煤层二次封孔技术瓦斯压力测定.pdf

煤矿现代化2018 年第 5 期总第 146 期 某矿历年瓦斯等级鉴定结果都是低瓦斯矿井， 然 而在西二采区， 受向斜构造的影响形成了向斜轴部高 瓦斯带， 附近有一条由于岩浆岩侵入形成的 SN 向岩 墙， 岩墙厚度在 8m 左右， 周围煤体受高温烘烤影响， 变质程高于同煤层其它区域；测压点位置埋深在 500m 左右，附近顶底板页岩发育。以上原因综合作 用， 形成封闭性区域， 瓦斯大量聚集， 这也是此区域瓦 斯含量及瓦斯压力明显偏大的主要原因。 1矿井概况 矿井目前主要是开采 9 层和 16 层。 根据历年的 实测瓦斯结果， 瓦斯含量最高达到 14.72m3/t， 在计算 过程中加上抽采量的情况下绝对涌出量也已经达到 20m3/min。随着开采深度的逐渐增加， 矿井瓦斯含量 也会呈现逐渐增大的趋势，瓦斯治理工作需要加强 重视。 测压地点位于矿井 9 号煤层，上距 5 号煤层 110156m， 全区可采， 中间有一层矸石， 煤层两极厚 度为 0.82.29m，一般厚度为 1.55m，夹层厚度为 0.30.65m， 一般厚度为 0.45m。9 号煤层顶板为细砂 岩， 底板为细砂岩与粉砂岩互层， 厚度较稳定， 上分层 从西到东略有变厚， 下分层从北到南略有变厚。 该矿已知岩墙大都形成与自身平行的压紧型剪 节理，并且节理的发育程度很低，岩墙结构也很致 密， 对煤体瓦斯运移有较好的阻隔作用。 并且岩浆侵 入煤系地层时， 引起煤的热变质， 在岩墙影响范围内 形成一条高瓦斯区域， 在同一埋深区域， 岩墙影响范 围内煤层瓦斯含量达到 8.298.86m3/t，远远高于未 受影响区域。 2煤层瓦斯压力测定 2.1测压钻孔设计 测压地点选择在该矿井西二采区轨道下山 1 号测压点和距 1 号测压点 50m 处的 2 号测压点 （如 图 1 所示） ， 2 个测压点的埋深为 500m， 经计算巷道 围岩应力在 15MPa 左右， 参照矿方资料， 巷道应力 集中区域为距巷道 11.2m 的范围内。测压巷道为岩 巷， 巷道掘出的时间已经很长， 巷道围岩表面裂隙 发育明显。 1 号、 2 号测压点的设计钻孔参数见表 1 2.2变径加压二次封孔工艺 针对水泥砂浆在复杂的地质条件下封孔易漏气 煤层二次封孔技术瓦斯压力测定 雷一平 （山西汾西矿业集团中兴煤业， 山西 交城 030500） 摘要 由于巷道围岩内存在压力集中， 促进瓦斯钻孔周围裂隙发育， 在进行煤层瓦斯压力测定过程 中出现钻孔封孔不紧密， 造成瓦斯泄漏， 导致煤层瓦斯压力测定不准确， 文中设计了二次封孔技术， 对 瓦斯压力探测孔封孔进行二次封孔技术， 并在西二采区轨道下山进行瓦斯压力测定 1 号和 2 号测压 点压力分别为 5.2MPa 和 4.1MPa。钻孔中水对瓦斯压力结果有一定的影响， 需修正水压对测压结果的 影响。煤层透气性系数小于 ， 属于较难抽采煤层。 关键词 二次封孔技术 ； 瓦斯压力； 透气性测定 中图分类号 TD712文献标志码 A文章编号 1009-0797 （2018） 05-0074-04 Coal seam gas pressure determination of secondary hole sealing technology Lei YiPing （Shanxi FenXi zte coal mining group , Shanxi Jiaocheng 030500） Abstract due to the existence in roadway surrounding rock stress concentration, promote fracture around the gas drilling, in the process of coal seam gas pressure determination drilling hole sealing is not tight, cause gas leak, result in coal seam gas pressure determination is not accurate, this paper designs the second hole sealing technology, the gas pressure probe hole hole sealing for secondary hole sealing technique, track down the hill and in the west two mining area of gas pressure determination 1 and 2 pressure point pressure 5.2 MPa and 4.1 MPa, respectively.Drilling, water has a certain influence on the gas pressure results need to be modified water pressure on the result of pressure.Coal seam permeability coefficient is less than, belongs to the more difficult to smoke extracting seam. Keywords secondary hole sealing technique ; Gas pressure ; Determination of air permeability 74 煤矿现代化2018 年第 5 期总第 146 期 的问题， 采用变径加压二次封孔测压方法， 最大可能 的优化测压效果[1-2]。 如图 2 所示 第一级钻孔利用大 直径带压注浆的优势来封堵巷道围岩存在的裂隙发 育，能够起到很好的封堵围岩裂隙和应力集中区的 效果[3]。 图 1 西二采区 9 号煤层取样点实测瓦斯含量图 表 1 钻孔设计参数表 1- 钻孔； 2- 带筛眼的套管； 3- 围岩裂隙； 4- 注浆管； 5- 排气管； 6- 注浆泵； 7 - 法兰盘； 8- 阀门； 9- 马丽散 图 2 第一级钻孔示意图 如图 3 所示在该点二次透孔形成第二级钻孔 时， 减少了钻孔对周围岩石的破坏， 确保封孔可靠性， 同时封堵上部固结不稳定区域， 进而更准确的测得瓦 斯压力， 二次透孔的中心以套管的轴线为中心， 可以 保证之前的注浆发挥效用[4]。 2.3钻孔水对测压准确性的影响 在结束测压工作、 撤卸表头时， 应测量从钻孔中 放出的水量， 进而测量钻孔水对测压结果的影响并进 行修正。 根据从钻孔中放出的水量、 钻孔参数、 封孔参 数等， 对 1 号点、 2 号点煤层瓦斯压力修正如下[5] 1- 钻孔； 2- 带筛眼的套管； 3- 围岩裂隙； 4- 注浆管； 5- 排气管； 6- 注浆泵； 7 - 法兰盘； 8- 阀门； 9- 水泥砂浆 图 3 第二级钻孔示意图 （1） 1 号点水对压力的影响修正。 V510-3m3 V1仔 4 L 3.14 （25.410-3） 2 4 157.610-3m3 V2 仔D2 4 L室 3.14 （9410-3） 2 4 4.53.1 10-2m3 式中 V 为钻孔流出的水量， m3 ； V 1为测压管空间 的体积， m3 ； V 2为气室的体积， m 3。 则 0＜V≤V1， 符合式 （1） 式要求， 由 （2） 式可得 式 （3） 。 pp1-0.01 4V 仔D2 sin兹（1） 式中 D 为测压管的直径， m。 测定结果的确定 ppp0（2） 式中 p 为测定的煤层瓦斯压力值， MPa； p1为表 测瓦斯压力值， MPa； p为表测瓦斯压力修正值， MPa； p0为测定地点的大气压力值， MPa， 取 0.1MPa。 pp1-0.01 4V 仔D2 sin兹p0（3） （2）2 号点水对压力的影响修正。 V 510-3m3 V1仔 4 L 3.1425.410-32 4 157.610-3m3 V2 仔D2 4 L室 3.149410-32 4 2.31.5810-2m3 钻孔编号仰角方位角 测压管直 径 /mm 沿孔长度 /m 测压室长 度 煤孔长度 /m 1 号18.59927′25.414.54.54.5 2 号3810934′25.4162.34.5 75 煤矿现代化2018 年第 5 期总第 146 期 则 0＜V≤V1， 符合 （1） 式要求， 由 （2） 式可得式 （3） 。 2.4测压结果 由上述测压方法测得煤瓦斯压力 1 号测压点测 得压力为 5.2MPa， 2 号测压点瓦斯压力为 4.1MPa。钻 孔压力恢复曲线如图 4、 图 5 所示。 图 4 1 号钻孔压力恢复曲线 图 52 号钻孔压力恢复曲线 2.5压力测定结果分析 （1）为了检验变径加压二次封孔方法的封孔效 果， 在距离 1 号测压点大约 100m 的地点布置了另一 个编号 3 号的对比钻孔， 钻孔采用一次性的水泥砂浆 封孔方式， 钻孔长度为 17.5m， 钻孔直径为 94mm， 封 孔段长度 15m， 注浆压力保持在 12MPa。 测压过程未 见水影响。压力恢复曲线如图 6 所示。 图 63 号钻孔压力恢复曲线 通过图 4 和图 5 发现， 1 号和 2 号测压点的钻孔 压力恢复曲线基本符合龚帕兹曲线， 而图 6 采用一次 注浆封孔的 3 号钻孔压力恢复曲线则出现压力读数 变小的情况， 考虑到同一区域的其他 2 个测压点的压 力值大小， 可以认为采用一次注浆封孔的方法在这里 存在漏气的问题。 3煤层透气性系数测定与计算 在压力表数值稳定一段时间后， 卸掉压力表排放 瓦斯， 就可以利用转子流量计或孔板流量计测定钻孔 的瓦斯流量。测定方法 将煤气表的橡胶管一端接在 三通上， 将煤气表放在风口处， 把煤气表竖直放置， 实 验人员站在上风口以便读数。 每隔特定时间记录钻孔 流量， 连续测定若干天。 该矿 1 号测压点和 2 号测压点的钻孔钻孔瓦斯 流量示意图如图 7、 图 8 所示。 图 71 号钻孔瓦斯流量示意图 图 82 号钻孔瓦斯流量示意图 表 29 号煤层透气性系数计算结果表 将 2 个钻孔的流量数据代入表 2 的公式中， 经计 算可得到相关的透气性系数数值。 参照可抽采性分类和表 2 透气性系数计算结果， 1 号钻孔测得透气性系数为0.05m2/MPa2 d， 2 号钻孔测得 （下转第79页） 孔 号 p0 MPa p1 MPa r mm α m3/m3MPa0.5 L/mt/d Q L/min q m3/m2d λ m2/MPa2d 15.20.14764.531.69.67.220.059 15.20.14764.532.55.94.440.035 15.20.14764.533.55.54.140.032 15.20.14764.534.586.020.049 15.20.14764.535.511.78.80.075 24.10.1472.662.31041.161.710.024 24.10.1472.662.31050.650.960.013 24.10.1472.662.31060.60.880.012 24.10.1472.662.31070.550.810.011 24.10.1472.662.31080.60.880.012 76 （上接第76页） 透气性系数为 0.014m2/MPa2 d， 均小于 0.10.05m2/MPa2 d， 九号煤层属于较难抽采煤层。 4结论 西二采区向斜构造的轴部断层发育， 有利于瓦斯 的释放； 北西向断层多呈封闭性， 易造成瓦斯局部富 集。9 号煤层顶底板以砂岩和砾岩为主， 有利于瓦斯 逸散。岩浆岩侵入多以岩墙形式出现， 岩墙影响范围 内煤体瓦斯含量明显增大。埋深为矿井瓦斯主控因 素， 瓦斯含量随埋深增加而变大。 由于受到巷道卸压的影响， 巷道围岩内裂隙较发 育， 因而采用先注浆的方法， 增加测压点岩层的致密 性进而封堵岩层内的裂隙。 然后再通过套管二次透孔 形成测压孔， 减少了钻孔周围的裂隙。二次透孔的中 心以套管的轴线为中心， 降低封孔难度， 有利于瓦斯 压力的准确测定。 参考文献 [1]曹文超，魏国营. 变径加压二次封孔测试煤层瓦斯压力 技术[J]. 煤矿安全， 2012 （S1） 49-51. [2]张金山， 王政伟， 周连春， 等. 注浆封孔法测定煤层瓦斯 压力在平沟煤矿的应用[J]. 中国煤层气， 2010 （7） 55-57. [3]王春光. 聚氨酯在煤层孔测瓦斯压力的应用 [J]. 煤矿安 全， 2007 （5） 8-9. [4] 鲁岩， 等. 围岩破碎圈的理论分析与实践[J]. 辽宁工程技 术大学学报自然科学版， 2007， 26 （2） 219-221. [5]沈春明， 林柏泉， 杨威等. 巷道围岩应力变化规律及其对 封孔质量的影响作用[J].煤炭工程， 2011 （6） 67-69. 作者简介 雷一平 （1986-） ， 男， 助理工程师， 2011 年毕业于华北科 技学院安全工程学院矿井通风与安全专业， 现在汾西矿业集 团中兴煤业通风区工作。（收稿日期 2017-11-28） 煤矿现代化2018 年第 5 期总第 146 期 了窒息带， 之后下降幅度很小， 并逐渐达到平衡， 维持 在 5左右。从 2 号、 3 号测点 O2浓度变化情况， 在设 定参数的条件下， 连续注入三态材料， O2浓度均在各 测点距工作面 21m 左右时， 降到 18以下， 在距工作 面 56m 左右时，各测点 O2浓度均降到了 10以下， 较快的进入了窒息带。并随着工作面的推进， O2浓度 下降趋势缓慢， 最终维持在 5左右， 达到平衡状态。 3.2采空区三带变化 按 O2浓度范围划分采空区三带， 由采空区 O2浓 度变化分析可知， 采空区在连续注入三态材料的条件 下， 在距工作面 21m 左右时， O2浓度就降到了18以 下， 进入了氧化升温带， 距工作面 56m 左右时， 各测 点 O2浓度均降到了 10以下， 进入了窒息带， 采空区 注入三态材料前后， 三带变化见表 1。从表 1 可以看 出， 采空区注入三态材料后， 氧化升温带提前了 11m， 缩短了 18m， 窒息带提前了 29m， 由此说明了， 既定参 数下， 采空区连续注入三态材料对浮煤氧化自燃抑制 作用很大， 防灭火效果明显。 表 180704 工作面采空区注入三态材料前后三带变化 4总 结 在阳煤二矿 80704 工作面采用采空区注三态材 料防灭火技术防止采空浮煤自燃， 试验结果说明采空 区注三态材料防灭火技术， 抑制了采空区高温点的产 生， 有效的防止了采空区浮煤的自燃氧化。采空区注 三态材料防灭火， 其效果主要表现在以下几个方面 ①封堵采漏风通道与煤体裂隙， 包裹煤体， 隔绝煤氧 结合； ②对于已有升温趋势的煤， 具有吸热降温作用； ③润湿煤体， 阻化煤体自燃;降低采空区氧气浓度， 抑 制煤的氧化， 室息自燃的煤体。 参考文献 [1] 张建国，刘广金. 氮气防灭火技术在平顶山矿区的应用 [J]. 煤矿安全， 2008， 39 （5） 48-50. [2] 王洪义，宋艳苹. 氮气防灭火技术在平顶山矿区的应用 [J]. 矿业安全与环保， 2009， 36 （3） 49-51. [3] 史波波. 煤矿液氮防灭火技术应用及发展趋势 [J]. 煤矿 安全， 2014， 45 （10） 154-157. [4]苏健. 煤矿用防灭火材料的制备与性能研究 [D]. 北京工 业大学， 2016. 作者简介 李虎贵1974-， 男， 山西省阳泉市， 2011 年毕业于太原 理工大学， 本科学历， 主要研究方向为通风与安全。 （收稿日期 2017-11-30） 三带散热带氧化升温带窒息带 O2浓度 /18101810 注入前带宽 /m85 注入后带宽 /m56 79