新型簡(jiǎn)易瓦斯壓力測(cè)定技術(shù)研究

賈軍萍許江濤張淦星

(1.山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局,山西省太原市,030045; 2.山西省煤炭工業(yè)廳綜合測(cè)試中心,山西省太原市,030045)

新型簡(jiǎn)易瓦斯壓力測(cè)定技術(shù)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(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局,山西省太原市,030045; 2.山西省煤炭工業(yè)廳綜合測(cè)試中心,山西省太原市,030045)

通過對(duì)比瓦斯壓力測(cè)定過程中各種封孔測(cè)壓技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),結(jié)合煤礦的實(shí)際情況,提出一種新型簡(jiǎn)易封孔測(cè)壓技術(shù),選取巖石完整的測(cè)點(diǎn),避開采動(dòng)裂隙構(gòu)造帶,利用水泥沙封前段孔,井下供水系統(tǒng)封堵后段孔及封堵裂隙,壓風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)測(cè)壓.該技術(shù)在申南凹煤礦現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試,并與膠囊-壓力粘液封孔測(cè)壓進(jìn)行對(duì)比,二者所測(cè)結(jié)果相同,但該封孔技術(shù)工藝簡(jiǎn)單,工人可操作性強(qiáng),可大大縮短測(cè)壓時(shí)間.

瓦斯壓力 封孔 主動(dòng)測(cè)壓 瓦斯治理 注漿

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對(duì)能源特別是煤炭的需求量不斷增加.礦井的開采強(qiáng)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(chǎn)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(biāo)之一,煤與瓦斯突出鑒定、瓦斯涌出量預(yù)測(cè)、瓦斯地質(zhì)圖、瓦斯專項(xiàng)設(shè)計(jì)等都是基于瓦斯壓力準(zhǔn)確測(cè)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的.因此,準(zhǔn)確快速地測(cè)定煤層瓦斯壓力對(duì)及時(shí)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(cè)定現(xiàn)狀

瓦斯壓力測(cè)定的研究已經(jīng)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(jiǎn)單易行,設(shè)備少,成本低,但封孔長(zhǎng)度短;后采用水泥砂漿封孔,這種技術(shù)也比較簡(jiǎn)單,成本低,封孔長(zhǎng)度長(zhǎng),但需要礦方有注漿泵,而且封堵裂隙效果有限;中國(guó)礦業(yè)大學(xué)周世寧院士提出膠囊-壓力粘液測(cè)壓封孔技術(shù),這種技術(shù)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(xiàn)塌孔,設(shè)備不易回收,造成資源浪費(fèi);楊勝?gòu)?qiáng)教授提出高壓注水泥漿封孔,該方法能有效封堵整個(gè)鉆孔的裂隙,但工藝復(fù)雜,需礦方購(gòu)買高壓注漿泵,而且需要有專門的技術(shù)人員指導(dǎo).

2 新型簡(jiǎn)易封孔技術(shù)的提出

針對(duì)上述封孔工藝的不足,結(jié)合相關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),筆者提出一種簡(jiǎn)易的封孔方法,實(shí)現(xiàn)固封液、液封氣、高壓封堵裂隙的主動(dòng)測(cè)壓方法,能夠準(zhǔn)確、快速測(cè)定煤層瓦斯壓力.簡(jiǎn)易封孔技術(shù)的試驗(yàn)操作如下:

(1)測(cè)壓點(diǎn)的選擇.測(cè)壓點(diǎn)選擇在巖石比較完整、地質(zhì)構(gòu)造單一的巖巷中進(jìn)行,或在煤巷中打穿層孔,避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道的泄壓圈及采動(dòng)影響范圍,保證有足夠的封孔深度,選擇仰角測(cè)壓孔.

(2)鉆機(jī)鉆進(jìn).用孔徑75 mm的鉆頭按選好的地點(diǎn)、方位角及傾角鉆進(jìn),鉆機(jī)鉆進(jìn)速度一定要慢,防止鉆孔偏離設(shè)計(jì)方位,直至鉆進(jìn)煤層1.5～2 m時(shí)退出鉆桿.

圖1 新型簡(jiǎn)易封孔工藝示意圖

(3)測(cè)壓管的安裝.用?15 mm管作為測(cè)壓管,每節(jié)1.5 m,在最前端采用1～2根篩孔管,并用紗網(wǎng)包起來,以防止鉆孔里的煤巖屑堵住測(cè)壓管,連接處用管箍鏈接,并纏生料帶以加強(qiáng)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(xì)桿推入到鉆孔里,并搗實(shí),要求水泥沙搗實(shí)段不小于3 m,在搗實(shí)的過程中,多次改變測(cè)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(cè)壓管管口安裝1個(gè)三通,一邊接測(cè)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(huì)通過測(cè)壓管前段的篩孔充滿整個(gè)鉆孔,待水充滿鉆孔后會(huì)自動(dòng)加壓,高壓水會(huì)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(xù)30 min以上關(guān)閉水管并放出測(cè)壓管內(nèi)的水.

(6)待測(cè)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(fēng)管往測(cè)壓氣室內(nèi)注入高壓氣體,控制好閥門,等壓力表氣壓高于預(yù)計(jì)瓦斯壓力時(shí)關(guān)閉閥門,實(shí)現(xiàn)主動(dòng)測(cè)壓.

3 應(yīng)用實(shí)例

山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)申南凹焦煤有限公司(以下簡(jiǎn)稱申南凹煤礦)位于鄉(xiāng)寧縣城東北約15 km,屬兼并重組整合礦井,礦井達(dá)到120萬t/a批準(zhǔn)生產(chǎn)能力時(shí),最大絕對(duì)瓦斯涌出量為16.79 m3/min,最大相對(duì)涌出量6.65 m3/t,雖然達(dá)不到高瓦斯標(biāo)準(zhǔn),但瓦斯已經(jīng)成為該礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問題.為準(zhǔn)確測(cè)定申南凹煤礦1＃煤層的瓦斯壓力,測(cè)壓點(diǎn)選在了20103工作面運(yùn)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(cè)定曲線如圖2所示.

圖2 瓦斯壓力測(cè)定曲線圖

由圖2可知,新型封孔工藝壓力平衡時(shí)間較傳統(tǒng)的膠囊—壓力粘液封孔平衡時(shí)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(shí)現(xiàn)固封液、液封氣、高壓封堵裂隙的主動(dòng)測(cè)壓;采用新型簡(jiǎn)易封孔技術(shù)壓力恢復(fù)階段,開始?jí)毫ι?說明未卸壓區(qū)的瓦斯繼續(xù)向測(cè)壓氣室滲流,即壓力衰減;當(dāng)壓力大于一定值時(shí),壓力開始通過煤體向已經(jīng)泄壓區(qū)域運(yùn)移,即壓力恢復(fù);等壓力恢復(fù)到接近煤體原始瓦斯壓力時(shí),壓力基本保持不變,即壓力平衡.

4 瓦斯壓力測(cè)定過程中需注意的安全問題

(1)在送入鉆孔測(cè)壓管時(shí),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(cè)壓管沿鉆孔掉下傷人、損壞設(shè)備.

(2)測(cè)定瓦斯壓力時(shí),所選瓦斯壓力表的量程應(yīng)大于煤層預(yù)估計(jì)瓦斯壓力,預(yù)估瓦斯壓力值應(yīng)占到壓力表量程的60%左右.

(3)封孔結(jié)束后,封孔處懸掛警示牌,整個(gè)封孔及測(cè)壓過程中工作人員必須站在孔口前方的側(cè)面,嚴(yán)禁人員正對(duì)孔口,防止封孔段及測(cè)壓管噴出.

(4)瓦斯測(cè)壓結(jié)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(chǎng),應(yīng)注意檢查瓦斯?jié)舛?防止引起巷道瓦斯超限.

5 結(jié)論

(1)新型簡(jiǎn)易封孔技術(shù)工藝簡(jiǎn)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(fēng)系統(tǒng)主動(dòng)測(cè)壓,最終實(shí)現(xiàn)固封液、液封氣、高壓封堵裂隙的主動(dòng)測(cè)壓.

(2)通過新型簡(jiǎn)易封孔技術(shù)在申南凹煤礦現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并與膠囊—壓力粘液封孔技術(shù)對(duì)比,得出新型簡(jiǎn)易封孔技術(shù)工藝簡(jiǎn)單,工人可操作性強(qiáng),縮短了測(cè)壓時(shí)間.

(3)新型簡(jiǎn)易封孔技術(shù)壓力恢復(fù)隨時(shí)間的推移分為3個(gè)階段,壓力升高階段,即壓力衰減;壓力降低階段,即壓力恢復(fù);壓力平穩(wěn)階段,即壓力平衡.

(4)在瓦斯壓力測(cè)定前,制定作業(yè)規(guī)程,做好相應(yīng)的安全防范措施,確保測(cè)壓工作順利進(jìn)行.

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(責(zé)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(yùn)城人,高級(jí)工程師,現(xiàn)在山西省煤炭工業(yè)廳綜合測(cè)試中心從事技術(shù)管理工作。