一一级溢流孔和第二一级溢流孔，第一一级溢流孔和第二一级溢流孔沿一级套管的周向间隔180
°
设置；二级溢流孔包括第一二级溢流孔和第二二级溢流孔，第一二级溢流孔和第二二级溢流孔沿二级套管的周向间隔180
°
设置。两个方向排水，提高排水效果。
18.优选的，步骤s6还包括：停止注入凝固剂一定时间后，向第一一级溢流孔中再次注入凝固剂，当凝固剂从第二一级溢流孔溢出时停止注入；步骤s9还包括：停止注入凝固剂一定时间后，向第一一级溢流孔中再次注入凝固剂，当凝固剂从第二一级溢流孔溢出时停止注入。待水泥沉降后，通过溢流孔再次注浆，将上层沉降析水排出，提高内部水泥浓度，进一步提高观测孔结构的稳固性。
19.优选的，步骤s4中，在二级套管的外壁上固定安装有螺母，螺母与第二溢流孔的位置对应；封堵件为螺杆，螺杆螺纹与螺母相配合。便于拆装，形成一级、二级溢流孔之间的溢流通道。
20.优选的，步骤s10还包括：将一级溢流孔封堵，或将一级溢流孔和二级溢流孔封堵。保证观测孔结构的完整性。
21.优选的，步骤s3还包括：在一级溢流孔中安装快速接头，快速接头的内径大于封堵件的直径；步骤s10中，在快速接头上安装高压截门，将一级溢流孔封堵。
22.优选的，还包括：当施工完成的水文观测孔泄压后，通过一级溢流孔和二级溢流孔在三级套管的管壁上钻取注浆孔，向观测孔中注入凝固剂，将观测孔封堵。当观测孔泄压后能够及时补救，且操作简便。
23.优选的，凝固剂为水泥或混凝土。
24.另一方面，本发明还提供一种水文观测孔套管，包括从内向外依次嵌套的一级套管、二级套管和三级套管，一级套管的内径大于二级套管的外径，二级套管的内径大于三级套管的外径，一级套管、二级套管和三级套管三者顶端固定连接；一级套管的外壁上端设有快速接头，快速接头连通至一级套管的内部，快速接头上安装有高压截门；二级套管的管壁对应快速接头的位置设有第二溢流孔，第二溢流孔处设有螺母。其中，一级套管长度为20m，二级套管长度为60m，三级套管长度为80m。观测孔套管便于施工，结构稳固耐用，观测孔使用寿命长，保证采煤进度。
25.通过以上技术方案可以看出，本发明的优点为，施工过程中，在外层套管上钻取溢流孔，注入凝固剂时通过溢流孔排出内部施工水，避免凝固剂被水稀释，避免内部积水腐蚀；同时便于观测注入状况，能够保证注浆完全，观测孔结构更加稳固；待水泥沉降后，通过溢流孔再次注浆，将上层沉降析水排出，提高内部水泥浓度，进一步提高观测孔结构的稳固性，提高观测孔的寿命；在观测孔泄压失效后能够及时封堵；同时，观测孔套管便于施工，结构稳固耐用，观测孔使用寿命长，保证采煤进度。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单
地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明具体实施方式中一次注浆后水文观测孔的结构示意图。
28.图2为本发明具体实施方式中二次注浆后水文观测孔的结构示意图。
29.图3为本发明具体实施方式中施工完成后水文观测孔的结构示意图。
30.图4为本发明具体实施方式中水文观测孔套管的结构示意图。
31.图中：1.一级套管，2.二级套管，3.三级套管，4.螺母，5.快速接头，6.高压截门，7.孔口底板,8.凝固剂，9.地质层，10.螺杆。
具体实施方式
32.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
33.如图1-3所示，一种水文观测孔施工工艺，包括由外向内依次嵌套安装一级套管1、二级套管2和三级套管3，包括以下步骤：
34.s1.在孔口底板7和地质层9中钻取第一管孔，将一级套管1的下部插入第一管孔中；
35.s2.一次注浆：向一级套管1中注入凝固剂8，凝固剂可采用水泥或混凝土，使凝固剂在一级套管1的底端反流至第一管孔与一级套管1外壁之间，待一次注浆的凝固剂凝固后，一级套管1被固定在地质层9中；
36.s3.在一级套管1管壁的顶部钻取两个一级溢流孔，第一一级溢流孔和第二一级溢流孔沿一级套管1的周向间隔180
°
设置，并在一级溢流孔中安装快速接头5，此时观测孔结构如图1所示；
37.s4.在一级套管1和地质层9中钻取第二管孔，将一级套管1中一次注浆时残留的凝固剂清除并继续向地质层9中钻取二级套管所需深度，将二级套管2插入第二管孔中，在二级套管2对应一级溢流孔的位置钻取二级溢流孔，第一二级溢流孔和第二二级溢流孔，第一二级溢流孔和第二二级溢流孔沿二级套管2的周向间隔180
°
设置；
38.s5.在一级溢流孔中插入封堵件，封堵件将二级溢流孔封堵，封堵件的直径小于一级溢流孔的孔径；
39.s6.二次注浆：向二级套管2中注入凝固剂，使凝固剂在二级套管2的底端反流至第二管孔和二级套管2外壁之间，注浆过程中凝固剂将第二管孔中的施工水从一级溢流孔中赶出，当凝固剂在一级溢流孔溢出时停止注入，停止注入凝固剂一定时间后，所注入的凝固剂发生沉降，上层产生少量析出水，此时向第一一级溢流孔中再次注入凝固剂，析出水从第二一级溢流孔中排出，当凝固剂从第二一级溢流孔溢出时停止注入，此时观测孔结构如图2所示；
40.s7.拆除封堵件，二次注浆凝固后，二级套管2被固定在地质层9中，拆除封堵件后在第一溢流孔和第二溢流孔之间形成溢流通道；
41.s8.在二级套管2和地质层9中钻取第三管孔，清除二级套管2内部在二次注浆后残
留的凝固剂，并向地质层9中钻取三级套管所需的深度，将三级套管3插入第三管孔中；
42.s9.三次注浆：向三级套管3中注入凝固剂，使凝固剂在三级套管3的底端反流至第三管孔和三级套管3外壁之间，注浆过程中凝固剂将第三管孔中的施工水从一级、二级溢流孔之间的溢流通道中赶出，当凝固剂在一级溢流孔溢出时停止注入，停止注入凝固剂一定时间后，凝固剂发生沉降，上层产生少量析出水，此时向第一一级溢流孔中再次注入凝固剂，凝固剂经溢流通道进入第三管孔，将析出水从第二一级溢流孔赶出，当凝固剂从第二一级溢流孔溢出时停止注入；
43.s10.在三级套管3和地质层9中钻取观测孔，在快速接头5上安装高压截门6，将一级溢流孔和二级溢流孔封堵，施工完成后的观测孔结构如图3所示。
44.其中，在二级套管的外壁上固定安装有螺母4，螺母4与第二溢流孔的位置对应；封堵件为螺杆10，螺杆10的螺纹与螺母4相配合。
45.当水文观测孔发生泄压后，可拆下高压截门，在一级溢流孔和二级溢流孔的位置钻孔，将三级套管的管壁穿透，向观测孔中注入凝固剂，将观测孔封堵。
46.基于以上施工工艺，本发明还提供一种水文观测孔套管，如图4所示，包括从内向外依次嵌套的一级套管1、二级套管2和三级套管3，一级套管1的内径大于二级套管2的外径，二级套管2的内径大于三级套管3的外径，一级套管1、二级套管2和三级套管3三者顶端分别设有法兰盘，三个法兰盘上下叠置并固定连接；一级套管1的外壁上端设有快速接头5，快速接头5连通至一级套管1的内部，快速接头5上安装有高压截门6；二级套管2的管壁对应快速接头5的位置设有第二溢流孔，第二溢流孔处设有螺母4。
47.其中，一级套管1长度为20m，二级套管2长度为60m，三级套管3长度为80m。
48.通过以上实施方式可以看出，本发明的有益效果在于：施工过程中，在外层套管上钻取溢流孔，注入凝固剂时通过溢流孔排出内部施工水，避免凝固剂被水稀释，避免内部积水腐蚀；同时便于观测注入状况，能够保证注浆完全，观测孔结构更加稳固；待水泥沉降后，通过溢流孔再次注浆，将上层沉降析水排出，提高内部水泥浓度，进一步提高观测孔结构的稳固性，提高观测孔的寿命；在观测孔泄压失效后能够及时封堵；同时，观测孔套管便于施工，结构稳固耐用，观测孔使用寿命长，保证采煤进度。
49.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。