(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210933003.5 (22)申请日 2022.08.04 (71)申请人 宿州学院 地址 234000 安徽省 宿州市埇桥区教育园 区 申请人 安徽恒源煤电股份有限公司 (72)发明人 胡洋　桂和荣　童世杰　张宏忠　 王道坤　 (74)专利代理 机构 合肥市浩智运专利代理事务 所(普通合伙) 34124 专利代理师 郑浩 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) E21B 47/06(2012.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 一种煤矿地面顺层探查孔孔内压力分布计 算方法与系统 (57)摘要 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。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 115238516 A 2022.10.25 CN 115238516 A 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 ri与流量qi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Qi与径向流量qi及下一个微元段主流方向 上的流量Qi+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ri与 流量qi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Qi与径向流量qi及下一个 微元段主流 方向上的流量Qi+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， Ls为二开段弧长， Re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 ri与流量qi的关系式如下： 其中， φ为地层的孔隙度， ri为第i微元段对应的截面扩散半径， pc为顺层裸孔段处的静 水压力， pi为第i微元段中心点处压力， qi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S2 2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：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115238516 A 2其中，△x为微元段圆柱体的厚度， Pi1为第i微元段轴向主流方向上游压力， Pi2第i微元 段轴向主流方向下游压力， f为摩擦系数， Qi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； Re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Qi与径向流量qi及下一个微元段主流方 向上的流 量Qi+1之间的关系式如下： Qi‑qi＝Qi+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pi， 求解出对应 的径向流量qi， 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： Pi1‑ Pi2， 同时采用第i微元段中心点压力Pi与第i微元段轴向主流 方向上游压力Pi1、 第i微元段轴 向主流方向下游压力 Pi2的关系， 即： Pi1‑0.5(Pi1‑Pi2)， 来验证所求的pi与假设的pi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 ri与流量qi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Qi与径向流量qi及下一 个微元段主流方向上的流 量Qi+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ri与流量qi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Qi与径向流量qi及下一个微元段主流方向上的 流量Qi+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， Ls为二开段弧长， Re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，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115238516 A 3