注漿封孔法測定煤層瓦斯壓力在平溝煤礦的應用

1、煤礦安全注漿封孔法測定煤層瓦斯壓力在平溝煤礦的應用張金山 王政偉 周連春 王瑞智 孫寶雷( 內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)工程學院, 內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市, 014010)摘 要 介紹了煤層瓦斯壓力測定中的注漿封孔工藝, 并在平溝煤礦的 9# 、10# 、16#煤層進行了現(xiàn)場應用, 得出了各煤層的瓦斯壓力隨煤層底板等高線變化的擬合曲線以及各煤層瓦斯梯度,結(jié)果表明, 9# 、10# 、16# 煤層的瓦斯壓力梯度分別為 0 0484 M Pa/ 100 m、0 1255 M Pa/ 100 m、3 162關(guān)鍵詞 注漿封孔法中圖分類號T D712 3M Pa/ 100m。煤層瓦斯壓力文獻標識碼瓦斯梯度 平溝煤礦B

2、Application of grouting hole sealing for coal seam methanepressure testing in Pinggou Coal MineZhang Jinshan, Wang Zhengw ei, Zhou Lianchun, Wang Ruizhi, Sun Baolei( School of M ining Engineering, Inner M ongo lia U niv er sity o f Science and T echnolo gy, Bao to u, Inner M ong olia auto no mous re

3、gion 014010, China)Abstract T he author s of this paper present an acco unt about the g routing for hole sealing technolo gy desig ned for use in testing coal seam m ethane g as pressure. T his technolog y is put toactual applicatio n in # 9 coal seam, # 10 coal seam and # 16 co al seam in Ping gou

4、Coal M ine. This application pr oduces the fitting curv e of methane pressure in different coal seams that chan ges w ith the co al seam flo or contour as w ell as ever y coal seam s mine gas gradients. The results show that the mine gas pr essure gr adients are 0. 0484MPa/ 100m , 0. 1255MPa/ 100m a

5、nd 3.162MPa/ 100m , r espectively.Key wordsg routing for hole sealing method, co al seam gas pressure, g as gradient, Ping gouCoal M ine煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的氣斯壓力方法是根據(jù)煤層瓦斯流動規(guī)律、煤層透氣性體壓力, 即氣體作用于孔隙壁的壓力。它是煤層瓦系數(shù)、瓦斯解吸規(guī)律、煤層瓦斯含量系數(shù)曲線以及斯賦存與涌出的最基本的參數(shù), 在研究煤與瓦斯突在測壓地點附近測定的煤層瓦斯涌出量或統(tǒng)計采掘出、瓦斯涌出和瓦斯抽采時, 煤層瓦斯壓力是非常中的涌出量等參數(shù),

6、 通過計算, 推測出該地點的瓦重要的基本參數(shù)之一。煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯壓力; 利用直接測定法進行煤層瓦斯壓力測定斯含量的主要因素,當煤的吸附瓦斯能力相同時,時, 先用鉆機由巖層或煤層巷道向預定測量煤層瓦煤層瓦斯壓力越高,煤中所含瓦斯量也就越大。它斯壓力的地點打 1 個鉆孔, 然后在鉆孔中放置測壓不僅決定著煤層瓦斯含量與涌出量的大小, 而且對裝置, 再將鉆孔嚴密封閉堵塞并將壓力表和測壓裝于合理地進行通風設(shè)計起著重要的作用。因此, 準置相連來測出瓦斯壓力。直接測壓法的技術(shù)關(guān)鍵是確測定煤層瓦斯壓力是十分必要的。鉆孔封閉的質(zhì)量, 其封孔方法可分為填料法和封孔1 煤層瓦斯壓力測定器法兩類。根據(jù)封孔

7、器的結(jié)構(gòu)特點, 封孔器又可分為膠圈、膠囊和膠圈 粘液等幾種類型。目前測定煤層瓦斯壓力的方法有兩種, 一是間此次在平溝煤礦進行 9# 、10# 、16# 煤層瓦斯接測定方法, 二是直接測定方法。間接測定煤層瓦壓力測定是按照煤炭行業(yè)標準 M T / T638- 1996100中國煤炭第 36 卷第 6 期2010 年 6 月!煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法 的規(guī)定進行, 采用注漿封孔測壓法 ( 填料封孔法的一種) , 見圖 1 和圖 2。封孔材料采用水泥漿或馬麗散。1 1測壓地點選擇進行煤層瓦斯壓力測定時, 最好在距煤層一定距離的巖石巷道打穿層鉆孔進入煤層進行測定。測定地點還要盡量避開大的斷層

8、、褶曲、裂隙帶以及其它地質(zhì)構(gòu)造帶, 鉆孔周圍煤層應處于原始狀態(tài),且需保證鉆孔的巖石段完好。具體操作應根據(jù)礦井開拓布置、煤層賦存情況和井下風、水、電等實際條件來選擇確定。根據(jù)平溝煤礦巷道布置情況,目前沒有適合布置 9# 煤層瓦斯壓力測點的巖巷。所以, 此次 9# 煤層瓦斯壓力測定所有測點均布置在本煤層巷道, 利用本煤層鉆孔進行測定。1 2 測定方法如圖 1 和圖 2 所示, 進行瓦斯壓力測定時, 首先在鉆場內(nèi)向測壓煤層打鉆孔, 穿透煤層全厚, 鉆孔打至煤層頂板 ( 或底板) 500m m 處。鉆孔施工好后, 立即清洗鉆孔, 保證鉆孔暢通, 然后插入測壓管至預定的深度, 再用木塞將鉆孔嚴密封閉,

9、用泥漿泵 ( 或可控式注射儀) 向孔內(nèi)注入預定量的水泥漿 ( 或馬麗散) 。封完孔 24 h 后, 在測壓管上安裝壓力表, 并定期觀測壓力值, 待壓力升至最高值并穩(wěn)定 5 d 后, 壓力表指示的即為煤層瓦斯壓力。測壓管選用 4 分管, 封孔材料為水泥漿或馬麗散。2 瓦斯壓力測定結(jié)果按照上述方法, 分別對 9# 、10# 及 16# 煤層的瓦斯壓力進行測定, 各測定鉆孔參數(shù)及瓦斯壓力測定結(jié)果見表 1。表 1瓦斯壓力測定鉆孔施工布置參數(shù)及測定結(jié)果表孔號孔深孔徑傾角終孔點方位角封孔長見煤斜表壓力絕對瓦斯封孔備注/ m/ mm/#標高/ m/#度/ m長/ m/ M Pa壓力/ M P a方式16#

10、- 12175- 51115550459800 10水泥漿處于風化帶16# - 216575- 51115550507 55 250020 12水泥漿處于風化帶16# - 325575- 40102609010 27 41351 45水泥漿16# - 42775- 4010249418077 41081 18水泥漿16# - 520375- 4510078527011 7152262 36水泥漿16# - 62275- 451006642709102452 55水泥漿16# - 730775- 45105491471080830 93水泥漿16# - 830775- 4510549147108

11、0700 80水泥漿9# - 15075- 410318715028280220 32馬麗散鉆孔漏氣9# - 25075510318718030300680 78馬麗散9# - 350755990 5515028280700 80馬麗散9# - 45075- 5990 55200222200 10馬麗散鉆孔漏氣10# - 113575- 351027311606600 10水泥漿鉆孔漏氣10# - 21575- 35102731200880280 38水泥漿10# - 313575- 35995 44160660320 42水泥漿10# - 41575- 35995 44200880080 1

12、8水泥漿鉆孔漏氣注漿封孔法測定煤層瓦斯壓力在平溝煤礦的應用1013 各煤層瓦斯壓力梯度通過對煤層瓦斯壓力測定結(jié)果分析得出, 在同一礦區(qū)地質(zhì)條件基本不變的情況下, 瓦斯帶內(nèi)煤層的瓦斯壓力隨著深度的增加而增大, 二者呈線性關(guān)系。通常煤層瓦斯壓力隨深度的變化程度用瓦斯壓力梯度來表示。瓦斯壓力梯度是指煤層賦存深度每增加 100m 時瓦斯壓力的平均增加值, 一般采用下式計算。C =100( P 2 - P 1 )( 1)H 2 - H 1式中: C煤層瓦斯壓力梯度, MPa/ 100m;P1 、P 2在煤層底板標高 H 1 、H 2處的瓦斯壓力, M Pa;H 1 、H 2煤層瓦斯壓力值為 P1 、P2

13、 時測壓點的煤層底板標高,m。3 1 9#煤層瓦斯壓力梯度對 9# 煤層瓦斯壓力的測定是通過在中組煤軌道下山的兩個不同地點各設(shè)兩個測點進行的, 分別測定出煤層底板標高 1031 87 m 和 990 55 m 處的煤層瓦斯壓力, 測定結(jié)果見表 1。由表 1 可知, 9# - 1 和 9# - 4 鉆孔的瓦斯壓力測定值小于同標高點。由于這 4 個測點均是在煤層中封孔進行測定, 故推斷 9# - 1 和 9# - 4 測點由于封孔段處在裂隙范圍內(nèi)導致鉆孔漏氣, 故在進行瓦斯壓力梯度計算時, 將它們作為不可靠測值,不參與瓦斯壓力梯度計算。剔除不可靠數(shù)據(jù)后, 對瓦斯壓力測定結(jié)果進行線性回歸, 得出 9

14、# 煤層瓦斯壓力隨煤層底板標高的變化規(guī)律如圖 3 所示。煤層底板標高,100m 。由式 2 和圖 3 可以看出, 圖 3 中所擬合出的直線的斜率即為 9# 煤層的瓦斯壓力梯度, 故 9# 煤層的瓦斯壓力梯度為 0 0484 M Pa/ 100m。3 210# 煤層瓦斯壓力梯度對 10# 煤層瓦斯壓力的測定, 是通過在中組煤軌道下山的兩個不同地點各設(shè)兩個測點進行的, 分別測定出煤層底板標高+ 1027 31 m 和+ 995 44 m處的煤層瓦斯壓力, 測定結(jié)果見表 1。由測定結(jié)果可以看出, 10# - 1 和 10# - 4 測定鉆孔的瓦斯壓力測定值小于同標高點, 這是由于封孔段處在裂隙范圍內(nèi)

15、導致鉆孔漏氣, 故在進行瓦斯壓力梯度計算時, 將它們作為不可靠測值, 不參與瓦斯壓力梯度計算。剔除不可靠數(shù)據(jù)后, 對瓦斯壓力測定結(jié)果進行線性回歸, 得出 10# 煤層瓦斯壓力隨煤層底板標高的變化規(guī)律 ( 見圖 4) 。從圖中可以看出, 10# 煤層瓦斯壓力隨煤層底板的降低而升高, 其關(guān)系式為:P = - 0 1255H + 1 6694( 3)式中符號意義同前。圖 4 中所擬合出的直線的斜率即為 10# 煤層的瓦斯壓力梯度, 故 10# 煤層的瓦斯壓力梯度為0 1255 M Pa/ 100m。從表1 中的測定結(jié)果還可以看出, 10# 煤層的瓦斯壓力小于同標高范圍內(nèi)的 9# 煤層的瓦斯壓力, 這

16、主要是由于受到了本礦現(xiàn)有條件的限制。10# 煤層的瓦斯壓力測定地點處于 9# 煤層的開采影響范圍內(nèi), 9# 煤層的開采使 10# 煤層的瓦斯部分釋放, 所測定 10# 煤層的瓦斯壓力為其殘存瓦斯壓力。圖 39# 煤瓦斯壓力隨煤層底板標高的變化規(guī)律從圖 3 中可以看出, 9# 煤層瓦斯壓力隨煤層底板的降低而升高, 其關(guān)系式為:P = - 0 0484H + 1 2795 ( 2) 式中: P 煤層瓦斯壓力, MPa;H 煤層瓦斯壓力值為 P 值時測壓點的圖 410# 煤瓦斯壓力隨煤層底板標高的變化規(guī)律3 316# 煤層瓦斯壓力梯度對 16# 煤層瓦斯壓力的測定, 是通過在聯(lián)絡巷、1401 軌道下

17、山下 60 m、1401 軌道下山下 344 m和 1401 帶式輸送機巷距停采線 180 m 的4 個不同地點各設(shè)兩個測點進行的, 分別測定出不102中國煤炭第 36 卷第 6 期2010 年 6 月同煤層底板標高處的瓦斯壓力, 測定結(jié)果見表 1, 由測定結(jié)果可以看出, 16# - 1 和 16# - 2 測定鉆孔的瓦斯壓力僅為 0 1 M Pa 和 0 12 M Pa。相關(guān)研究表明, 當瓦斯壓力低于 0 15 MPa 時, 煤層處于瓦斯風化帶內(nèi), 故可以認為 16# - 1 和 16# - 2 測點處的 16# 煤層處于瓦斯風化帶內(nèi), 所以其瓦斯壓力很低。因此, 在進行瓦斯壓力梯度計算時,

18、 這兩個測定值不參與瓦斯壓力梯度計算。對其余的瓦斯壓力測定結(jié)果進行線性回歸, 得出 16# 煤層瓦斯壓力隨煤層底板標高的變化規(guī)律, 如圖 5 所示。從圖中可以看出, 16# 煤層瓦斯壓力隨煤層底板的降低而升高, 其關(guān)系式為 :P = - 3 162H + 34 089( 4)式中符號意義同前。圖 5 16# 煤瓦斯壓力隨煤層底板標高的變化規(guī)律圖 5 中所擬合出的直線的斜率即為 16# 煤層的瓦斯壓力梯度, 故 16# 煤層的瓦斯壓力梯度為3 162 M Pa/ 100m。4 瓦斯壓力測定結(jié)果分析平溝煤礦采用下行開采, 采掘巷道布置在煤層內(nèi), 目前沒有合適的地點打穿層鉆孔測定 9# 煤層的瓦斯壓

19、力, 所以其測壓鉆孔均布置在本煤層內(nèi), 采用馬麗散封孔進行測定。在煤層內(nèi)進行瓦斯壓力測定結(jié)果的準確性在很大程度上取決于煤層裂隙的發(fā)育狀況, 9# - 1 及 9# - 4 鉆孔的瓦斯壓力值遠小于同標高測點, 這是由于 9# 煤層測壓孔的封孔段處存在裂隙導致鉆孔漏氣, 致使瓦斯壓力值偏小, 因此在進行瓦斯壓力梯度計算時這兩個值不參與計算。10# 煤層的瓦斯壓力測定是通過從 9# 煤層打下向穿層鉆孔進行, 但由于 10# 煤層與 9# 煤層的層間距平均只有 4 35 m , 該測壓鉆孔附近的 10# 煤層瓦斯已經(jīng)部分釋放, 所以瓦斯壓力較低。尤其是 10# - 1 及 10# - 4 鉆孔的瓦斯壓力值比同標高測點低很多, 很可能是鉆孔與較大的裂隙溝通, 導致瓦斯泄露, 在進行 10# 煤層瓦斯壓力梯度計算時這兩個值也不參與計算。16# 煤層的測壓鉆孔是從 14# 煤層