三次注浆封孔技术在煤层瓦斯压力测定中应用.pdf

第 4期 张兴武 三次注浆封孔技 术在煤层瓦斯压力测定中应用 9 定倾 角 ， 但其 操作 简单 ， 不 需要 特 殊装 置 ， 封 孔长度 长 ， 密封性好 ， 因而得 到广 泛应 用 。 2 钻孔 测定瓦斯压力的工艺方法及影 响 因素分 析 2 ． 1 钻孔 测定瓦斯压力 的工艺方 法 钻孔测定 瓦斯 压力 的工艺 方法通 常是 向 岩层 打一 系列 钻孔 ， 通 过 在钻 孔 内布 置 一根 钢 管与外界沟通 ， 连上 瓦斯压力 表 ， 封 闭钻孔 与外 界 的联 系 。经 过 一段 时 间 的瓦 斯渗 流 ， 由于煤 孔周 围的煤体体 积远大 于煤孔 的空 间 体积 ， 煤层 内 的吸 附瓦 斯量 又 比游 离 瓦斯 量 大得多 ， 钻 孔 内的 瓦斯 压力 逐渐 接 近煤 层 的 原始 瓦斯 压力 ， 从 外 部 的压 力表 上 可 以读 出 煤孔 内的瓦斯 压力值 。 2 ． 2 钻 孔测定瓦斯压力 的影 响因素分 析 能否准 确测 定 煤层 瓦斯压 力 ， 关 键 是将 系统 中各种 因素以及它们之 间 的相互 关 系的 影 响充 分 的结 合起 来 ， 使人 力 、 设 备 、 环 境共 同形成“ 人机环境 ” 完备生产 控制 系统 。其 中 主要设 备包 括 测压 管 、 回浆 管 、 注浆 管 、 连接 二 通 阀、 三通 阀 、 注浆 泵 、 聚氨 酯 、 水泥 等封孑 L 材料 以及各 种 型 号 的瓦 斯压 力测 定 仪 、 测压 表 等 。环境通 常选取在测压地点 、 煤层顶底板 岩性情况 、 钻孔周 边岩 石裂 隙情况 、 地 质构 造 影 响、 煤体 性质 、 钻 孔 的设 计参 数等 。将 以上 各种 因素进行 合理 的组织 、 分析 ， 充分 发挥 各 自效能 以保证能准确地测出煤层 的瓦斯压力 。 3 三次注 浆封孔技术 对于含水量 、 渗水 量大 的富水煤层 ， 可采 用 三次注浆封孔技术 ， 快速 、 准 确 的测定 煤层 瓦斯 压力 。 3 ． 1 三次 注浆工艺 以上面钻孑 L 为例 ， 具体操作方法为 首先使用 I 1 3 3 mm 的钻头打孔 6 m深 ， 然后把 4 m 长 的 1 0 1 ． 6 mm 孔 口管下入钻孑 L 内， 在孔 口安装 耐高压法 兰盘后进行 注浆 ， 从 1 0 1 ． 6 mm 的孔 口管返 浆 为止 。在 孔 口管 的 左右两边 1 m 的位 置打 两根 锚杆 ， 用来 固定 孔 口管 ， 防止 注浆 压力 过 大 时弹 出伤 人 。水 泥浆 凝 固 一 般 凝 固时 间 为 1 8 ～ 2 4 h ， 将 1 0 1 ． 6 mm 套 管 和岩 体 凝 固形 成一 个 整 体 ， 如 图 1所 示 。此 为第 一次 注浆 ， 主要 为第 二 次待压注浆封堵裂隙水提供承压条件 。 1 一钻 孔21 01 ． 6 mm 套 冒3一裂 隙 4 一法兰5 一水泥浆6 1 2 ． 5 mm管 图 1 第一 次注浆 过 程示 意 图 钻孔凝 固后 卸 下法 兰 盘 ， 采用 9 4 mm 的钻头打孔 ， 钻孑 L 施 工到 目标 煤层 底板 法距 1 m停止 钻 进 ， 退 出钻 杆 ， 戴上 法 兰盘 ， 进 行 第 二次注浆 ， 封堵钻孔周 围的裂 隙 ， 防止岩 层 裂 隙 水 侵 入 钻 孔 ， 注 浆 压 力 要 达 到 4～ 6 MP a ， 如 图 2 所示 。第二 次注浆是 关键 ， 加 高 压将水 泥浆压 入 岩层 裂 隙 中 ， 凝 固后用 于 封 堵 岩层 中的裂隙水 。 1 一中 1 3 3 mm钻孔2 一水泥浆3 一法兰 4 --1 2 ． 5 mm注浆管5 一闷盖6 1 0 1 ． 6 mm 套管 图 2 第 二次 注浆封 孑 L 示 意 图 第 1 2 卷 钻孔凝 固后 ， 卸下 法兰 盘 ， 仍然使用 9 4 mm 的钻头进行打孔 ， 进入煤层 2 ． 5 m 后停止 钻进 ， 但不要穿透煤层防止顶板裂隙水导入钻 孔 ， 施工完毕 立 即进行 第三 次封孔 ， 封孔 主要 使用聚胺 脂、 锚 固剂 和水 泥砂 浆进 行 联合 封 孔 ， 即 向 钻 孔 内送 入 1 2 ． 5 mm 测 压 管 和 1 2 ． 5 mm 注 浆 管 ， 测 压 管 最 前 端 为 1 2 ． 5 mm花管 ， 缠上金属 网， 1 2 ． 5 mm 测压管下至 距孔底 5 0 0 mm， 留有 1 m 的测压气室 ； 注浆管 长度为 6 ～ 1 0 m， 管外 壁扎 好编 织袋 ， 然后将 适量的黑 、 白液各 一半 倒 人编 织袋 内充分 搅 和 ， 在未发酵前一 同送入孔 内， 等聚胺脂 发酵 后 ， 孔 口段 即封 闭严 实。之后进行 注浆 ， 全程 封孑 L ， 注 浆 完毕 后 ， 关 上 球 阀 ， 待水 泥 浆凝 固 后 ， 安装压力表 ， 进行测压 ， 如 图 3 所示 。 1一中l 33 mm 钻 扎2一水 泥 浆3 一 法 兰 4 1 2 ． 5 mm注浆管5 一闷盖6 1 0 1 ． 6 mm套管 图 3 第 三次 注浆 示意 图 3 ． 2普通方法和三次注浆测定 的对 比 未采用三次注浆普通方法 和三次 注浆测 定 的对 比见表 1 。 测压钻孔施工 中 ， 要穿过煤 层底板 ， 由于 煤层底板 自身 和掘 进过 程 中， 产 生大 量 的裂 隙 ， 赋存 大 量 的裂 隙水 ， 因此 ， 水 进入 测压 气 室对测压结 果产 生很 大 的影 响 ， 导致 所测 结 果不准确 。不 同地点测量 瓦斯 的结果 变化规 律如 图 4所示 。 表 1 顾桥矿 南区 1 1 2煤层瓦斯压力测定表 煤 层⋯点 放水 后 瓦斯 压 备 注 力 值 m MP a __一一 _ ‘一一一 一 J ＼ ＼ ／ ＼ 、＼ ／ ／ 、 ＼ 、 ． ＼ ． 一 一 _ 、 、 、 7 ＼ 测 量 地 点 Ⅱ 值 M P a 一放水 E M P a 图 4 不 同地点 的 瓦斯测 量值 变化规 律 采用三次注浆普通方法 和三次 注浆测定 的对 比见表 2 。 第 4期 张兴武 三次 注浆 封孔技术在煤层瓦斯压力测定 中应用 表 2 顾桥矿 南区 1 1 2 煤层瓦斯压力测定表 煤层测量地点 薹 备 注 cm， ～ 瓦 斯 m 值 。 一 ’ MPa 从 以上两 组 数据 中可 以得 出， 经 过不 同 地点 三次注 浆测 量 瓦斯 的结果 十分 理想 ， 放 水后纯 瓦斯 压力 受 岩层 水 影 响非 常小 了， 有 效 的消除 了裂隙水或动态 承压水对 测压 的影 响 ， 确保 测 压结 果 的准 确性 。其 变 化规 律 如 图 5所 示 。 ～一 ⋯一 三-一一 ⋯⋯ }～ 一 ～一一 ～一 至 萎 霉 兰 羹 全 ～ 一～～ 1 ⋯一⋯十 一 ～⋯ 一一十 一 ⋯ 溯 量 地 点 斯 压 值 M P a 图 5 三次注浆不同地点的瓦斯测量值变化规律 3 ． 3 现场试 验 B 1 1 2煤层邻近 岩层水量 大 ， 且裂 隙教 发育 ， 利用 常规 的封 孑 L 方 法 很难 测得 瓦斯 压 力 。采用三次注浆封孑 L 技术分别 在顾桥 矿南 区胶带机 大巷 、 南 区 1 4 1 4 1 底 板巷 等 地 点 对 l 1 2煤层 进行 了原始 瓦斯 压 力测 定 ， 测 得最 大瓦斯压力 为 0 ． 8 0 ～2 ． 8 0 MP a ， 均为气 体压力 ， 成功排 除了水对测试结果 的影 响。 3 ． 4 三次 注浆封孔 的技术要点 利用泥浆泵进行注浆封孔 ， 水 和水泥配 比 为 0 ． 6 1 ， 水泥注浆注至测压管返浆为止 。 钻孔封孔完毕 2 4 h后安 装测 压力表 ， 压 力 表安装 要 密 闭严 实 ， 测压 孔 孔 口必 须安设 三通装设 闸阀 ， 同时进行 瓦斯 压力观测 。 测压期 间 ， 每天观察 瓦斯压力情 况 ， 并详 细做好原始 记 录 ， 直 至压 力 表上 的数 值 连续 2 ～3 d不再改变 ， 即可得 到煤层 瓦斯压力 。 4 结 论 三次 注浆 封 孑 L 技 术 在 顾 桥 矿 得 到 了应 用 ， 解 决 了测 定煤 层 瓦斯压 力 过程 中水对 压 力值 的影 响 ， 为今 后测 定周 围含水 煤层 瓦 斯 压力提供 了很好 的方法 ， 达到快 速 、 准确 的测 定煤层 瓦斯压 力 的 目的 ， 为 煤 矿瓦 斯治 理工 作提供更可靠 的依据 ， 促进 了煤矿安全生产 。 参考文献 [ 1 ] 孟燕 ， 蒋曙光， 邵吴， 等． 煤层瓦斯压力测定方 式及新 的探 索 [ J ] ． 能 源技 术 与管 理 ， 2 0 0 9 ， 6 6 3 6 5 ． E 2 3 黄旭超 ， 何清， 程建圣 ， 等． 复杂地质条件下测 压钻 孔 的封孔 工 艺 [ J ] ． 能 源技 术 与管 理 ， 2 0 09， 1 3 7 3 9 ． [ 3 ] 兰泽 全 ， 曲荣 飞 ， 陈学 习 ， 等 ． 直 接 法 测定 煤 层 瓦斯压 力现 状及 分 析 [ J ] ． 煤矿 安 全， 2 0 0 9 ， 4 7 4 7 8 ． E 4 ] 曲荣飞， 兰泽全． 间接法测算煤层瓦斯压力现 状 [ J ] ． 煤 矿安全 ， 2 0 0 9 ， 8 8 6 8 9 ． [ 5 ] 俞启香． 矿井瓦斯防治i- M] ． 徐州 中国矿业大 学 出版社 ， 1 9 9 2 ．