煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法

1、煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法前言煤層的瓦斯壓力是礦井瓦斯基本參數(shù)之一，它對(duì)于確定煤層瓦斯含量，進(jìn)行礦井瓦斯涌出治理，瓦斯抽放以及煤與瓦斯突出的防治等工作均具有十分重要的意義。在治理礦井瓦斯的長期實(shí)踐中，已探索出了許多井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法，在這些測定方法中，多數(shù)準(zhǔn)確度高、易操作，但也有不少的測定方法其準(zhǔn)確度低、可靠性差。因此，有必要對(duì)煤層瓦斯壓力的測定方法進(jìn)行規(guī)范，并在此基礎(chǔ)上制定煤礦井下煤層瓦斯壓力直接測定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)的制定以測定方法的可靠性為主，兼顧其可操作性及已使用的程度，同時(shí)考慮瓦斯壓力測定的最新科研成果。本標(biāo)準(zhǔn)遵循煤炭工業(yè)部頒布的煤礦安全規(guī)程和防治煤與瓦斯突出細(xì)則

2、等文件的有關(guān)規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)由煤炭工業(yè)部科技教育司提出。本標(biāo)準(zhǔn)由煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：煤炭科學(xué)研究總院重慶分院。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：許英威、杜子健。本標(biāo)準(zhǔn)委托煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)煤礦瓦斯防治及設(shè)備分會(huì)負(fù)責(zé)解釋。1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了煤礦井下直接測定煤層瓦斯壓力的原理、設(shè)備材料、儀表以及打鉆、封孔、測壓等工藝的要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于煤礦井下直接測定煤層瓦斯壓力（簡稱瓦斯壓力測定）。2引用標(biāo)準(zhǔn)下列標(biāo)準(zhǔn)包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí)，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。JJG5271工業(yè)用單圈管彈簧

3、式壓力表、真空表和真空壓力表檢定規(guī)程國家技術(shù)監(jiān)督局防治煤與瓦斯突出細(xì)則19950501煤炭工業(yè)部氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程19891222勞動(dòng)部3測定原理通過鉆孔揭露煤層，安設(shè)測定儀表并密封鉆孔，利用煤層中瓦斯的自然滲透原理測定在鉆孔揭露處達(dá)到平衡的瓦斯壓力。4方法分類41按測壓方式分411主動(dòng)測壓法鉆孔封完孔后，通過鉆孔向被測煤層充入補(bǔ)償氣體達(dá)到瓦斯壓力平衡而測定煤層瓦斯壓力的測壓方法。補(bǔ)償氣體可選用高壓氮?dú)猓∟2）,高壓二氧化碳?xì)怏w（CO2）或其他惰性氣體。補(bǔ)償氣體的充氣壓力應(yīng)略高于預(yù)計(jì)煤層瓦斯壓力。412被動(dòng)測壓法鉆孔封完孔后，通過被測煤層瓦斯的自然滲透，達(dá)到瓦斯壓力平衡而測定其瓦斯壓力的測壓方法

4、。42按封孔材料分421黃泥、水泥封孔測壓法封孔材料為黃泥，水泥或黃泥水泥混合物，封孔方式為手工操作，主要適用于石門揭煤的瓦斯壓力測定。422膠囊密封粘液封孔測壓法封孔材料為膠囊、密封粘液，封孔方式為手工操作。適用于松軟巖層或煤巷瓦斯壓力測定。423注漿封孔測壓法封孔材料為膨脹不收縮水泥漿加粘液，封孔方式為壓氣注漿器或泥漿泵注漿封孔。適用于井下各種條件下的瓦斯壓力測定，特別適用于近距離煤層群分煤層的瓦斯壓力測定。5設(shè)備材料、儀表及工具51鉆孔設(shè)備：打鉆孔用的鉆機(jī)可根據(jù)實(shí)際情況選用，其能力必須應(yīng)滿足測壓鉆孔長度的要求，鉆頭直徑選用（）65090mm。52材料：木楔，壓力表聯(lián)接頭，密封墊，密封帶以

5、及真空密封膏。53儀表：壓力表量程為預(yù)計(jì)煤層瓦斯壓力的15倍，準(zhǔn)確度優(yōu)于15級(jí)，必須符合JJG52的規(guī)定。54工具：管鉗，扳手，剪刀，皮尺，水桶，螺絲刀，手工封孔送料管。55用黃泥、水泥封孔測壓法時(shí)，還需：黃泥將質(zhì)地致密可塑性好的粘土制成兩端頭呈球狀，通過陰干，烤或曬，使其外皮半干，里面濕軟；水泥不低于425#；黃泥水泥混合物由黃泥和水泥按適當(dāng)比例混合；速凝水泥凝結(jié)時(shí)間w20min;管材（）6X1mm紫銅管，（）6mm尼龍管，（）3mm鐵管，以及相應(yīng)聯(lián)接頭；其他木塞，擋板，鐵絲，肥皂。56用膠囊密封粘液封孔測壓法時(shí)，還需：密封粘液；密封粘液罐和壓力水罐用于預(yù)計(jì)的煤層瓦斯壓力小于5MPa時(shí)的封孔

6、，液壓和水壓由液態(tài)CO2提供；封孔器組件進(jìn)液管、進(jìn)水管、測壓管、膠囊及測定儀表。57用注漿封孔測壓法時(shí)，還需：手搖注液泵；壓氣注漿器用于測壓鉆孔長度小于20m時(shí)的封孔注漿，其容量應(yīng)大于封20m鉆孔所需的水泥漿容量，動(dòng)力為井下壓縮空氣；泥漿泵宜用柱塞泥漿泵，其流量為2050L/min,壓力為34MPa；密封粘液密封粘液由骨料、填料和粘液混合而成。密封粘液（封堵間隙為不大于4mm）的配方為：化學(xué)漿糊粉（淀粉+防腐劑）與水的比例（質(zhì)量比）1：16制成粘液，骨料與粘液的比例（體積比）為1:8,填料與粘液的比例（體積比）為1:16。其中骨料由粒度為0.51.0,1.02.5,2,55.0mm的爐渣按體積

7、比1:2:3混合而成；填料由0.250.5,0.51,1.02.5mm的鋸末按體積比1:1:1均勻混合而成；膨脹不收縮水泥漿由膨脹不收縮水泥與水（井下清潔水）按一定比例制成；測壓管、注漿管（。13mm鐵管）及附件。58用主動(dòng)測壓法時(shí)，還需：高壓儲(chǔ)氣罐必須符合勞動(dòng)部氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程的要求；充氣聯(lián)接裝置必須聯(lián)接方便、可靠；補(bǔ)償氣體高壓N2,高壓CO2氣體或其他惰性氣體。6瓦斯壓力測定工藝61測定地點(diǎn)的選擇611同一地點(diǎn)應(yīng)打兩個(gè)測壓鉆孔，鉆孔口距離應(yīng)在其相互影響范圍外，其見煤點(diǎn)的距離除石門測壓外應(yīng)不小于20m。石門揭煤瓦斯壓力測定按防治煤與瓦斯突出細(xì)則（簡稱細(xì)則）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。612除在煤巷中測定

8、本煤層瓦斯壓力外，測定地點(diǎn)應(yīng)選擇在石門或巖巷中。613鉆孔應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動(dòng)影響范圍。614測定煤層原始瓦斯壓力的見煤點(diǎn)應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道、采動(dòng)及抽放等的影響范圍。615選擇瓦斯壓力測定地點(diǎn)應(yīng)保證有足夠的封孔深度。616瓦斯壓力測定地點(diǎn)宜選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，行人少且便于安設(shè)保護(hù)柵欄的地方。62測定方法的選擇621測壓處巖石堅(jiān)硬、少裂隙，可采用黃泥、水泥封孔測壓法。6，22在松軟巖層及煤巷中測定煤層的瓦斯壓力時(shí)：鉆孔長度W15m時(shí)應(yīng)采用膠囊一密封粘液封孔測壓法；鉆孔長度>15m時(shí)應(yīng)采用注漿封孔測壓法。623豎井揭煤可時(shí)用注漿封孔測壓法。石門揭煤的測壓，按細(xì)則的有關(guān)

9、規(guī)定進(jìn)行。624測定鄰近煤層的瓦斯壓力或煤層群分層測壓應(yīng)時(shí)用注漿封孔測壓法。625測壓時(shí)間充足時(shí)，宜時(shí)用被動(dòng)測壓法。測壓時(shí)間較短時(shí)，應(yīng)時(shí)用主動(dòng)測壓法。63鉆孔施工631鉆孔的開孔位置應(yīng)選在巖石（煤壁）完整的位置。632鉆孔施工應(yīng)保證鉆孔平直、孔形完整，穿層測壓鉆孔宜穿煤層全厚。633鉆孔施工好后，應(yīng)立即清洗鉆孔，保證鉆孔暢通。634在鉆孔施工中應(yīng)準(zhǔn)確記錄鉆孔方位、傾角、長度、鉆孔開始見煤長度及鉆孔在煤層中長度，鉆孔開鉆時(shí)間、見煤時(shí)間及鉆畢時(shí)間。64封孔641鉆孔施工完后應(yīng)在24h內(nèi)完成封孔工作。642準(zhǔn)備工作：6421按選用的封孔方法準(zhǔn)備好封孔材料、儀表、工具等。6422檢查測壓管是否通暢及其

10、與壓力表聯(lián)接的氣密性。6，423鉆孔為下向孔時(shí)應(yīng)將鉆孔水排除。643封孔深度：6431封孔深度應(yīng)超過鉆孔施工地點(diǎn)巷道的影響范圍，并滿足以下要求：a）黃泥、水泥封孔測壓法的封孔深度應(yīng)不小于5m;b）膠囊一密封粘液封孔測定本煤層瓦斯壓力的封孔深度應(yīng)不小于10m;c）注漿封孔測壓法的封孔深度不小于12m,煤層群分層測壓時(shí)則應(yīng)封堵至被測煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板；d）應(yīng)盡可能加長測壓鉆孔的封孔深度。6.4.3.2本煤層測壓孔封孔應(yīng)保證其測壓氣室長不小于1.5m,穿層測壓孔的封孔不宜超過被測煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板。644黃泥、水泥封孔測壓法封孔步驟：a）如圖1所示，將擋板固定在測壓管的端頭，然后送至預(yù)定

11、的封孔深度；b）用送料管將封孔材料送至擋板處，輕輕搗實(shí)將測壓管固定住，然后將黃泥或水泥團(tuán)逐步送入孔中，并用送料管將其搗實(shí)，一直到孔口。在封孔的過程中，每隔1m左右打入一個(gè)木塞；c）在距孔口0.5m處用速凝水泥封孔，孔口用木楔固定；d）封孔24h后，安裝壓力表。速般水泥黃土木塞1一壓力表；2三通；3木楔；4測壓管；5擋板；6煤層圖1黃泥、水泥封孔測壓法示意圖6. 4.5膠囊一密封粘液封孔測壓法封孔步驟：a）如圖2所示，在測壓地點(diǎn)先將封孔器組裝好，將其放入預(yù)計(jì)的封孔深度，在鉆孔孔口安裝好阻退楔，聯(lián)接好封孔器與密封粘液罐、壓力水罐，裝上各種控制閥，安裝好壓力表；b）啟動(dòng)壓力水罐開關(guān)向膠囊充壓力水，待

12、膠囊膨脹封住鉆孔后開啟密封粘液罐往鉆孔的密封段注入密封粘液，密封粘液的壓力應(yīng)略高于煤層預(yù)計(jì)的瓦斯壓力。456781三通；2壓力表；3密封粘液罐；4一阻退楔；5輸液管；6膠囊1; 7密封粘液；8膠囊2; 9 一壓力水罐；10 一鉆孔圖2膠囊一密封粘液封孔測壓示意圖7. 4.6注漿封孔測壓法封孔步驟：鉆孔直徑為（）6575mm,鉆孔長度為1570m。封孔步驟為：a）如圖3所示，將測壓管安裝至預(yù)定的封孔深度，在孔口用木楔封住，并安裝好注漿管；b）根據(jù)封孔深度確定膨脹不收縮水泥的使用量，按一定比例配好封孔水泥漿，用壓氣注漿器或泥漿泵一次連續(xù)將封孔水泥漿注入鉆孔內(nèi)；c）注漿48h后，通過測壓管用手搖注液

13、泵將粘液注入鉆孔內(nèi)；d）撤下手搖注液泵，在孔口安裝三通及壓力表。1注液泵；2三通；3壓力表；4木楔；5測壓管；6煤層；7粘液；8水泥；9注漿管；10一注漿泵圖3注漿封孔測壓封孔示意圖7瓦斯壓力觀測與確定7. 1測壓管理7. 1.1必須設(shè)專人負(fù)責(zé)瓦斯壓力的測定工作。7. 1.2在瓦斯壓力測定過程中，應(yīng)作好各種參數(shù)及施工情況的記錄。8. 2觀測主動(dòng)測壓法應(yīng)每天觀測一次，被動(dòng)測壓法應(yīng)至少3天觀測一次。在觀測中發(fā)現(xiàn)瓦斯壓力值變化較大，則應(yīng)增加觀測次數(shù)。記錄表的格式如表1。表1瓦斯壓力測定記錄表礦井測壓地點(diǎn)煤層名稱煤層厚度煤層傾角見煤標(biāo)高見煤埋深開鉆時(shí)間見煤時(shí)間鉆畢時(shí)間封孔時(shí)間封孔深度孔號(hào)鉆孔參數(shù)巖孔長m煤孔長m封孔長m備注方位度傾角度長度m時(shí)間壓力MPa時(shí)間壓力MPa測定人員審核7.3瓦斯壓力觀測時(shí)間采用主動(dòng)測壓法時(shí)，當(dāng)煤層的瓦斯壓力小于4MPa時(shí)需510d;當(dāng)煤層的瓦斯壓力大于4MPa時(shí)，貝U需2040d。被動(dòng)測壓法時(shí)，則視煤層的瓦斯壓力及透氣性大小的不同，需30d以上。7.4瓦斯壓力的確定7.4.1將觀測結(jié)果