煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法

　　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，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會被修訂，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。

　　JJG 52—71 工業(yè)用單圈管彈簧式壓力表、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 1995—05—01 煤炭工業(yè)部

　　氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程 1989—12—22 勞動部

　　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

　　4.1 按測壓方式分

　　4.1.1 主動測壓法

　　鉆孔封完孔后，通過鉆孔向被測煤層充入補償氣體達(dá)到瓦斯壓力平衡而測定煤層瓦斯壓力的測壓方法。補償氣體可選用高壓氮氣(N2)，高壓二氧化碳?xì)怏w(CO2)或其他惰性氣體。補償氣體的充氣壓力應(yīng)略高于預(yù)計煤層瓦斯壓力。

　　4.1.2 被動測壓法

　　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。

　　4.2 按封孔材料分

　　4.2.1 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。

　　4.2.2 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。

　　4.2.3 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

　　5.1 鉆孔設(shè)備：

　　打鉆孔用的鉆機可根據(jù)實際情況選用，其能力必須應(yīng)滿足測壓鉆孔長度的要求，鉆頭直徑選用φ650～90mm。

　　5.2 材料：

　　木楔，壓力表聯(lián)接頭，密封墊，密封帶以及真空密封膏。

　　5.3 儀表：

　　壓力表 量程為預(yù)計煤層瓦斯壓力的1.5倍，準(zhǔn)確度優(yōu)于1.5級，必須符合JJG 52的規(guī)定。

　　5.4 工具：

　　管鉗，扳手，剪刀，皮尺，水桶，螺絲刀，手工封孔送料管。

　　5.5 用黃泥、水泥封孔測壓法時，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)時間≤20min;

　　管材φ6×1 mm紫銅管，φ6mm尼龍管，φ3mm鐵管，以及相應(yīng)聯(lián)接頭;　其他 木塞，擋板，鐵絲，肥皂。

　　5.6 用膠囊—密封粘液封孔測壓法時，還需：密封粘液;

　　密封粘液罐和壓力水罐 用于預(yù)計的煤層瓦斯壓力小于5 MPa時的封孔，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。

　　5.7 用注漿封孔測壓法時，還需:手搖注液泵;壓氣注漿器 用于測壓鉆孔長度小于20m時的封孔注漿，其容量應(yīng)大于封20m鉆孔所需的水泥漿容量，動力為井下壓縮空氣;　泥漿泵 宜用柱塞泥漿泵，其流量為20～50L/min，壓力為3～4MPa;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4 mm)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0.5～1.0，1.0～2.5，2.5～5.0mm的爐渣按體積比1：2：3混合而成;填料由0.25～0.5，0.5～1，1.0～2.5 mm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(φ13 mm鐵管)及附件。

　　5.8 用主動測壓法時，還需：

　　高壓儲氣罐 必須符合勞動部《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

　　6.1 測定地點的選擇

　　6.1.1 同一地點應(yīng)打兩個測壓鉆孔，鉆孔口距離應(yīng)在其相互影響范圍外，其見煤點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。

　　6.1.2 除在煤巷中測定本煤層瓦斯壓力外，測定地點應(yīng)選擇在石門或巖巷中。

　　6.1.3 鉆孔應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動影響范圍。

　　6.1.4 測定煤層原始瓦斯壓力的見煤點應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道、采動及抽放等的影響范圍。

　　6.1.5 選擇瓦斯壓力測定地點應(yīng)保證有足夠的封孔深度。

　　6.1.6 瓦斯壓力測定地點宜選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，行人少且便于安設(shè)保護(hù)柵欄的地方。

　　6.2 測定方法的選擇

　　6.2.1 測壓處巖石堅硬、少裂隙，可采用黃泥、水泥封孔測壓法。

　　6，2.2 在松軟巖層及煤巷中測定煤層的瓦斯壓力時：

　　鉆孔長度≤15m時應(yīng)采用膠囊—密封粘液封孔測壓法;

　　鉆孔長度>15m時應(yīng)采用注漿封孔測壓法。

　　6.2.3 豎井揭煤可采用注漿封孔測壓法。

　　石門揭煤的測壓，按《細(xì)則》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

　　6.2.4 測定鄰近煤層的瓦斯壓力或煤層群分層測壓應(yīng)采用注漿封孔測壓法。

　　6.2.5 測壓時間充足時，宜采用被動測壓法。

　　測壓時間較短時，應(yīng)采用主動測壓法。

　　6.3 鉆孔施工

　　6.3.1 鉆孔的開孔位置應(yīng)選在巖石(煤壁)完整的位置。

　　6.3.2 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。

　　6.3.3 鉆孔施工好后，應(yīng)立即清洗鉆孔，保證鉆孔暢通。

　　6.3.4 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，鉆孔開鉆時間、見煤時間及鉆畢時間。

　　6.4 封孔

　　6.4.1 鉆孔施工完后應(yīng)在24h內(nèi)完成封孔工作。

　　6.4.2 準(zhǔn)備工作：

　　6.4.2.1 按選用的封孔方法準(zhǔn)備好封孔材料、儀表、工具等。

　　6.4.2.2 檢查測壓管是否通暢及其與壓力表聯(lián)接的氣密性。

　　6，4.2.3 鉆孔為下向孔時應(yīng)將鉆孔水排除。

　　6.4.3 封孔深度：

　　6.4.3.1 封孔深度應(yīng)超過鉆孔施工地點巷道的影響范圍，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—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。

　　6.4.4 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)定的封孔深度;

　　b)用送料管將封孔材料送至擋板處，輕輕搗實將測壓管固定住，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，一直到孔口。在封孔的過程中，每隔1 m左右打入一個木塞;

　　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。

　　6.4.5 膠囊—密封粘液封孔測壓法封孔步驟：

　　a)如圖2所示，在測壓地點先將封孔器組裝好，將其放入預(yù)計的封孔深度，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)啟動壓力水罐開關(guān)向膠囊充壓力水，待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)計的瓦斯壓力。

　　1—三通;2—壓力表;3—密封粘液罐;4—阻退楔;5—輸液管;6—膠囊1;7—密封粘液;8—膠囊2;9—壓力水罐;10—鉆孔

　　圖2 膠囊—密封粘液封孔測壓示意圖

　　6.4.6 注漿封孔測壓法封孔步驟：

　　鉆孔直徑為φ65～75 mm，鉆孔長度為15～70m。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。

　　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。

　　7.2 觀測

　　主動測壓法應(yīng)每天觀測一次，被動測壓法應(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。

　　7.3 瓦斯壓力觀測時間

　　采用主動測壓法時，當(dāng)煤層的瓦斯壓力小于4 MPa時需5～10d;當(dāng)煤層的瓦斯壓力大于4 MPa時，則需20～40d。

　　被動測壓法時，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)果繪制在以時間(d)為橫坐標(biāo)，瓦斯壓力(MPa)為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上，當(dāng)測壓時間達(dá)到7.3的規(guī)定，如壓力變化小于0.005MPa/d，測壓工作即可結(jié)束;否則，應(yīng)延長測壓時間。

　　7.4.2 對于上向測壓鉆孔，在結(jié)束測壓工作、撤卸表頭時(撤表頭時應(yīng)制定相應(yīng)的安全措施)，應(yīng)測量從鉆孔中放出的水量，根據(jù)鉆孔參數(shù)、封孔參數(shù)計算出鉆孔水的靜水壓力，并從測定壓力中扣除。

　　對水平及下向測壓孔則以測定值作為瓦斯壓力值。

　　7.4.3 同一地點以最高瓦斯壓力作為測定結(jié)果。