精确测定煤层瓦斯压力方法研究

【摘要】几十年来, 国内外煤与瓦斯突出预测常用的方法有单项指标法、地质统计资料法和综合指标法等。但这些方法都存在局限性,预测结果的可靠性、准确性和时效性远远不能满足矿井生产和安全管理的需要。本文对此提出了新的测定煤层瓦斯压力方法，对于煤与瓦斯突出的危险性的对策有重要的意义。

【关键词】煤层;瓦斯;精确测定;方法

0.引言

中国广泛采用的测压工艺一般是在石门或岩巷中进行,通过岩柱向未开采的煤层施工测压钻孔,孔中放置测压管,将钻孔密封后在测压管一端安装压力表,经过一段时间的压力平衡就可以得出瓦斯压力值。针对该测压工艺,国内外在煤层瓦斯压力测定方面已经得出了黄泥--水泥测压法、胶圈(囊)--压力黏液测压法、注浆测压法等不同的测压方法。但这些方法只适用于不含水的煤岩层,含水、渗水的煤岩层的瓦斯压力的测定问题一直是煤层瓦斯压力测定的一个难题。

1.现行技术及存在问题分析

由于煤岩层含有水,测压管中充满了水,水压过大时有可能损坏压力表,并且煤层瓦斯压力无法准确测定,所施工钻孔只能作废。在井下,测压钻孔的成本是非常高的,一旦某个钻孔作废而无法测出该处煤层瓦斯压力,不仅浪费了大量人力、财力、时间等,更重要的是给瓦斯治理工作带来困难。

围绕煤层瓦斯测压过程中出现水压的问题,许多学者及专家在最近几年得出了几种方法,具体分析如下:①通过测压管的流量,运用伯努利方程结合模拟实验间接计算煤层瓦斯压力:此方法误差较大,只是模拟数据而没有经过实际应用检验,对现场工作只能起指导作用。②深孔一次注水泥浆封孔:该工艺适用于岩壁裂隙较不发育、出水点少且位置距孔口比较浅的测压钻孔;同时,由于受测算注浆量精度及水泥与水比例的影响,准确封堵渗水裂隙比较困难。③有机高分子化合物马丽散、聚氨酯等作为封孔材料,化学合成材料封孔,多见于国外煤矿煤层注水和瓦斯抽放孔的封孔技术,在国内的生产还处于初步发展阶段,质量不稳定,达不到预定的封孔效果,同时价格昂贵,经济上不合理。

2.煤岩层水压分类

在煤层瓦斯压力测定时遇到的水压可分为裂隙水和其他水体(如溶洞水、老空积水等)。在地质条件判断不准的时候,施工测压钻孔时可能会遇到流量较大的溶洞水、老空积水等地下水。这种情况容易造成井下水害,所选定的打钻地点不符合测定煤层瓦斯压力的要求,需要重新选点。存在这种问题的含水煤岩层根本无法进行瓦斯压力测定,也可以说与测定瓦斯压力无关,笔者研究的是裂隙水对测定瓦斯压力的影响。

测定煤层原始瓦斯压力要求测定点附近无特殊的地质构造,所测煤层具有代表性。此种情况下,测压钻孔所遇到的地层水大多数都属裂隙水。在有水的情况下测定出的压力数值,实际上是地层水与煤层瓦斯的平衡压力,不是任何情况下都可作为煤层瓦斯压力。如果煤层水或含水岩层在原始条件下已与煤层相通,这时测定出的瓦斯压力是水与瓦斯的平衡压力;如果煤层与含水岩层之间有良好的隔水层,施工测压钻孔形成的通路使得水压与瓦斯压力形成的小范围平衡不是原始的平衡力,需要采取相应的剔除水压的有效措施进行煤层瓦斯压力测定。

3.煤层瓦斯测压水压剔除

3.1实践经验分析

在进行大量的煤层瓦斯压力测定时,经常遇到测压钻孔出现水压的情况。把测得数据及出现水压的情况进行统计分析发现了一个规律:在利用上行孔进行煤层瓦斯压力测定时,压力表稳定后打开测压管端的阀门,可以看到先是排水后是排气;在利用下行孔进行煤层瓦斯压力测定时,压力表稳定后打开测压管端的阀门,可以看到先是排气后是排水。鉴于这个现场实践发现的规律,为解决煤层瓦斯压力测定过程中出现水压的问题,利用重力学的相关知识并设想把水放出来,含水煤岩层瓦斯压力测定方法为准确测定煤层原始瓦斯压力提供可靠的保障。

3.2煤层瓦斯压力测定水压剔除

在含水煤岩层瓦斯压力测定时,水压在不同方向钻孔(上行孔和下行孔)的放出机理不同,笔者分别用了上行孔煤层瓦斯测压水压剔除仪和下行孔煤层瓦斯测压水压剔除仪 。

3.2.1上行孔煤层瓦斯测压水压剔除

以下结合图1上行孔煤层瓦斯测压水压剔除仪结构示意图,对该作详细说明:

图1 上行孔煤层瓦斯测压水压剔除仪结构示意图

(1)如图1所示,将测压管安装至预定的封孔深度,并安装好注浆管, 在孔口用聚氨酯或木楔等封住;根据封孔深度确定膨胀不收缩水泥的使用量,按一定比例配好封孔水泥浆,用压气注浆器或泥浆泵一次连续将封孔水泥浆注入钻孔内。

(2)注浆24 h后,按照图1所示装上“三通”、压力表、Ⅰ阀门、集水罐、Ⅱ阀门;并且保证压力表的位置始终高于集水罐的位置。

(3)当在煤层瓦斯压力测定过程中钻孔内出现了水压,水在自重作用下通过测压管流进集水罐内;在放水时为避免瓦斯溢出,在打开Ⅱ阀门之前先关闭Ⅰ阀门;水流完后,关闭Ⅱ阀门后再打开Ⅰ阀门。

(4)可以多次重复放水,发现集水罐的出口端有气泡溢出立即关闭Ⅱ阀门打开Ⅰ阀门,放水完毕。

3.2.2下行孔煤层瓦斯测压水压剔除仪以下结合图2下行孔煤层瓦斯测压水压剔除仪结构示意图,对该作详细说明:

图2 下行孔煤层瓦斯测压水压剔除仪结构示意图

首先把放水管绑在测压管上,要求测压管进气端的位置高于放水管的进水端位置2m以上。把蘸有聚氨酯液的麻布缠在放水管与测压管设计好的位置处后,接着把该装置安装至钻孔预定深度。然后连接好注浆泵开始注浆。

钻孔内的积水流向钻孔底部,瓦斯气体在水的上部产生很大的压力,水在压力作用下流进放水管。安排专门人员进行放水,可以多次重复放水,发现放水管的出水端有气泡溢出立即关闭阀门,放水完毕。

4.现场应用对比分析 （下转第32页）

（上接第88页）某煤层的瓦斯压力在1～2MPa之间,差别不是很大。为了对比分析含水煤岩层瓦斯压力测定技术的应用效果及其优越性,在高位瓦斯排放巷施工了一组瓦斯压力测试孔,在打钻的过程中有出水现象,经过取样分析确定是岩层水而不是煤层水,选择有代表性的测试钻孔进行放水前后瓦斯压力对比分析,瓦斯压力对比分析见表1。

表1 瓦斯压力对比分析

从瓦斯压力的对比可以看出, 1号、2号、3号钻孔在瓦斯压力测定过程中出现水压,压力大于2.5MPa,远远高于其他测试点的瓦斯压力,可见瓦斯压力测试不准确;经过利用水压剔除仪的放水作用后,瓦斯压力在1.7MPa左右,和其他测试点的瓦斯压力基本相符。可见,水压剔除仪能把测压孔中的水放出来,消除了水压对瓦斯压力的影响,可以准确测定煤层瓦斯压力,是煤矿安全生产的重要保障。

5.结论

(1)在进行含水煤岩层瓦斯压力测定时,首先要探测煤层地质情况, 明白瓦斯和水压的关系,不要盲目去堵水。

(2)在煤层瓦斯压力测定所遇到的水压可分为裂隙水和其它水体, 溶洞水、老空积水等容易产生水灾,为不考虑的情况。

(3)如果煤层水或者含水岩层在原始条件下已与煤层相通,这时测定出的瓦斯压力是水与瓦斯的平衡压力,可作为煤层原始瓦斯压力。如果煤层与含水岩层之间有良好的隔水层,这时测定出的压力值就不能代表煤层瓦斯压力。

(4)在现场煤层瓦斯压力测定遇到水压时,打开上行孔测压管端的阀门可以看到先是排水后是排气;打开下行孔测压管端的阀门可以看到先是排气后是排水。

【参考文献】

［１］俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992: 10-11.

［２］林柏泉,崔恒信.矿井瓦斯防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998:5-17.