關于MⅡ型瓦斯壓力測定儀煤層測壓的應用研究

安 安鄭 凱曹韶龍胡 鵬楊春雷

(1.鄭州市煤炭管理局,河南省鄭州市,450015; 2.鄭州榮安礦業開采技術咨詢有限公司,河南省鄭州市,450000)

關于MⅡ型瓦斯壓力測定儀煤層測壓的應用研究

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(1.鄭州市煤炭管理局,河南省鄭州市,450015; 2.鄭州榮安礦業開采技術咨詢有限公司,河南省鄭州市,450000)

為進一步改進膠囊封孔在實際測壓中的應用效果,利用MⅡ型瓦斯壓力測定儀技術在金星煤礦對將要揭露的石門周圍進行原始壓力測定,與水泥砂漿封孔測壓進行了對比,對測定結果進行了總結分析,并對MⅡ型瓦斯壓力測定儀進行了優化建議。

MⅡ型瓦斯壓力測定儀 膠囊封孔 水泥砂漿封孔 優化建議

煤層原始瓦斯壓力是瓦斯涌出和突出的動力,對煤與瓦斯突出預測預報以及煤層抽采具有重要意義。目前國內煤礦大都采取粘土、水泥砂漿等固體物封孔測壓,傳統的水泥砂漿封孔工藝由于鉆孔在施工過程中巖石不穩定,施工結束后鉆孔的孔壁上會產生大量的裂隙,尤其是在巖石破碎帶施工,在水泥砂漿與這些裂隙接觸時,其有限的滲透性阻礙了水泥砂漿與裂隙的結合,在封水平和近水平的鉆孔時,由于重力作用,封孔效果不佳,測出的瓦斯壓力值低于煤層真實的瓦斯壓力,導致錯誤的技術判斷,造成事故隱患。因此需要一種新的封孔工藝解決以上傳統封孔方法遇到的問題,對此,研制了MⅡ型瓦斯壓力測定儀,但是在應用中還存在一些問題,有進一步改進的空間。

1 MⅡ型瓦斯壓力測定儀介紹

由中國礦業大學礦井瓦斯研究所研制的MⅡ型瓦斯壓力測定儀(以下簡稱測定儀)采用膠囊—壓力粘液封孔測定煤層瓦斯壓力技術,利用2個膠囊封孔作為封閉高壓液體的密封端,在2個膠囊之間注入具有一定黏度的黏液,并始終保持黏液的壓力略高于鉆孔內部測壓室的瓦斯壓力。黏液在壓力作用下滲入鉆孔周邊裂隙,杜絕了瓦斯的泄漏,從而使測出的瓦斯壓力值更接近真實的瓦斯壓力,且可以重復利用,MⅡ型瓦斯壓力測定儀結構如圖1所示。

該測定儀采用手動乳化液泵將乳化液壓入膠囊之間,使膠囊膨脹,加強密封效果;封孔介質采用水、乳化液和液壓油,介質獲取方便;測定儀采用手動施壓,增設蓄能器儲能、出口單向閥加高壓截止閥,起到雙重保壓作用。該設備結構緊湊,重量輕,維修方便。測定儀的主要技術參數:最大測定壓力6 MPa,出口流量50 ml(每循環量),水箱容量≥20 L,加壓泵壓力≥6 MPa,壓力表量程0～10 MPa,壓力表精度1.5級,膠囊壓力0～12 MPa,配有1根直徑6 mm和1根直徑8 mm的瓦斯管。

圖1 MⅡ型瓦斯壓力測定儀

相對于傳統封孔工藝而言,測定儀使用簡單、方便易操作,可拆卸重復利用;能有效控制測壓室的大小,迅速恢復到煤層原始壓力平衡點;在充填鉆孔周邊裂縫時,黏液相對于水泥砂漿滲透性更強。

2 測壓區域概況

金星煤礦測壓區域位于南一采區上山東翼下部的＋50 m抽放巷,測壓區域無采掘作業活動,有獨立通風系統。該區域預揭露二1煤層估計厚度15 m,傾角30°。直接頂以砂質泥巖、泥巖為主,厚度一般1～5 m;老頂為中、細粒砂巖,厚度一般大于4 m;直接底板巖性為泥巖、砂質泥巖及細粒砂巖或中粒砂巖,厚度0.7～7.5 m。

3 測壓點布孔和鉆孔參數

依據現場具體情況,按照《防治煤與瓦斯防突規定》的要求,＋50 m抽放巷在揭煤點共施工5個測壓鉆孔,測壓鉆孔布置在揭煤點上部20 m,下部10 m以及中部需要預抽消突的范圍,如圖2 (b)所示,鉆場平面布置如圖2(a)所示。現場共施工6個鉆場,每個鉆場4個鉆孔。

圖2 鉆孔布置圖

1＃鉆場2號孔和3＃鉆場1號孔利用膠囊封孔, 1＃鉆場3號孔和3＃鉆場西10 m鉆孔利用傳統水泥砂漿封孔,各鉆孔參數如表1所示。鉆孔嚴格按照設計施工,采用兩種封孔工藝分別封孔,接上壓力表測定煤層原始瓦斯壓力,并對結果進行分析。

表1 測壓鉆孔參數

4 瓦斯壓力測定情況

4個鉆孔的瓦斯壓力曲線如圖3所示。由圖3可知:

(1)兩種封孔工藝瓦斯壓力上升速度不一樣。1＃鉆場2號孔在第4天基本達到最大值0.92 MPa,壓力上升速度快;1＃鉆場3號孔在第8天達到最大值1.1 MPa,壓力上升較慢。

(2)兩種封孔工藝壓力變化趨勢有所不同。1＃鉆場2號孔瓦斯壓力穩定時間短,且5 d后下降明顯;1＃鉆場3號孔瓦斯壓力持續穩定時間長,且幾乎沒有任何下降。

(3)3＃鉆場1號孔可以直接判定測壓失敗,壓力最高0.18 MPa;3＃鉆場西10 m鉆孔壓力持續上升,且持續時間長,壓力40 d后基本穩定,壓力值1.18 MPa。

5 MⅡ型瓦斯壓力測定儀壓力測定總結分析

(1)膠囊封孔壓力升高快主要是封孔器能有效控制測壓室的大小,使煤層原始瓦斯壓力恢復到平衡點,且充填鉆孔周邊裂縫時,黏液相對于水泥砂漿滲透性更強。

(2)針對膠囊封孔壓力穩定性差的問題,由于注液泵壓力下降,現場需要人工補壓較為麻煩,且不能保證瓦斯壓力的持續穩定。

(3)針對膠囊封孔瓦斯壓力下降問題,通過現場檢查,膠囊封孔器有漏液現象,黏液管與第二膠囊鏈接處易漏液,主要原因是連接處密封圈擠壓失效;另外由于注液管部分折損破裂導致膠囊漏液。

(4)針對測定儀測壓失敗的情況,由于膠囊封孔器在鉆孔孔徑＜80 mm的條件下使用,鄭州地區二1煤層屬于三軟煤層,孔壁易出現塌孔等不利于封孔的因素,所以測定儀出現了如圖3(c)所示測壓失敗的現象。

圖3 鉆孔壓力曲線圖

6 MⅡ型瓦斯壓力測定儀優化建議

通過現場應用測定儀,以及與傳統水泥砂漿封孔技術的對比分析,壓力測定儀需要改進地方主要有以下幾點:

(1)針對測定儀封孔器漏液的問題,通過增加管路與膠囊連接處密封圈數量,提高密封性;在封孔前進行漏液實驗;將注液管路材質更換為韌性、強度高于目前注液管路的材質。

(2)針對注液泵壓力下降問題,可將補壓裝置改進為自動式補壓裝置,當壓力小于設定壓力以下時,采用電子壓力表以及自動加壓(泵)裝置維持注液泵壓力。

(3)針對測壓鉆孔容易塌孔的難題,先注水泥砂漿充填鉆孔塌陷段以及裂隙,然后二次透孔,再利用測定儀封孔測壓。

通過改進測定儀能進一步提高測壓的準確性,對準確測定煤層原始瓦斯壓力具有重要意義。

[1] 李飛,林柏泉,肖洋.粘液在煤巖體裂隙中滲流規律的數值模擬研究[J].中國煤炭,2011(9)

[2] 高明松.聚氨酯－水泥砂漿分段帶壓注漿測壓技術[J].能源技術與管理,2011(1)

[3] 公衍偉,解慶雪,鄧素華.帶壓注漿封孔工藝在測定煤層瓦斯壓力中的應用[J].煤礦開采,2013(2)

[4] 國家安全生產監督管理總局,國家煤礦安全監察局.防治煤與瓦斯突出規定[M].北京:煤炭工業出版社,2009

[5] 曹韶龍,安安等.鄭州地區“三軟”煤層提高開采層瓦斯抽采量方法分析[J].中州煤炭,2012(12)

(責任編輯 張艷華)

Research and application of MⅡ-type measuring instrument for gas pressure measurement in coal seam

An An1,Zheng Kai2,Cao Shaolong1,Hu Peng1,Yang Chunlei1
(1．Zhengzhou Coal Authority,Zhengzhou,Henan 450015,China; 2．Zhengzhou Rongan Mining Technology Consulting Co．,Ltd．,Zhengzhou,Henan 450000,China)

In order to improve the capsule-sealing effect during the pressure measurement, MⅡ-type gas pressure measuring instrument was used to determine the initial gas pressure around the cross-cut before opening the seam．The measurement result obtained by capsule-sealing was compared with that by grouting mortar sealing．Based on the analysis of the measurement results,some advice were proposed for the improvement of MⅡ-type gas pressure measuring instrument．

MⅡ-type gas pressure measuring instrument,capsule-sealing,borehole sealing by grouting mortar,advices on optimization

TD712.55

A

安安(1984－),男,河南臨潁人,碩士,助理工程師,碩士,從事煤礦瓦斯治理技術及瓦斯地質方面的研究。