CN102410014B

CN102410014B - 含水围岩煤层瓦斯压力测试方法

Info

Publication number: CN102410014B
Application number: CN201110336882.5A
Authority: CN
Inventors: 雷文杰; 李韶泉; 赵发军; 冷军发; 汪国华; 薛晓晓; 孙钦昂; 张瑶
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2031-10-31
Also published as: CN102410014A

Abstract

本发明公开了一种含水围岩煤层瓦斯压力测试方法，包括如下步骤：（1）在岩层巷道内选择测压地点；（2）估计测压地点煤层厚度；（3）选择堵水煤柱厚度，堵水煤柱指煤层中钻孔后孔底至含水层之间的部分，堵水煤柱厚度指钻孔后孔底至含水围岩之间的垂直距离；（4）设计钻孔的钻进方向以及方位，根据钻孔的钻进方向与煤层走向的夹角以及煤层厚度和堵水煤柱厚度，计算煤孔长度；（5）从测压地点施工钻孔，钻孔施工进入煤层至上述设计煤孔长度后即停止钻进，钻孔施工完毕；（6）封孔测压。本发明利用煤层为不透水层的基本特征，提供一种成孔时可直接排除含水围岩（顶板或底板）影响的含水围岩煤层瓦斯压力测试方法。

Description

含水围岩煤层瓦斯压力测试方法

技术领域

本发明涉及一种含水围岩煤层瓦斯压力测试方法。

背景技术

含水围岩指的是含水层、导水层，如砂岩、灰岩等颗粒及其间隙较大并且比较致密坚硬的岩层，这类岩层导水性能强，而且在煤层直接顶板或底板岩性中非常发育。由于这些岩层致密坚硬，矿井开拓、准备巷道一般选择避开这些岩层，煤层自身是不透水层并且煤层含水量一般2%左右，煤层自身水的瓦斯压力影响可以忽略不计。煤层瓦斯压力测试位置一般要求在顶板或者底板巷道中施工穿层孔进行封孔，煤层钻孔封孔效果不好，容易漏气；瓦斯压力测试关键是气体压力，不需要其他介质压力，例如水。含水围岩煤层瓦斯压力测试必须剔除水对瓦斯压力的影响。围岩水对瓦斯压力测试结果有2钟情况：一是围岩渗透率高于煤层、围岩水压大于瓦斯压力，测试压力不到1天就达到最大值；另一种情况是围岩与煤层渗透率相当，测试压力为瓦斯和水的混合压力，判断瓦斯压力时必须扣除围岩水压。目前剔除围岩水压的方法有2种：一是从压力曲线中剔除初始快速增加段压力（即水压）；另一种是采用水、瓦斯分离装置，利用水的比重大于瓦斯，瓦斯自然向上浮动，采用专用集水罐实现水和瓦斯分离，以上方法都是间接剔除围岩水对瓦斯测试结果的影响，瓦斯与水混合压力曲线中分析水压力可操作性不强，只能是一种近似处理。由于含水或导水围岩渗透率远高于煤层，可能抑制煤层瓦斯解吸，出现水和瓦斯分离装置全部被水充满导致失效。

发明内容

本发明利用煤层为不透水层的基本特征，提供一种成孔时可直接排除含水围岩（顶板或底板）影响的含水围岩煤层瓦斯压力测试方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种含水围岩煤层瓦斯压力测试方法，包括如下步骤：（1）在岩层巷道内选择测压地点；（2）估计测压地点煤层厚度；（3）选择堵水煤柱厚度，堵水煤柱指煤层中钻孔后孔底至含水层之间的部分，堵水煤柱厚度指钻孔后孔底至含水围岩之间的垂直距离；（4）设计钻孔的钻进方向以及方位，根据钻孔的钻进方向与煤层走向的夹角以及煤层厚度和堵水煤柱厚度，计算煤孔长度；（5）从测压地点施工钻孔，钻孔施工进入煤层至上述设计煤孔长度后即停止钻进，钻孔施工完毕；（6）封孔测压。

在步骤（1）中，选择测压地点应符合《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ/T1047-2007）规定，选点位置四周的岩层巷道内应干燥，并且岩体结构完整。

在步骤（3）中，堵水煤柱厚度h的数值范围为0.5m-1.5m。

正常煤层厚度的堵水煤柱厚度h为1m；如果煤层厚度较薄，堵水煤柱厚度最低不小于0.5m。

所述钻孔为上行孔或者下行孔。

本发明所述的含水围岩煤层瓦斯压力测试方法，利用煤层为不透水层的基本特征，其次考虑煤层顶板或底板岩性，如果煤层顶板或底板为导水或含水层（如砂岩、砾岩、灰岩等），钻孔不能穿透整个煤层，并且在钻孔参数设计时预留一定厚度的堵水煤柱，这样成孔后基本完全剔除含水围岩渗水对瓦斯压力测试结果的影响。成孔时直接排除含水围岩（顶板或底板）的影响，测试孔不穿透含水围岩。本发明的特点是在成孔时直接避开含水或者导水岩层，其技术方案是首先合理选择测压地点，除符合《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ/T1047-2007）规定的选点原则外还应观察周边岩石顶板是否出现淋水、湿润等现象，如果有说明周边岩石裂隙发育导水不适合布置钻孔测压，要求巷道周边比较干燥，以排除围岩水的影响。成孔时预留堵水煤柱，煤孔不穿透煤层，测压时顶板或底板水不能进入钻孔，剔除含水或导水围岩水对测压钻孔影响，钻孔中只有煤层瓦斯压力作用。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

含水围岩煤层瓦斯压力测试方法如图1所示，测压地点位于煤层底板岩层巷道，煤层顶板岩层9为含水或导水岩层，煤层8位于煤层底板岩层6与煤层顶板岩层9之间，包括如下步骤：（1）在煤层底板岩层巷道内选择测压地点，选择测压地点应符合《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ/T1047-2007）规定，选点位置四周的岩层巷道内应干燥，无自然淋水、润湿现象，并且岩体结构完整无明显裂隙发育；（2）根据周边煤层揭露情况估计测压地点煤层厚度H，煤层厚度H的估算方法为现有技术，故不详细叙述；（3）选择堵水煤柱厚度h，堵水煤柱10指煤层8中钻孔后孔底至含水层之间的部分，在本例中，堵水煤柱10即煤层8中钻孔11孔底至煤层顶板岩层9之间的部分，堵水煤柱厚度h指钻孔后孔底至含水围岩之间的垂直距离，在本例中，堵水煤柱厚度h指钻孔后孔底至煤层顶板岩层9之间的垂直距离，正常煤层厚度H为2米左右，此时堵水煤柱厚度h为1m；（4）设计钻孔11的钻进方向以及方位，钻孔11为上行孔，根据钻孔11的钻进方向与煤层8走向的夹角以及煤层厚度H和堵水煤柱厚度h，计算煤孔长度，钻孔的水平倾角为α，在本例中，钻孔11延伸方向垂直于煤层8的走向，所以煤孔长度L为煤层厚度H扣除堵水煤柱厚度h后的长度，即L=H-h；（5）从测压地点施工钻孔11，钻孔11施工进入煤层8后至上述设计煤孔长度L即停止钻进，钻孔11施工完毕；（6）封孔测压，上形孔采取常用封孔材料进行封孔测压，对于煤层底板岩层6裂隙发育，必须采用高压封孔，不致瓦斯沿裂隙逸散：封孔时，将测压管7以及注浆管4伸入钻孔11内，测压管7伸入钻孔11底部，注浆管4伸至预订封孔深度高度，注浆管4端口低于测压管7端口，在钻孔11孔口处通过封隔器或者木楔3封堵，防止漏气，将压力表1连接测压管7，注浆管4连接注浆泵2，启动注浆泵2，往钻孔11内注浆，注浆凝结后，形成封堵材料5，防止瓦斯逸散，封堵材料5位于煤层8下方，封孔测压为现有技术，故不详细叙述。

本发明所述的含水围岩煤层瓦斯压力测试方法，为剔除顶板水的影响，煤钻孔11不穿透煤层8，在煤层8中设置堵水煤柱10，这样成孔后基本完全剔除含水围岩渗水对瓦斯压力测试结果的影响。本发明不拘泥于上述形式，堵水煤柱厚度h的数值范围可根据实际需要，选择0.5m-1.5m之间的任意数值。如果煤层厚度H较薄，堵水煤柱厚度h最低不小于0.5m。

实施例2：

含水围岩煤层瓦斯压力测试方法如图2所示，测压地点位于煤层顶板岩层巷道，煤层底板岩层6为含水或导水岩层，煤层8位于煤层底板岩层6与煤层顶板岩层9之间，包括如下步骤：（1）在煤层顶板岩层9巷道内选择测压地点，选择测压地点应符合《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ/T1047-2007）规定，选点位置四周的岩层巷道内应干燥，无自然淋水、润湿，并且岩体结构完整无明显裂隙发育；（2）根据周边煤层8揭露情况估计测压地点煤层厚度H，煤层厚度H的估算方法为现有技术，故不详细叙述；（3）选择堵水煤柱厚度h，堵水煤柱10指煤层8中钻孔后孔底至含水层之间的部分，在本例中，堵水煤柱10即煤层8中钻孔后孔底至煤层底板岩层6之间的部分，堵水煤柱厚度h指钻孔后孔底至含水围岩之间的垂直距离，在本例中，堵水煤柱厚度h指钻孔后孔底至煤层底板岩层6之间的垂直距离，正常煤层厚度H为2米左右，此时堵水煤柱厚度h为1m；（4）设计钻孔11的钻进方向以及方位，钻孔11为下行孔，根据钻孔11的钻进方向与煤层8走向的夹角以及煤层厚度H和堵水煤柱厚度h，计算煤孔长度，钻孔的水平倾角为α，在本例中，钻孔11的钻进方向垂直于煤层8的走向，所以煤孔长度L为煤层厚度H扣除堵水煤柱厚度h后的长度，即L=H-h；（5）从测压地点施工钻孔11，钻孔11施工进入煤层8后至上述设计煤孔长度L即停止钻进，钻孔11施工完毕，钻孔11为下行孔；（6）封孔测压，下形孔采取常用封孔材料进行封孔测压，对于煤层顶板岩层9裂隙发育，必须采用高压封孔，不致瓦斯沿裂隙逸散，封孔时，将钻孔11在煤层8的入口处设置用于格挡封堵材料5的挡板，将测压管7以及注浆管4伸入钻孔11内，测压管7穿过挡板伸入至钻孔11底部，注浆管4伸至预订封孔深度高度，注浆管4端口高于测压管7端口，将压力表1连接测压管7，注浆管4连接注浆泵2，启动注浆泵2，往钻孔11内注浆，注浆凝结后，形成封堵材料5，防止瓦斯逸散，封孔测压为现有技术，故不详细叙述。

本发明所述的含水围岩煤层瓦斯压力测试方法，为剔除底板水的影响，煤钻孔11不穿透煤层8，在煤层8中设置堵水煤柱10，这样成孔后基本完全剔除含水围岩渗水对瓦斯压力测试结果的影响。本发明不拘泥于上述形式，堵水煤柱厚度h的数值范围可根据实际需要，选择0.5m-1.5m之间的任意数值。如果煤层厚度H较薄，堵水煤柱厚度h最低不小于0.5m。

实施例3：

由图3所示的含水围岩煤层瓦斯压力测试方法，实施例3与实施例1的不同之处在于：在步骤（4）中，设计钻孔11的钻进方向以及方位时，钻孔11的钻进方向与煤层8的走向具有夹角β，夹角β为锐角，所以煤孔长度L与煤层厚度H、堵水煤柱厚度h以及夹角β的计算公式为：L=（H-h）/sinβ；然后，同实施例1一样，进行步骤（5）、（6）。

当然，当钻孔11为下行孔且钻孔11的钻进方向与煤层8的走向具有锐角夹角β时，煤孔长度L的计算方法与原理与实施例3相同，其余步骤与实施例2相同，故不详细叙述。

Claims

1.一种含水围岩煤层瓦斯压力测试方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）在岩层巷道内选择测压地点，选择测压地点应符合《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ/T1047-2007）规定，选点位置四周的岩层巷道内应干燥，并且岩体结构完整；（2）估计测压地点煤层厚度；（3）选择堵水煤柱厚度，堵水煤柱指煤层中钻孔后孔底至含水层之间的部分，堵水煤柱厚度指钻孔后孔底至含水围岩之间的垂直距离，堵水煤柱厚度h的数值范围为0.5m-1.5m，正常煤层厚度的堵水煤柱厚度h为1m；如果煤层厚度较薄，堵水煤柱厚度最低不小于0.5m；（4）设计钻孔的钻进方向以及方位，根据钻孔的钻进方向与煤层走向的夹角以及煤层厚度和堵水煤柱厚度，计算煤孔长度；（5）所述钻孔为上行孔或者下行孔，从测压地点施工钻孔，钻孔施工进入煤层至上述设计煤孔长度后即停止钻进，钻孔施工完毕；（6）封孔测压；上形孔采取常用封孔材料进行封孔测压，对于煤层底板岩层裂隙发育，必须采用高压封孔，不致瓦斯沿裂隙逸散：封孔时，将测压管以及注浆管伸入钻孔内，测压管伸入钻孔底部，注浆管伸至预订封孔深度高度，注浆管端口低于测压管端口，在钻孔孔口处通过封隔器或者木楔封堵，防止漏气，将压力表连接测压管，注浆管连接注浆泵，启动注浆泵，往钻孔内注浆，注浆凝结后，形成封堵材料，防止瓦斯逸散，封堵材料位于煤层下方；下形孔采取常用封孔材料进行封孔测压，对于煤层顶板岩层裂隙发育，必须采用高压封孔，不致瓦斯沿裂隙逸散，封孔时，将钻孔在煤层的入口处设置用于格挡封堵材料的挡板，将测压管以及注浆管伸入钻孔内，测压管穿过挡板伸入至钻孔底部，注浆管伸至预订封孔深度高度，注浆管端口高于测压管端口，将压力表连接测压管，注浆管连接注浆泵，启动注浆泵，往钻孔内注浆，注浆凝结后，形成封堵材料，防止瓦斯逸散。