探析煤層瓦斯壓力測(cè)定方案設(shè)計(jì)

張海軍

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西陽(yáng)泉 045000）

0 引言

煤層的瓦斯壓力是礦井瓦斯基本參數(shù)之一，它對(duì)于確定煤層瓦斯含量，進(jìn)行礦井瓦斯涌出治理，瓦斯抽放以及煤與瓦斯突出的防治等工作均具有十分重要的意義[1]。能否準(zhǔn)確測(cè)試煤層瓦斯壓力取決于封孔質(zhì)量的優(yōu)劣，目前煤層壓力測(cè)試封孔主要有聚氨酯封孔，粘土-木塞封孔，套管-水泥封孔，本次作者在原套管-水泥封孔工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)封孔套管及法蘭盤(pán)進(jìn)行改造加工。

1 瓦斯壓力測(cè)定方案的選擇

聚氨酯、黏土-木塞封孔在操作過(guò)程中由于聚氨酯、粘土送不到位容易形成孔內(nèi)空腔和空隙，造成測(cè)壓失敗[2]。套管-水泥封孔對(duì)鉆孔的封堵較前者封孔更為嚴(yán)密，但是在測(cè)試區(qū)域巖層內(nèi)存在裂隙的情況下，不使用高壓注漿對(duì)巖層內(nèi)裂隙進(jìn)行填充同樣不能保證測(cè)壓成功。

本文作者采用穿層鉆孔測(cè)試煤層壓力，測(cè)壓鉆孔孔口必須封孔嚴(yán)密，試驗(yàn)鉆孔周邊的巖體裂隙也需高壓注實(shí)，使用傳統(tǒng)的鉆孔封孔工藝無(wú)法滿足高壓注漿填注巷道圍巖圈裂隙的要求，該申報(bào)成果通過(guò)對(duì)套管-水泥封孔工藝的改進(jìn)，解決鉆孔高壓注漿封孔的需求，對(duì)鉆孔周邊巖體裂隙也進(jìn)行有效填充。并且通過(guò)對(duì)封孔管和法蘭盤(pán)的改造，保證高壓注漿封孔過(guò)程中的安全性，有效杜絕封孔套管高壓注漿過(guò)程中因承受不住高壓而沖出傷人[3]。

2 瓦斯壓力測(cè)定方案的實(shí)施

2.1 設(shè)備加工改造

（1）4寸套管管口焊接法蘭盤(pán)，套管孔口退后0.1 m位置焊接2個(gè)左右對(duì)稱的拴錨桿用把手，把手各加工一個(gè)能穿過(guò)錨桿的孔眼用于施工錨桿固定套管，錨桿拴住4寸鐵管左右把手后可牢牢固定套管避免高壓注漿狀態(tài)下套管傷人。

（2）耐高壓法蘭盤(pán)加工1個(gè)4′孔，4′孔焊接0.1m長(zhǎng)的4′管，并按順序分別連接耐高壓球閥、壓力表、注漿管。

（3）測(cè)壓管使用1根4′鐵管，鐵管末端連接4 m長(zhǎng)花管（可用6′篩管），測(cè)壓管孔口端加工焊接三通，三通分別接測(cè)壓管、壓力表、球閥。

2.2 測(cè)試鉆孔設(shè)計(jì)

為避免偶然因素造成誤差，鉆孔共布置2組12個(gè)，鉆孔仰角42°，見(jiàn)煤層頂板終孔，鉆孔距巷頂300 mm，間距1.5 m，平行布置[4]。

2.3 注漿封孔操作步驟

（1）注漿固定孔口管

首先使用直徑145 mm的鉆頭打孔6 m深，然后把4 m長(zhǎng)的4寸套管下入鉆孔內(nèi)，孔口外露100 mm；孔口以里800 mm套管使用聚氨酯包裹進(jìn)行封孔。在套管的左右兩邊拴錨桿用把手位置各打1根1 m長(zhǎng)錨桿，并用墊片拴牢鎖緊套管，防止注漿壓力過(guò)大時(shí)彈出傷人。待聚氨酯凝固后，套管外口安裝加工好的法蘭盤(pán)，進(jìn)行第一次注漿，壓力表達(dá)到1.5 MPa時(shí)停止注漿，關(guān)閉閘閥，進(jìn)入保壓階段[5]。

（2）高壓注漿填充鉆孔周邊圍巖裂隙

鉆孔等待24 h漿液凝固后，打開(kāi)法蘭，采用?94 mm的鉆頭透孔，鉆孔施工到距15#煤層底板法距1 m停止鉆進(jìn)，退出鉆桿安裝新法蘭盤(pán)進(jìn)行第二次注漿充填鉆孔圍巖裂隙，注漿壓力達(dá)到6 MPa以上時(shí)，停止注漿，關(guān)閉閘閥，進(jìn)入保壓階段[6]。

（3）注漿封孔測(cè)壓

鉆孔漿液凝固48 h后，打開(kāi)法蘭，第二次使用?94 mm的鉆頭進(jìn)行掃孔，鉆孔打穿15#煤見(jiàn)頂板起鉆。

鉆孔施工完成后，將4′測(cè)壓管安裝至鉆孔見(jiàn)煤點(diǎn)往里2.5 m、外露孔口0.3 m位置，測(cè)壓管孔口端安裝三通，三通分別連接測(cè)壓管、壓力表、球閥；測(cè)壓管最里端為4′花管，花管長(zhǎng)度4 m，纏上金屬網(wǎng)。將注漿管安裝至孔口往里1.5 m、外露孔口0.3 m位置，注漿管孔口端安裝球閥[7]。孔口使用聚氨酯包裹封堵，長(zhǎng)度0.8 m。

待聚氨酯凝固后，用高壓膠管將注漿泵及孔口注漿管閥門(mén)連接好進(jìn)行第三次注漿封孔，測(cè)壓管返漿后，停止注漿，關(guān)閉注漿管球閥，待測(cè)壓管內(nèi)漿液流盡后，封孔結(jié)束。待水泥漿凝固后，關(guān)閉測(cè)壓管球閥，安裝測(cè)壓表，進(jìn)行測(cè)壓[8]。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)套管-水泥封孔工藝的改造，滿足高壓注漿的需求，有效填充測(cè)試區(qū)域巖層裂隙，避免由于巖層裂隙的存在造成測(cè)壓失敗。

（2）試驗(yàn)過(guò)程中，改造的套管在高壓注漿狀態(tài)下固定牢固，杜絕封孔套管注漿過(guò)程中因承受不住高壓而沖出傷人的情況，具有可靠的安全效益。

（3）在原未使用改進(jìn)的封孔工藝對(duì)測(cè)試區(qū)域進(jìn)行封孔過(guò)程中，由于封孔不嚴(yán)，封孔測(cè)壓成功率低，造成巨大的人工成本和材料成本的浪費(fèi)，在使用本改進(jìn)的工藝后，測(cè)試區(qū)域2組12個(gè)鉆孔全部封孔成功，封孔測(cè)壓的成功率由70%提高到100%，按照施工一個(gè)12 m的穿層鉆孔人工及材料成本3 600元計(jì)算，平均每個(gè)鉆孔節(jié)省1 080元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（4）施工過(guò)程中，該成果由于需使用4 m長(zhǎng)套管進(jìn)行封孔，在巷道斷面寬帶、高度小于4 m×4 m的區(qū)域下套管較為困難，因此巷道寬帶較小區(qū)域（小于4 m×4 m）不適用，可適當(dāng)考慮減小套管長(zhǎng)度。