一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算方法与系统与流程

技术特征：
1.一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、计算二开段与三开段接触面的着陆点的压力；s2、以着陆点的压力为初始压力，得到三开段不同位置处对应压力的理论表达式，其方法如下：s21、计算得到第i微元段对应的截面扩散半径r
i
与流量q
i
的关系式；s22、计算得到第i微元段内的压降；s23、计算得到第i段轴向主流方向上的流量q
i
与径向流量q
i
及下一个微元段主流方向上的流量q
i 1
之间的关系式；s24、将步骤s1中的着陆点的压力以及步骤s21中的第i微元段对应的截面扩散半径r
i
与流量q
i
的关系式分别代入第i微元段内的压降计算公式以及第i微元段轴向主流方向上的流量q
i
与径向流量q
i
及下一个微元段主流方向上的流量q
i 1
之间的关系式，得到三开段不同位置处对应压力的表达式；s25、对步骤s24中得到的理论表达式进行迭代求解。2.根据权利要求1所述的一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算方法，其特征在于，步骤s1中的着陆点的压力的计算公式如下：其中，l
s
为二开段弧长，r
e
为雷诺数，p1为地面压水泵的泵压，ρ为压水试验注浆的密度，h1为顺层段至地面距离，h2为二开段高度，u1、u2、u3分别为一开段、二开段、三开段内的流速，d为管道的直径，α1为一开与二开接触面处的局部压力损失系数，α2为为二开与三开接触面处的局部压力损失系数。3.根据权利要求2所述的一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算方法，其特征在于，步骤s21中的第i微元段对应的截面扩散半径r
i
与流量q
i
的关系式如下：其中，φ为地层的孔隙度，r
i
为第i微元段对应的截面扩散半径，p
c
为顺层裸孔段处的静水压力，p
i
为第i微元段中心点处压力，q
i
为第i微元段的径向流量，r0为三开段裸孔的半径，μ为水的动力粘度系数，k为地层渗透率，
△
x为微元段圆柱体的厚度。4.根据权利要求3所述的一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算方法，其特征在于，步骤s22中的第i微元段内的压降的计算公式如下：所述的摩擦系数在层流与紊流段，对应的计算公式如下：
其中，
△
x为微元段圆柱体的厚度，p
i1
为第i微元段轴向主流方向上游压力，p
i2
第i微元段轴向主流方向下游压力，f为摩擦系数，q
i
为第i微元段轴向主流方向上的流量，d为三开段裸孔的直径；r
e
为雷诺数，d为三开段裸孔的直径，e为自然常数。5.根据权利要求4所述的一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算方法，其特征在于，步骤s23中的第i微元段轴向主流方向上的流量q
i
与径向流量q
i
及下一个微元段主流方向上的流量q
i 1
之间的关系式如下：q
i-q
i
＝q
i 1
,(i＝1,2
…
n)。6.根据权利要求5所述的一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算方法，其特征在于，步骤s25所述的迭代求解的方法具体为：假设第i微元段中心点处压力为p
i
，求解出对应的径向流量q
i
，并将其代入代入第i微元段内的压降计算公式中，求出对应压降值，即：p
i1-p
i2
，同时采用第i微元段中心点压力p
i
与第i微元段轴向主流方向上游压力p
i1
、第i微元段轴向主流方向下游压力p
i2
的关系，即：p
i1-0.5(p
i1-p
i2
)，来验证所求的p
i
与假设的p
i
是否在预设误差范围之内。7.一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算系统，其特征在于，包括：着陆点的压力计算模块，三开段不同位置处对应压力的理论表达式计算模块；所述的着陆点的压力计算模块用于计算二开段与三开段接触面的着陆点的压力；所述的三开段不同位置处对应压力的理论表达式计算模块用于以着陆点的压力为初始压力，得到三开段不同位置处对应压力的理论表达式；所述的三开段不同位置处对应压力的理论表达式计算模块，包括：第一子模块、第二子模块、第三子模块、第四子模块、第五子模块；所述的第一子模块用于计算得到第i微元段对应的截面扩散半径r
i
与流量q
i
的关系式；所述的第二子模块用于计算得到第i微元段内的压降；所述的第三子模块用于计算得到第i段轴向主流方向上的流量q
i
与径向流量q
i
及下一个微元段主流方向上的流量q
i 1
之间的关系式；所述的第四子模块用于将着陆点的压力计算模块中的着陆点的压力以及第一子模块中的第i微元段对应的截面扩散半径r
i
与流量q
i
的关系式分别代入第i微元段内的压降计算公式以及第i微元段轴向主流方向上的流量q
i
与径向流量q
i
及下一个微元段主流方向上的流量q
i 1
之间的关系式，得到三开段不同位置处对应压力的理论表达式；所述的第五子模块用于对第四子模块中得到的理论表达式进行迭代求解。8.根据权利要求7所述的一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算系统，其特征在于，着陆点的压力计算模块中的着陆点的压力的计算公式如下：其中，l
s
为二开段弧长，r
e
为雷诺数，p1为地面压水泵的泵压，ρ为压水试验注浆的密度，h1为顺层段至地面距离，h2为二开段高度，u1、u2、u3分别为一开段、二开段、三开段内的流速，
d为管道的直径，α1为一开与二开接触面处的局部压力损失系数，α2为为二开与三开接触面处的局部压力损失系数。9.根据权利要求2所述的一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算系统，其特征在于，第一子模块中的第i微元段对应的截面扩散半径r
i
与流量q
i
的关系式如下：其中，φ为地层的孔隙度，r
i
为第i微元段对应的截面扩散半径，p
c
为顺层裸孔段处的静水压力，p
i
为第i微元段中心点处压力，q
i
为第i微元段的径向流量，r0为三开段裸孔的半径，μ为水的动力粘度系数，k为地层渗透率，
△
x为微元段圆柱体的厚度；第二子模块中的第i微元段内的压降的计算公式如下：所述的摩擦系数在层流与紊流段，对应的计算公式如下：其中，
△
x为微元段圆柱体的厚度，p
i1
为第i微元段轴向主流方向上游压力，p
i2
第i微元段轴向主流方向下游压力，f为摩擦系数，q
i
为第i微元段轴向主流方向上的流量，d为三开段裸孔的直径；r
e
为雷诺数，d为三开段裸孔的直径，e为自然常数；第三子模块中的第i微元段轴向主流方向上的流量q
i
与径向流量q
i
及下一个微元段主流方向上的流量q
i 1
之间的关系式如下：q
i-q
i
＝q
i 1
,(i＝1,2
…
n)。10.根据权利要求9所述的一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算系统，其特征在于，第五子模块中的迭代求解的方法具体为：假设第i微元段中心点处压力为p
i
，求解出对应的径向流量q
i
，并将其代入代入第i微元段内的压降计算公式中，求出对应压降值，即：p
i1-p
i2
，同时采用第i微元段中心点压力p
i
与第i微元段轴向主流方向上游压力p
i1
、第i微元段轴向主流方向下游压力p
i2
的关系，即：p
i1-0.5(p
i1-p
i2
)，来验证所求的p
i
与假设的p
i
是否在预设误差范围之内。

技术总结
一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计算方法与系统，属于煤矿构造探查与防治水技术领域，解决如何计算顺层探查孔孔内压力，从而准确判定地质构造体是否存在异常的问题；本发明的技术方案首先计算着陆点的压力，再将着陆点的压力作为起始压力，在充分考虑水在三开裸孔段内流动与地层内渗透扩散的基础上，构建力学分析模型，从而得到三开段不同位置处对应压力求解方程组，并设计了求解该方程组的迭代计算程序，用于求解不同三开位置处的压力值；本发明的技术方案能够准确地计算出顺层探查孔孔内压力，解决了常规钻孔压水试验压力表位于地表，难以准确反映孔内受注段实际压力的问题，为判定地质构造体是否存在异常提供了强有力的判断依据。力的判断依据。


技术研发人员：胡洋 桂和荣 童世杰 张宏忠 王道坤
受保护的技术使用者：安徽恒源煤电股份有限公司
技术研发日：2022.08.04
技术公布日：2022/10/25