一种中、低渗透性地层流体高效开采装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种中、低渗透性地层流体高效开采装置。


背景技术：

2.伴随着社会的不断发展与进步，数量更多的高层建筑综合体也随之出现。为了保证其足够的安全或满足其使用功能，需要开挖越来越深的基坑。这对于地下水位比较高的某些施工场地，基坑降水工程就会占用大量的时间，不仅影响工程的顺利进行，还会增加工程费用。同时，随着大规模开发地下空间时代的到来，地下交通网的建设速度加快，而在这一过程中所面临的一系列降水工程，其难度也越来越大。在这样的背景下，如何迅速、有效的把地下水位降到满足施工要求的水位以下，成了一项关键性技术难题。虽然，在实际工程中，一些成熟的降水技术如表面排水法、垂直井点降水已经得到了广泛的应用，但这已经逐渐不能满足工程的需要，特别是针对中、低渗透性地层基坑与地下深埋工程开挖亟须一种更为高效的降水技术出现。


技术实现要素：

3.本实用新型目的在于提供一种中、低渗透性地层流体高效开采装置，其有效解决中、低渗透性地层取水难、成本高、降水效率低的工程难题。
4.为了达成上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
5.一种中、低渗透性地层流体高效开采装置，包括工作竖井、水平井群和管路系统，该水平井群与该工作竖井之间通过管路系统连通；
6.所述水平井群包括两个水平井组，各水平井组包括若干个水平井；
7.所述管路系统包括一端插入水平井的取水管、各取水管的另一端均与集水管连通，在该集水管上安装有与各水平井组一一对应的水平井组控制阀，在两个水平井组控制阀之间的集水管上安装汇流三通，该汇流三通的出口与汇流管的一端连接，该汇流管的另一端连接分流三通的进口，该分流三通的一出口通过汇水管路与该工作竖井的汇水侧管的上端连通，该汇水侧管的下端与该工作竖井的井壁管相通，该汇水管路上安装汇水控制阀；该分流三通的另一出口通过主管路与所述工作竖井的井壁管中插设的泵管连通，该泵管的下端连接潜水泵，该主管路包括射流泵负压控制阀、射流泵、射流泵控制阀和主三通，该射流泵负压控制阀与射流泵的进水口之间通过第一柔性管连接，该射流泵的吸水口与射流泵控制阀之间通过第二柔性管连接，该射流泵控制阀与所述泵管之间通过主管连接，该主管安装所述主三通，该主三通的一出口连接排水管路；该射流泵的排水口连接回水管路，该回水管路上安装回水弯头、回水控制三通和回水阀，该回水控制三通的一出口连接排水管路，该排水管路上安装射流泵排水控制阀，该回水管路和与工作竖井中插设的回水侧管连接；该回水侧管与该工作竖井的井壁管连通。
8.所述水平井包括井壁管、滤水管和管堵，该滤水管的末端安装管堵，该滤水管的起始段呈向上折弯的弧形状并与井壁管的下端连接，该井壁管呈倾斜状，该井壁管的上端伸
至地面。
9.该滤水管的起始段的曲率半径为1200
‑
1500d,d为滤水管管径。
10.所述水平井的滤水管管壁分布有若干用于防砂、透水的导流孔隙，导流孔隙为横条缝或竖条缝，条缝宽度为应用地层颗粒粒径中值的1/2
‑
2/3。
11.所述工作竖井包括自下而上由沉淀管、滤水管、井壁管依次对接组成的井管，井管四周填充砾料，砾料的上方设置黏土球封闭止水。
12.本实用新型的有益效果：
13.(1)以水平井群、射流虹吸装置汇水于工作竖井取水，水平井可以长距离铺设滤水管，可以扩大降水面积、增加降水流量，提高降水效率。由水平井将地层中的水通过射流泵以虹吸
‑
负压联合叠加的工法抽吸汇集于工作竖井内被抽出，抽取工作竖井内的水时，侧管与工作竖井以连通器形式与水平井连通，通过工作竖井抽水形成工作竖井与水平群井之间的水位差，产生水力坡度，迫使侧管产生负压和虹吸作用，增大水平井管周围地层渗流速度。水平井群与工作竖井通过阀门与射流泵调控、管路连接等联合调控的降水工艺，由于负压
‑
虹吸叠加联合的工艺抽取地下水并汇集于工作竖井内再抽出，与传统的竖井降水相比可以大范围的降低地下水位、增大数十倍乃至数百倍的汇水面积、提高降水效率。本实用新型可广泛用于西北黄土地层水位埋深浅、渗透性差用常规成井开采地下水困难的低渗透地层实现大流量取水用于灌溉或饮用水源；用于城市大型地下工程施工降水，用于对中、低渗透性地层大水量取水、沿海地下咸水合理开发利用。
14.(2)本实用新型可以通过水平井群向地层内回灌注水，有效增加地层入渗面积、增大注入量，可广泛用于调节地下水水位，解决因地下水超采引起的地面沉降、地裂缝等灾害问题。
15.(3)本实用新型结构简单，降水效率高，运行稳定。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型的实施例，下面将结合附图对本实施例进行描述。
17.图1为本实用新型的结构示意图
18.图2为本实用新型的水平井的结构示意图
具体实施方式
19.以下仅以实施例说明本实用新型可能的实施态样，然并非用以限制本实用新型所欲保护的范畴，合先叙明。
20.如图1所示，一种中、低渗透性地层流体高效开采装置，包括工作竖井1、水平井群和管路系统，该工作竖井为竖井，该水平井群与该工作竖井1之间通过管路系统连通；
21.所述水平井群包括两个水平井组，各水平井组包括若干个水平井13；
22.所述管路系统包括一端插入水平井的取水管24、各取水管24的另一端均通过三通与集水管18连通，在该集水管的两端安装端堵16，在该集水管18上安装有与各水平井组一一对应的水平井组控制阀15，在两个水平井组控制阀15之间的集水管上安装汇流三通14，该汇流三通14的出口与汇流管18a的一端连接，该汇流管18a的另一端连接分流三通14a的进口，该分流三通14a的一出口通过汇水管路与该工作竖井的汇水侧管4的上端连通，弯头
该汇水侧管4的下端与该工作竖井的井壁管相通，该汇水管路上安装汇水控制阀17；
23.该分流三通14a的另一出口通过主管路与所述工作竖井的井壁管中插设的泵管3连通，该泵管3的下端连接潜水泵2，该主管路包括射流泵负压控制阀11、射流泵12、射流泵控制阀8和主三通6，该射流泵负压控制阀11与射流泵12的进水口之间通过第一柔性管10连接，该射流泵12的吸水口与射流泵控制阀8之间通过第二柔性管10a连接，该射流泵控制阀与所述泵管之间通过主管连接，该主管安装所述主三通6，该主三通6的一出口连接排水管路9，该排水管路上设有排水控制阀7；
24.该射流泵12的排水口连接回水管路，该回水管路上安装回水弯头5、回水控制三通22和回水阀21，在该回水控制三通的一出口连接排水管路，该排水管路上安装射流泵排水控制阀23，该回水管路和与工作竖井中插设的回水侧管4a连接；该回水侧管与该工作竖井1的井壁管连通。
25.如图2所示，所述水平井13包括井壁管131、滤水管132和管堵133，该滤水管的末端安装管堵，该滤水管的起始段32a呈向上折弯的弧形状并与井壁管的下端连接，该井壁管呈倾斜状，该井壁管的上端伸至地面。
26.该滤水管的起始段的曲率半径r1为1200
‑
1500d,(d：滤水管管径，金属管取大值、pvc塑料材质取小值)，该水平井的水平段埋深h为所应用地层的中下部，井壁管的入土端造斜点深度h1、h2及所述井壁管长度l1采用经验公式：
27.计算，入土角α取12
°‑
15
°
(金属管取小值、pvc塑料材质取
28.大值)
29.所述水平井的滤水管管壁分布有若干用于防砂、透水的导流孔隙，导流孔隙为横条缝或竖条缝，条缝宽度为应用地层颗粒粒径中值的1/2
‑
2/3。
30.所述工作竖井包括自下而上由沉淀管、滤水管、井壁管依次对接组成的井管，井管四周填充砾料，砾料的上方设置黏土球封闭止水。
31.本实用新型的工作原理：(1)可实现射流—虹吸负压叠加降水工法：降水系统运行时，首先打开排水控制阀7、射流泵控制阀8、射流泵负压控制阀11，关闭汇水控制阀17；之后启动潜水泵2，调整排水控制阀7控制排水流量(使射流泵产生射流，同时观察第一柔性管10若有气、水两相流同时进入射流泵为正常)，此时水流经射流泵控制阀8、第一柔性管10，进入射流泵12，水流由射流泵内的喷嘴喷射、喉管及扩散管内高速流动产生的动能与压力能的转换产生负压，在负压抽吸作用下将水平井13内的水经集水管、三通、第一柔性管吸入射流泵内，并经回水管路弯头5、回水控制三通22、回水阀21(射流泵排水控制阀门23在关闭状态)、回水管、侧管4(附图中工作竖井右侧)回流于工作竖井内，或打开射流泵排水控制阀门23、关闭回水阀门21直接排出。当水平井13(通过控制水平井组控制阀15可分别抽取不同区域水平井组的水)内的水被抽取出来至稳定流态时，打开汇水控制阀17并运转数分钟，随后立即将射流泵负压控制阀11、射流泵控制阀8关闭，同时完全打开排水控制阀7，即可形成水平群井的水由负压虹吸叠加抽取的水流汇水于工作竖井1内，由变频控制器调控潜水电泵2(控制工作竖井与水平井内水位差与降深在合理范围内)流量，经泵管3、排水控制阀7排出，
形成水平井虹吸汇水于工作竖井的负压虹吸叠加联合法抽取地下水实施降水的运行状态。
32.(2)反向注水—真空虹吸叠加降水法：降水系统运行时，首先打开排水控制阀7、射流泵控制阀8、射流泵负压控制阀11，同时关闭汇水控制阀17、回水阀21；之后开启潜水泵2，抽取工作竖井内的水经射流泵、柔性管1、集水管、三通、取水管反向注入水平井群，用于提高水平井群内的水位，同时降低工作竖井内的水位，人为形成水平井群与工作竖井之间的水位差以产生水力坡度，运行一段时间后(保证一定的水位压降)，随后开启汇水控制阀17并持续运行一定时间(通常10分钟左右，以降水地层渗透性、降水范围等控制运行时间)，水平井群内的水被真空抽吸出来经汇水侧管4汇入工作竖井1内，形成真空、虹吸叠加降水循环，系统运行稳定后，关闭射流泵控制阀8、射流泵负压控制阀11，同时完全打开汇水控制阀7排水，使得水平井内的水由真空虹吸叠加抽取出来经汇水侧管4汇入到工作竖井1内再由潜水泵2抽出，通过变频器调控潜水泵2(控制工作竖井与水平井内的水位差与降深在合理范围内)流量，经泵管3、排水控制阀7排出，形成水平群井汇水于工作竖井的负压虹吸叠加联合连续、稳定抽取地层地下水的降水目的。
33.以水平群井通过虹吸系统汇水于工作竖井，并通过降低工作竖井的水位形成工作竖井与降水水平井之间的水力坡度，迫使降水区域内的地下水在水头差作用下通过土体孔隙渗流后流入到水平井内，并引流至工作竖井，再通过潜水电泵在工作竖井中实施抽水保持工作竖井与降水水平井之间连续、稳定的工作水头差，达到连续有效的降水目的；可解决中、低渗透性地层取水难、成本高、降水效率低的工程难题。
34.通过若干水平井实施降水与常规竖井工法相比，其优点是在以水平井为半径的降水区域范围内，水位下降较快，且很快接近水平井滤水管，水面线较为平缓，可避免因降水引起的地面不均匀沉降问题；水平井降水产生的降落漏斗范围较大，可以大范围的降低地下水位，降水效率较高；以上优势可广泛用于西北黄土地层水位埋深浅、渗透性差用常规成井开采地下水困难的低渗透地层实现大流量取水用于灌溉或饮用水源；用于城市大型地下工程施工降水，起到事半功倍的效果。