新型簡易瓦斯壓力測定技術研究

賈軍萍許江濤張淦星

(1.山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局,山西省太原市,030045; 2.山西省煤炭工業廳綜合測試中心,山西省太原市,030045)

新型簡易瓦斯壓力測定技術研究

賈軍萍1,2許江濤1,2張淦星1,2

(1.山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局,山西省太原市,030045; 2.山西省煤炭工業廳綜合測試中心,山西省太原市,030045)

通過對比瓦斯壓力測定過程中各種封孔測壓技術的優缺點,結合煤礦的實際情況,提出一種新型簡易封孔測壓技術,選取巖石完整的測點,避開采動裂隙構造帶,利用水泥沙封前段孔,井下供水系統封堵后段孔及封堵裂隙,壓風系統實現主動測壓.該技術在申南凹煤礦現場進行測試,并與膠囊-壓力粘液封孔測壓進行對比,二者所測結果相同,但該封孔技術工藝簡單,工人可操作性強,可大大縮短測壓時間.

瓦斯壓力 封孔 主動測壓 瓦斯治理 注漿

隨著我國社會經濟的快速發展,對能源特別是煤炭的需求量不斷增加.礦井的開采強度越來越大,淺部煤體資源日益枯竭,深井開采的礦井越來越多.隨著開采深度的增加,煤層瓦斯壓力越來越大、瓦斯含量越來越高.瓦斯成為制約礦井安全、高效生產的瓶頸.

煤層瓦斯壓力是煤礦瓦斯治理工作的主要參考指標之一,煤與瓦斯突出鑒定、瓦斯涌出量預測、瓦斯地質圖、瓦斯專項設計等都是基于瓦斯壓力準確測定的基礎上進行的.因此,準確快速地測定煤層瓦斯壓力對及時合理制定瓦斯防治措施具有非常重要的意義.

1 煤層瓦斯壓力測定現狀

瓦斯壓力測定的研究已經有30多年,最初采用黃泥(粘土)封孔和聚氨酯封孔,這兩種封孔工藝簡單易行,設備少,成本低,但封孔長度短;后采用水泥砂漿封孔,這種技術也比較簡單,成本低,封孔長度長,但需要礦方有注漿泵,而且封堵裂隙效果有限;中國礦業大學周世寧院士提出膠囊-壓力粘液測壓封孔技術,這種技術密封效果好,其原理是固封液、液封氣,但膠囊成本高,鉆孔易出現塌孔,設備不易回收,造成資源浪費;楊勝強教授提出高壓注水泥漿封孔,該方法能有效封堵整個鉆孔的裂隙,但工藝復雜,需礦方購買高壓注漿泵,而且需要有專門的技術人員指導.

2 新型簡易封孔技術的提出

針對上述封孔工藝的不足,結合相關技術的優點,筆者提出一種簡易的封孔方法,實現固封液、液封氣、高壓封堵裂隙的主動測壓方法,能夠準確、快速測定煤層瓦斯壓力.簡易封孔技術的試驗操作如下:

(1)測壓點的選擇.測壓點選擇在巖石比較完整、地質構造單一的巖巷中進行,或在煤巷中打穿層孔,避開地質構造裂隙帶、巷道的泄壓圈及采動影響范圍,保證有足夠的封孔深度,選擇仰角測壓孔.

(2)鉆機鉆進.用孔徑75 mm的鉆頭按選好的地點、方位角及傾角鉆進,鉆機鉆進速度一定要慢,防止鉆孔偏離設計方位,直至鉆進煤層1.5～2 m時退出鉆桿.

圖1 新型簡易封孔工藝示意圖

(3)測壓管的安裝.用?15 mm管作為測壓管,每節1.5 m,在最前端采用1～2根篩孔管,并用紗網包起來,以防止鉆孔里的煤巖屑堵住測壓管,連接處用管箍鏈接,并纏生料帶以加強氣密性.

(4)水泥沙封前段孔.用水泥、沙子、速凝劑、清水按一定比例均勻混合,和成炮泥狀,用細桿推入到鉆孔里,并搗實,要求水泥沙搗實段不小于3 m,在搗實的過程中,多次改變測壓管的位置.

(5)高壓水封后段孔及封堵裂隙.等水泥沙凝固后,測壓管管口安裝1個三通,一邊接測壓管,一邊裝水壓力表,另一邊接閥門,煤礦井下的高壓水管與閥門連接,通過控制閥門,高壓水會通過測壓管前段的篩孔充滿整個鉆孔,待水充滿鉆孔后會自動加壓,高壓水會通過水管本身的壓力封堵鉆孔孔壁周圍的裂隙,壓力表控制在5～8 MPa,注水持續30 min以上關閉水管并放出測壓管內的水.

(6)待測壓氣室水放出后,卸下水壓力表,換成氣壓力表,閥門處接高壓風管往測壓氣室內注入高壓氣體,控制好閥門,等壓力表氣壓高于預計瓦斯壓力時關閉閥門,實現主動測壓.

3 應用實例

山西鄉寧焦煤集團申南凹焦煤有限公司(以下簡稱申南凹煤礦)位于鄉寧縣城東北約15 km,屬兼并重組整合礦井,礦井達到120萬t/a批準生產能力時,最大絕對瓦斯涌出量為16.79 m3/min,最大相對涌出量6.65 m3/t,雖然達不到高瓦斯標準,但瓦斯已經成為該礦安全生產的關鍵問題.為準確測定申南凹煤礦1＃煤層的瓦斯壓力,測壓點選在了20103工作面運輸巷道750 m處及850 m處,分別采用膠囊-壓力粘液封孔及新型封孔工藝封孔.兩種封孔工藝的壓力測定曲線如圖2所示.

圖2 瓦斯壓力測定曲線圖

由圖2可知,新型封孔工藝壓力平衡時間較傳統的膠囊—壓力粘液封孔平衡時間明顯縮短,最終得到相同的瓦斯壓力值,說明新型封孔工藝能有效封堵裂隙,實現固封液、液封氣、高壓封堵裂隙的主動測壓;采用新型簡易封孔技術壓力恢復階段,開始壓力升高,說明未卸壓區的瓦斯繼續向測壓氣室滲流,即壓力衰減;當壓力大于一定值時,壓力開始通過煤體向已經泄壓區域運移,即壓力恢復;等壓力恢復到接近煤體原始瓦斯壓力時,壓力基本保持不變,即壓力平衡.

4 瓦斯壓力測定過程中需注意的安全問題

(1)在送入鉆孔測壓管時,既要保證管路連接正常,又要注意安全,待管路全部送入鉆孔后,用鋼絲固定,防止測壓管沿鉆孔掉下傷人、損壞設備.

(2)測定瓦斯壓力時,所選瓦斯壓力表的量程應大于煤層預估計瓦斯壓力,預估瓦斯壓力值應占到壓力表量程的60%左右.

(3)封孔結束后,封孔處懸掛警示牌,整個封孔及測壓過程中工作人員必須站在孔口前方的側面,嚴禁人員正對孔口,防止封孔段及測壓管噴出.

(4)瓦斯測壓結束后,打開三通上的閥門泄壓,瓦斯泄壓過程要緩慢,要求瓦檢員在場,應注意檢查瓦斯濃度,防止引起巷道瓦斯超限.

5 結論

(1)新型簡易封孔技術工藝簡單,利用水泥沙封前段孔,利用高壓水封后段孔及封堵裂隙,利用壓風系統主動測壓,最終實現固封液、液封氣、高壓封堵裂隙的主動測壓.

(2)通過新型簡易封孔技術在申南凹煤礦現場試驗,并與膠囊—壓力粘液封孔技術對比,得出新型簡易封孔技術工藝簡單,工人可操作性強,縮短了測壓時間.

(3)新型簡易封孔技術壓力恢復隨時間的推移分為3個階段,壓力升高階段,即壓力衰減;壓力降低階段,即壓力恢復;壓力平穩階段,即壓力平衡.

(4)在瓦斯壓力測定前,制定作業規程,做好相應的安全防范措施,確保測壓工作順利進行.

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(責任編輯 張艷華)

Research on new simple technique for measuring gas pressure

Jia Junping1,2,Xu Jiangtao1,2,Zhang Ganxing1,2
(1.Coal Resources Geology Bureau,Department of Shanxi Coal Industry,Taiyuan,Shanxi 030045,China; 2.General Test Center,Department of Shanxi Coal Industry,Taiyuan,Shanxi 030045,China)

By comparing the advantages and disadvantages of different borehole-sealing pressure measuring techniques during gas pressure measurement,this paper proposed a new technique,choosing complete rock measure point and keeping away from mining-induced fracture zone,that utilized cemented sand for sealing front hole,underground water supply system for sealing back end hole and fractures,and ventilation system for realizing active pressure measurement.This new technique was applied in situ test at Shennanao Mine,and compared with capsule-pressure grout sealing technique.The measurement outcomes of these two techniques were all the same,which verified that this new technique could be handled easily and reduce measuring time dramatically.

gas pressure,sealing hole,active pressure measurement,gas treatment,grouting

TD712.5

A

賈軍萍(1964-),女,山西運城人,高級工程師,現在山西省煤炭工業廳綜合測試中心從事技術管理工作。