煤层瓦斯压力测定作业指导书.doc

煤层瓦斯压力的直接测定方法 作 业 指 导 书 第 1 页 共 19 页 煤层瓦斯压力是矿井瓦斯基本参数之一，它对于确定煤层瓦斯含量，进行矿井瓦斯涌出治理、矿井瓦斯抽放以及煤与瓦斯突出的防治等工作均具有十分重要的意义。煤层瓦斯压力也是煤与瓦斯突出矿井（煤层）鉴定的重要指标之一。 在治理矿井瓦斯的长期实践中，探索出了许多井下煤层瓦斯压力的直接测定方法，在这些测定方法中，多数准确度高、易操作，但是有些测定方法其准确度低、可靠性差。因此，在进行矿井（煤层）突出危险性鉴定时十分有必要对煤层瓦斯压力的测定工作进行规范和细化，因此在此基础上编制了煤矿井下煤层瓦斯压力直接测定方法的作业指导书。 为使测定工作尽可能的不占用矿井正常生产时间，提高测定的准确度，本指导书将介绍测定工作的准备、测定方法、测定结果的整理分析、测定注意事项等内容，以供测定人员学习和参考。使测定人员对测定工作有较全面和系统地了解，顺利地完成测定工作。 目录 1 主要内容和适用范围5 2 规范性引用文件5 3 煤层瓦斯压力测定的目的5 4 井下煤层瓦斯压力的直接测定方法5 4.1 测定方法分类5 4.1.1 按测压方式分5 4.1.2 按封孔材料分5 4.2 测定用设备、材料、仪表及工具6 4.2.1一般设备、材料、仪表及工具6 4.2.2不同测压法特定设备、材料、仪表及工具7 4.3 测定钻孔施工及封孔9 4.3.1 测定钻孔施工9 4.3.2 测定钻孔封孔9 4.4 测定、观测10 4.4.1 测定管理10 4.4.2 测定11 4.4.3 观测11 4.5 测定结果确定11 4.5.1 观测结果11 4.5.3 测定结果的确定13 4.5.4 测定结果13 附录1胶囊（胶圈）-密封粘液和注浆封孔测压法的封孔工艺14 附录2煤层瓦斯压力测定原始记录表17 第 19 页 共 19 页 编号 HPU-ZYZD-ZL-01 章节第一章 版本第一版 修改2009.06 共57页 第 5 页 内 容 1 主要内容和适用范围 本指导书规定了煤矿井下瓦斯压力测定用的材料、封孔的方法、测定结果计算和处理。 本指导书适用于煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本指导书的引用而成为本指导书的条款。 煤与瓦斯突出矿井鉴定规范（AQ 1024-2006） 煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法（AQ 1047-2007） 3 煤层瓦斯压力测定的目的 井下煤层瓦斯压力是煤与瓦斯突出鉴定的重要指标之一，测定煤层瓦斯压力为煤层突出危险性的鉴定提供数据支持。 4 井下煤层瓦斯压力的直接测定方法 4.1 测定方法分类 4.1.1 按测压方式分 4.1.1.1 主动测压法 钻孔封完孔后，通过钻孔向被测煤层充入补偿气体达到瓦斯压力平衡而测定煤层瓦斯压力的测压方法。补偿气体可选用高压氮气N2，高压二氧化碳气体CO2或其他惰性气体。 4.1.1.2 被动测压法 测压钻孔被密封后，利用被测煤层瓦斯向钻孔揭露煤层处或测压气室的自然渗透作用，达到瓦斯压力平衡而测定其瓦斯压力的测压方法。 4.1.2 按封孔材料分 按测压钻孔封孔材料的不同，测压可分为胶囊（胶圈）-密封粘液封孔测压 编号 HPU-ZYZD-ZL-01 章节第一章 版本第一版 修改2009.06 共57页 第 6 页 内 容 法和注浆封孔测压法。 4.1.2.1 胶囊（胶圈）密封粘液封孔测压法 采用胶囊（胶圈）、密封粘液对测压钻孔进行封孔称胶囊（胶圈）-密封粘液封孔测压法。 4.1.2.2 注浆封孔测压法 封孔材料为水泥、膨胀剂加水搅拌成的混合浆液，通过注浆泵注入测压钻孔进行封孔的测压方法称为注浆封孔测压法。 4.2 测定用设备、材料、仪表及工具 4.2.1一般设备、材料、仪表及工具 4.2.1.1 钻孔设备 施工钻孔用的钻机能力应满足测压钻孔长度的要求。 4.2.1.2 材料 测定所需材料包括 （1）木楔子、压力表联接头、密封垫、密封带以及真空密封膏等； （2）测压用的测压管材（承受内压应不小于12MPa）。 4.2.1.3 仪表 测定用压力表，量程为预计煤层瓦斯压力的1.5倍，准确度优于1.5级，必须符合JJG52的规定；空盒气压计，必须符合QX/T26的规定。 4.2.1.4 工具 管钳，扳手、剪刀、皮尺、水桶、螺丝刀、手工封孔送料管等。 编号 HPU-ZYZD-ZL-01 章节第一章 版本第一版 修改2009.06 共57页 第 8 页 内 容 4.2.2不同测压法特定设备、材料、仪表及工具 4.2.2.1 胶囊（胶圈）-密封粘液封孔测压法所需设备、材料、仪表及工具 （1）密封粘液 密封粘液由骨料、填料和粘液混合而成。密封粘液（封孔间隙为不大于4mm）的配方为化学浆糊粉（淀粉防腐剂）与水的比列（质量比）116制成粘液，骨料与粘液的比列（体积比）为18，填料与粘液的比列（体积比）为116。其中骨料由粒度为0.51.0，1.02.5，2.55.0mm的炉渣按体积比123混合而成；填料由0.250.5，0.51，1.02.5mm的锯末按体积比111均匀混合而成。 （2）密封粘液罐和压力水罐用于预计的煤层瓦斯压力小于5MPa时的封孔，液压和水压由液态CO2提供。 （3）封孔器组件进液罐、进水管、测压管、胶囊（胶圈）及测定仪表。 4.2.2.2 注浆封孔测压所需设备、材料、仪表及工具 （1）注浆泵 宜采用柱塞注浆泵，其流量为2050L/min，压力位34MPa。 （2）膨胀不收缩水泥浆 由膨胀剂（膨胀率不小于0.02）、水泥（硅酸盐水泥、标号不低于425号）、水（井下清洁水）按一定比例制成，也可参照水灰比为21的比例进行配置，膨胀剂的掺量为水泥的12。 （3）测压管 宜选用GB/T1527-1997Φ62mm拉制铜管（承受内压＞12MPa、1根的长度＞测压钻孔的长度）或GB/T8163-1999Φ162mm输送流体用无缝钢管（牌号10、承受内压＞12MPa）。 编号 HPU-ZYZD-ZL-01 章节第一章 版本第一版 修改2009.06 共57页 第 10 页 内 容 （4）注浆管 宜选用GB/T8163-1999Φ162mm输送流体用无缝钢管（牌号10、承受内压＞12MPa）。 （5）附件 泥浆泵与注浆管的联结庄主，承受压力＞6MPa。 （6）夹持器 采用Φ62mm拉制铜管作为测压管时使用。 如果采用主动测压法时，还需 （1）高压储气罐 必须符合劳动部气瓶安全监察规程的要求； （2）减压及充气连接装置 必须安全、连接方便、可靠； （3）补偿气体 工业用氮气及二氧化碳气体，或其他惰性气体。 4.2.2.3 测定地点的选择 测定地点的选择原则如下 （1）测定地点应优先选择在石门或岩巷中，选择岩性致密的地点，且无断层、裂隙灯地质构造处布置测定，其瓦斯赋存状况要具有代表性； （2）测压钻孔用避开含水层、溶洞，并保证测压钻孔与其距离不小于50m； （3）对于测定煤层原始瓦斯压力的测压钻孔应避开采动、瓦斯抽放及其他人为卸压影响范围，并保证测压钻孔与其距离不小于50m； （4）对于需要测定煤层残存瓦斯压力的测压钻孔则根据测压目的的要求进行测压地点的选择； （5）选择测压地点用保证测压钻孔有足够的封孔深度（穿层测压钻孔的见煤点或顺层测压钻孔的测压气室应位于巷道的卸压圈之外），采用注浆封孔的上向测压钻孔倾角应不小于5； 编号 HPU-ZYZD-ZL-01 章节第一章 版本第一版 修改2009.06 共57页 第 11 页 内 容 （6）同一地点应打两个测压钻孔，钻孔口距离应在其相互影响范围外，其见煤点的距离除石门测压外应不小于20m。石门揭煤瓦斯压力测定按防治煤与瓦斯突出规定的有关规定进行； （7）瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方。 4.3 测定钻孔施工及封孔 4.3.1 测定钻孔施工 4.3.1.1 钻孔直径宜为Φ65Φ95mm。钻孔长度应保证测压所需的封孔深度。 4.3.1.2 钻孔的开孔位置应选在岩石（煤壁）完整的地点。 4.3.1.3 钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，穿层测压钻孔除特厚煤层外应穿透煤层全厚，对于特厚煤层测压钻孔应进入煤层1.53m。 4.3.1.4 钻孔施工好后，应立即用压风或清水清洗钻孔，清除钻屑，保证钻孔畅通。 4.3.1.5 在钻孔施工中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长度及钻孔在煤层中长度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间。 4.3.1.6 钻孔施工前应制定详细的技术及安全措施。 4.3.2 测定钻孔封孔 4.3.2.1 测压钻孔施工完后应在24h内完成钻孔的封孔工作，在完成封孔工作24h后进行测定工作 4.3.2.2 准备工作 编号 HPU-ZYZD-ZL-01 章节第一章 版本第一版 修改2009.06 共57页 第 12 页 内 容 封孔前应作如下准备工作 （1）按选用的封孔方法准备好封孔材料、仪表、工具等； （2）检查测压管是否通畅及其与压力表联接的气密性； （3）钻孔为下向孔时应将钻孔内积水排除。 4.3.2.3 封孔深度的确定 封孔深度应超过测压钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要求 （1）胶囊（胶圈）-密封粘液封孔测定本煤层瓦斯压力的封孔深度不小于10m； （2）注浆封孔测压法的测压钻孔封孔深度应满足公式 L封≥L1Dctg∣θ∣ 式中L封钻孔封孔深度，m； L1钻孔所需最小封孔深度（有效封孔段长度），m； D钻孔的直径，m； θ钻孔的倾角，（）；5≤∣θ∣≤90。 （3）应尽可能加长测压钻孔的封孔深度。 4.3.2.4 采用胶囊（胶圈）-密封粘液封孔测压法和注浆封孔测压法的封孔工艺见附录1。 4.4 测定、观测 4.4.1 测定管理 4.4.1.1 必须设专人负责瓦斯压力的测定工作。 编号 HPU-ZYZD-ZL-01 章节第一章 版本第一版 修改2009.06 共57页 第 13 页 内 容 4.4.1.2 在瓦斯压力测定过程中，应作好各种参数及施工情况的记录。 4.4.2 测定 4.4.2.1 采用主动测压时，只在第一次测定时向测压钻孔充入补偿气体，补偿气体的充气压力宜为预计的煤层瓦斯压力的0.5倍。 4.4.2.2 采用被动测压法时，不进行气体补偿。 4.4.3 观测 4.4.3.1 采用主动测压法时应每天观测一次测定压力表，采用被动测压法应至少3天观测一次测定压力表。 4.4.3.2 观测时间的确定应遵循以下原则 （1）采用主动测压法，当煤层瓦斯压力小于4MPa时，其观测时间需510天，当煤层瓦斯压力大于4MPa时，则需1020天； （2）采用被动测压法，则视煤层瓦斯压力及透气性大小的不同，其观测时间一般需2030天以上； （3）在观测中发现瓦斯压力值在开始测定的一周内变化较大时，则应适当缩短观测时间间隔。 4.5 测定结果确定 4.5.1 观测结果 观测结果绘制在以时间d为横坐标，瓦斯压力MPa为纵坐标的坐标图上，当测压时间达到5.3的规定，如压力变化小于0.005MPa／d，测压工作即可结 编号 HPU-ZYZD-ZL-01 章节第一章 版本第一版 修改2009.06 共57页 第 14 页 内 容 束；否则，应延长测压时间。 4.5.2 观测结果的修正 在结束测压工作、拆卸表头时应制定相应的安全措施，应测量从钻孔中放出的水量，如果钻孔与含水层、溶洞导通（根据矿井防治水的有关方法判定），则此测压钻孔作废，重新施工钻孔并按有关规定进行封堵；如果测压钻孔没有和含水层、溶洞导通，则需对钻孔水对测定的结果的影响进行修正，修正的方法可根据测量从钻孔中放出的水量、钻孔参数、封孔参数等进行。修正方法如下 （1）水平及下向孔测压钻孔不修正，即 式中修正后的测定压力表读数值，MPa； 测定压力表读数值，MPa。 （2）对于上向孔，如果钻孔无水，则按照6.2（1）中方法处理，否则修正方法如下 ①当V＞V1且VV1＜V2时 式中 V测压钻孔内流出的水量，m3； V1测压管管内空间的体积，m3； V2钻孔预留气室的体积，m3； 编号 HPU-ZYZD-ZL-01 章节第一章 版本第一版 修改2009.06 共57页 第 15 页 内 容 l测压管的长度，m。 ②当V＞V1且VV1≥V2时 式中 L测压钻孔的长度，m。 ③当0＜V≤V1时 式中 d测压管的直径，m。 4.5.3 测定结果的确定 式中 P测定的煤层瓦斯压力值，MPa； 测定地点的大气压力值，MPa。 4.5.4 测定结果 同一测压地点以最高瓦斯压力测定值作为测定结果。 附 录 附录1胶囊（胶圈）-密封粘液和注浆封孔测压法的封孔工艺 （1）胶囊（胶圈）-密封粘液封孔工艺 ①如图1所示，在测压地点先将封孔器组装好，将其放人预计的封孔深度，在钻孔孔口安装好阻退楔，联接好封孔器与密封粘液罐、压力水罐，装上各种控制阀，安装好压力表; ②启动压力水罐开关向胶囊充压力水，待胶囊膨胀封住钻孔后开启密封粘液罐往钻孔的密封段注入密封粘液，密封粘液的压力应略高于煤层预计的瓦斯压力。 图1 胶囊（胶圈）-密封粘液封孔示意图 （2）采用注浆封孔测压法的封孔工艺 ①测压管材为拉制铜管的测压封孔步骤 a如图2所示，通过辅助管将安装有夹持器的测压管（1根管的长度 附 录 大于测定钻孔的长度）安装至预定的（测压）深度，在孔口用木楔封住，并安装好注浆管； b根据封孔深度确定膨胀不收缩水泥的使用量，按一定比例（参考值为水灰比为21，膨胀剂的掺量为水泥的12％）配好封孔水泥浆，用泥浆泵一次连续将封孔水泥浆注入钻孔内； c注浆24h后，在孔口安装三通及压力表。 1 充气装置（主动测压）；2 三通；3 压力表；4 木楔；5 测压管（拉制铜管制）； 6 煤层；7 封堵材料；8 注浆管；9 注浆泵；10夹持器；11筛孔管（拉制铜管制）。 图2 采用拉制铜管测压时注浆封孔测压示意图 ②测压管材为输送流体用无缝钢管的测压封孔步骤 a如图3所示，将测压管（测压管长度以井下巷道及运输条件而定） 安装至预定的深度，在孔口用木楔封住，并安装好注浆管； b）根据封孔深度确定膨胀不收缩材料、清水以及水泥的使用量，按一定比例（参考值为水灰比为21，膨胀剂的掺量为水泥的12％）配好封孔水泥浆，用泥浆泵一次连续将封孔水泥浆注入钻孔内； c注浆24h后，在孔口安装三通及压力表。 1充气装置（主动测压）；2三通；3压力表；4木楔；5测压管（GB/T8163-1999 输送流体用无缝钢管制）；6煤层；7封堵材料；8注浆管（GB/T8163-1999 输送流体用无缝钢管制）；9注浆泵；10筛孔管（GB/T8163-1999输送流体用无缝钢管制）。 图3 采用输送流体用无缝钢管测压时注浆封孔测压示意图 附 录 附录2煤层瓦斯压力测定原始记录表 煤层瓦斯压力测定原始记录表 测定方法 测定仪器 压力表 执行标准 AQ/T 1047-2007 仪器编号 项目编号 委托单位 测定日期 煤层名称 测定地点 煤层厚度 钻机型号 测定地点的大气压力 煤层倾角 揭煤时间 钻完时间 测压气室（揭煤）标高 封孔时间 封孔深度 孔 号 充气结束时间 钻孔方位/ 钻孔倾角/ 钻孔长度/m 充气结束时压力/MPa 岩孔长度/m 煤孔长度/m 封孔长度/m 煤层瓦斯压力/MPa 观 测 数 据 观察时间 压力/MPa 观察时间 压力/MPa 观察时间 压力/MPa 观察时间 压力/MPa 观察时间 压力/MPa 测定人 计算 校核