CN103742129A - 松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法 - Google Patents

Abstract

一种松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法，在煤层中打一个浅孔，放入一个孔口管，用水泥浆将其在煤层中固定。然后通过孔口管打钻，直达煤层深部，退出钻杆，注入混合的A,B两种浆液，使得钻孔周围的煤体固化，再沿着原钻孔重新打钻，超过注桨深度3～5m。退出钻杆，向钻孔中插入一个带有瓦斯管和水管的胶囊封孔装置，顺序接上推杆，将其推至钻孔注桨深度附近。在孔口，将瓦斯管和水管分别与法兰盖上的接头相连，再将法兰盖固定在孔口管上，用手动泵通过水管接头向钻孔内的胶囊封孔装置注水，使其膨胀封住钻孔。再通过法兰盖上的注桨阀门注入高压水泥浆，将瓦斯管接头接上压力表，即可测定松软煤层的瓦斯压力，该方法测定设备简单，操作简便。

Description

松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法

技术领域

本发明涉及松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法，尤其适用于在松软煤层周边无岩石巷道且只有煤层巷道的条件下测定煤层的瓦斯压力，也适用于突出煤层鉴定及突出煤层区域的划分，属于煤矿安全领域。

背景技术

众所周知，煤与瓦斯突出是发生在含高压瓦斯的软煤中的一种动力现象，一旦出现突出，经常会危及煤矿工人的性命。提前对一定范围内的煤层进行鉴定，或者对某一范围内的煤层进行突出区域划分，给出该范围内煤层在开采过程中是否会发生煤与瓦斯突出的结论，对于确定矿井设计类型，提前采取防突措施，改善煤矿管理方法，避免突出带来的危害，具有重要的作用。在进行煤层突出鉴定和突出区域划分的过程中，常常要测定煤层的瓦斯压力，这是衡量煤层是否突出的一个重要指标。目前煤矿井下普遍采用的瓦斯压力测定方法有：1)黄泥封孔法；2)水泥砂浆封孔法；3)粘液封孔器法，通过近距离的岩层巷道向煤层打钻，将管子布置在钻孔中，把钻孔封上后，钻孔里端形成一个测压室，管子外端连接压力表，静待压力上升稳定，即可测得煤层的瓦斯压力。在这些封孔方法中，以粘液封孔器法效果较好，它的原理是以两个胶囊封堵中间的粘液，再以粘液封堵测压气室的瓦斯，确保测压气室中的瓦斯不泄漏，缺点是封堵的距离在10～20米左右。水泥砂浆封孔的优点是可以封堵较深钻孔，缺点是水泥砂浆凝固较慢，凝固期间测压室中的瓦斯易散失，压力稳定时间较长。但在遇到有些矿井没有合适的岩石巷道,只有煤层巷道且煤层松软的条件时，采用上述方法都难以测得准确的煤层瓦斯压力值。原因是松软煤层打钻后，受地应力的破坏，钻孔很难形成规则的圆形，粘液封孔器放不到位，此外，钻孔周边煤体裂隙相互沟通，测压室的高压瓦斯可以绕开封孔段向巷道空间泄漏。因此，通过松软煤层钻孔准确测定煤层瓦斯压力是现场急需解决的一大难题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种方法简单、测量准确度高、效果好的松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法及其装置。

技术方案：本发明的通过松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法，包括在测定地点垂直于煤巷的帮壁上打一个直径为120～150mm、深为6～10m的钻孔，将外端带有高压法兰盘的长为6～10m、Ф114×5mm的孔口管送入钻孔内，孔口管外露长为200～300mm；用水泥浆与水玻璃一起注入孔口管与煤孔之间的缝隙中，以固定孔口管，直至孔口管外不跑浆为止；待孔口管加固的水泥浆凝固8h后，用Ф75mm的钻头扫孔钻进6～10m后停止，退出钻杆，然后用注浆泵注水进行孔口管耐压试验，要求耐压大于当地地下水压，耐压稳定时间不小于30min，耐压试验达要求后方可钻进，不合格则重新注浆加固，重做耐压试验，直至孔口管耐压试验合格；孔口管耐压试验合格后，用Ф75mm钻头顺钻孔向前打钻，直至预定的深度；其特征在于，还包括如下步骤：

（1）在孔口管处将法兰盖与法兰盘用螺栓连接紧固,通过法兰盖上的注浆阀门向钻孔周围的煤体注入A料B料两种有机化学混和浆液，使松软煤体形成固化带，A料B料两种有机化学混和浆液的注入量以将钻孔周围1～2m范围内的煤体的孔隙填满固化为准；

（2）待A料B料两种化学注浆液凝固后，用Ф75mm钻头扫孔钻进，超过注浆深度3～5m后停钻，向钻孔内通入风或水冲洗钻孔中的煤屑，退出钻杆；

（3）将连接有瓦斯管和水管的胶囊封孔装置后部用推杆逐段连接，从孔口管处逐渐推入钻孔，直至进入第一次打钻深度位置；

（4）将孔内的瓦斯管和水管与法兰盖上的瓦斯管接头和水管接头连接，再将法兰盖与孔口管上的法兰盘用螺栓连接紧固；

（5）将手压泵上的出水口与法兰盖上的水管接头相连，向第一次打钻深度位置处的胶囊中注入压力水，压力达到3～5MPa，使胶囊膨胀，预封住钻孔；

（6）再将法兰盖上的注浆阀门与高压注浆泵相连，向钻孔内注入高压水泥浆，压力高于当地地下水压；

（7）将压力表与孔外法兰盖上的瓦斯管接头相连，静待瓦斯压力上升，记录每天的瓦斯压力值，压力值稳定20天后，即可将压力表拆除；

（8）在压力表拆除的过程中，仔细观察瓦斯管中涌出的是气体还是水，如果是气体，则取最终稳定値作为该孔有效瓦斯压力值；若几乎是水，且压力较大，与当地地下水压相近，表明该处煤层内含水，表明所测得的是地下水压，则该孔的压力测定数据无效；

（9）在附近另打一钻孔，重复上述过程，测定该煤层的瓦斯压力；

若两个钻孔的压力测定数据都有效，则取两个有效数据中偏大的瓦斯压力值为作为该煤层测定点的瓦斯压力；

若两个钻孔中只有一个钻孔的压力测定数据有效，则取有效钻孔测定的瓦斯压力值作为该煤层测定点的瓦斯压力；

若两个钻孔中的压力测定数据均无效，则再在附近另打一钻孔，重复上述过程，最终确定该煤层的瓦斯压力。

有益效果：本发明松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法，主要用于只有煤层巷道的条件下测定松软煤层的瓦斯压力。在测定前，先在松软煤层中进行注桨，固化煤层，然后进行二次钻孔，创造一个把胶囊封孔装置送入煤层的条件。胶囊膨胀后，将胶囊封孔装置前方的测压室与煤层巷道隔开，通过孔口管上的法兰盖向胶囊封孔装置后部的钻孔注入高压水泥浆，将封堵所有的裂隙通道，确保与测压室相连的外部瓦斯压力表上测定出的是煤层的真实压力。的现场实验取得了很好的效果。向煤层深处的钻孔送入胶囊封孔装置后，注入高压水泥浆，充填二次打钻过程中形成的裂隙，保证测压钻孔及周围的煤体不会漏气；同时避免煤层中地下水压对测压结果产生影响。通过在松软煤层中布置长钻孔，能够测定50m以远测点的煤层瓦斯压力，能够减少因施工顶(底)板岩石测压钻场增加的巷道工程量。其方法简单，测量准确度高，效果好，具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明的松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的系统布置图。

图2为本发明的胶囊封孔装置结构图。

图3为瓦斯压力测定的工作流程图。

图中：1-堵头一，2-胶囊，3-堵头二，4-瓦斯管，5-注水管，6-推杆；7-孔口管；8-法兰盘；9-法兰盖；10-瓦斯管接头；11-水管接头；12-注浆阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

图1所示，本发明的松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法，先对煤层钻孔周围的煤体进行过化学注浆固化，然后在固化的煤层中重新钻孔，将胶囊封孔装置置于煤层深处，注水膨胀封住钻孔，胶囊封孔装置里面钻孔形成一个测压室，用于与煤层内的压力气体沟通。胶囊封孔装置又与外部的孔口管及法兰盖构成一个封闭空间，用于注入高压水泥桨；通过凝固的水泥浆与胶囊封堵严密封堵钻孔，确保瓦斯压力测定准确。本发明松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法具体步骤如下：

第一步：在松软煤层测定地点垂直于煤巷的帮壁上打一个直径为120～150mm、深为6～10m的钻孔，将外端带有高压法兰盘8的长为6～10m、Ф114×5mm的孔口管7送入钻孔内，孔口管7外露段长为200～300mm；

第二步：用水泥浆与水玻璃一起注入孔口管7与钻孔之间的缝隙中，以固定孔口管7，直至孔口管外不跑浆为止；

第三步：待孔口管7加固的水泥浆凝固8h后，用Ф75mm的钻头扫孔钻进6～10m后停止，退出钻杆，然后用注浆泵注水进行孔口管7的耐压试验，要求耐压大于当地地下水压，耐压稳定时间不小于30min，耐压试验合格后方可钻进，不合格则重新注浆加固，重做耐压试验，直至孔口管耐压试验合格为止；

第四步：孔口管7耐压试验合格后，用Ф75mm钻头顺钻孔向前打钻，直至预定深度；

第五步：在孔口管处将法兰盖9与法兰盘8用螺栓连接紧固,通过法兰盖9上的注浆阀门12向钻孔中注入A料B料两种有机化学混和浆液，通过压力渗入松软煤体，使之形成固化带，注入的压力以A料B料两种有机化学混和浆液将钻孔周围1～2m范围内的煤体的孔隙填满固化为准；

第六步：待A料B料两种化学注浆液凝固后，用Ф75mm钻头扫孔钻进，超过第一次打钻设定深度3～5m后停钻，向钻孔内通入风或水冲洗钻孔中的煤屑，之后退出钻杆；

第七步：将连接有瓦斯管4和注水管5的胶囊封孔装置后部用推杆逐段连接，从孔口管7处逐渐推入钻孔，直至进到第一次打钻深度位置；所述的胶囊封孔装置包括堵头一1、胶囊2、堵头二3、瓦斯管4、注水管5、推杆6、孔口管7及法兰盖9；堵头一1，胶囊2和堵头二3贯通瓦斯管4，瓦斯管4用于连通煤层测压室与钻孔外面的压力表，以测定煤层的瓦斯压力；堵头二3上连接注水管5,用于向胶囊封孔装置注入压力水，以使胶囊膨胀,预先封住钻孔，如图2所示；

第八步：将钻孔内的瓦斯管4和注水管5与法兰盖9上的瓦斯管接头10和水管接头11连接，再将法兰盖9与孔口管7上的法兰盘8用螺栓连接紧固；

第九步：将手压泵上的出水口与法兰盖9上的水管接头11相连，向钻孔内的胶囊中注入压力水，压力水的压力为3～5MPa，使胶囊膨胀，预封住钻孔；这样可以在注桨封孔后马上将瓦斯管连接上压力表，防止测压室周围的煤体内瓦斯大量逸散，加快孔内瓦斯压力上升。

第十步：再将法兰盖9上的注浆阀门12与设在煤层巷道中的高压注浆泵相连，向钻孔内注入高压水泥浆，压力高于当地地下水压；以封堵钻孔和二次打钻过程中形成的裂隙，水泥浆凝固后，钻孔主要靠水泥浆封住钻孔；

第十一步：将压力表与孔外法兰盖9上的瓦斯管接头10相连，静待瓦斯压力上升，记录每天的瓦斯压力值，压力值稳定20天后，拆除压力表；

第十二步：在压力表拆除的过程中，仔细观察瓦斯管中涌出的是气体还是水，如果是气体，则取压力表最终稳定値作为该孔有效瓦斯压力值；若几乎是水，且压力较大，与当地地下水压相近，表明该处煤层内含水，表明压力表所测得的是地下水压，则该孔的压力测定数据无效；

第十三步：在附近另打一钻孔，重复上述过程，测定该煤层的瓦斯压力；

若两个钻孔的压力测定数据都有效，则取两个有效数据中偏大的瓦斯压力值为作为该煤层测定点的瓦斯压力；

若两个钻孔中只有一个钻孔的压力测定数据有效，则取有效钻孔测定的瓦斯压力值作为该煤层测定点的瓦斯压力；

若两个钻孔中的压力测定数据均无效，则再在附近另打一钻孔，重复上述过程，最终确定该煤层的瓦斯压力。

Claims (1)

1.一种松软煤层钻孔测定煤层瓦斯压力的方法,包括在测定地点垂直于煤巷的帮壁上打一个直径为120～150mm、深为6～10m的钻孔，将外端带有高压法兰盘的长为6～10m、Ф114×5mm的孔口管送入钻孔内，孔口管外露长为200～300mm；用水泥浆与水玻璃一起注入孔口管与煤孔之间的缝隙中，以固定孔口管，直至孔口管外不跑浆为止；待孔口管加固的水泥浆凝固8h后，用Ф75mm的钻头扫孔钻进6～10m后停止，退出钻杆，然后用注浆泵注水进行孔口管耐压试验，要求耐压大于当地地下水压，耐压稳定时间不小于30min，耐压试验达要求后方可钻进，不合格则重新注浆加固，重做耐压试验，直至孔口管耐压试验合格；孔口管耐压试验合格后，用Ф75mm钻头顺钻孔向前打钻，直至预定的深度；其特征在于，还包括如下步骤：

（1）在孔口管处将法兰盖与法兰盘用螺栓连接紧固,通过法兰盖上的注浆阀门向钻孔周围的煤体注入A料B料两种有机化学混和浆液，使松软煤体形成固化带，A料B料两种有机化学混和浆液的注入量以将钻孔周围1～2m范围内的煤体的孔隙填满固化为准；

（2）待A料B料两种化学注浆液凝固后，用Ф75mm钻头扫孔钻进，超过第一次打钻设定注浆深度3～5m后停钻，向钻孔内通入风或水冲洗钻孔中的煤屑，退出钻杆；

（3）将连接有瓦斯管和水管的胶囊封孔装置后部用推杆逐段连接，从孔口管处逐渐推入钻孔，直至进入第一次打钻深度位置；

（4）将孔内的瓦斯管和水管与法兰盖上的瓦斯管接头和水管接头连接，再将法兰盖与孔口管上的法兰盘用螺栓连接紧固；

（5）将手压泵上的出水口与法兰盖上的水管接头相连，向第一次打钻深度位置处的胶囊中注入压力水，压力达到3～5MPa，使胶囊膨胀，预封住钻孔；

（6）再将法兰盖上的注浆阀门与高压注浆泵相连，向钻孔内注入高压水泥浆，压力高于当地地下水压；

（7）将压力表与孔外法兰盖上的瓦斯管接头相连，静待瓦斯压力上升，记录每天的瓦斯压力值，压力值稳定20天后，即可将压力表拆除；

（8）在压力表拆除的过程中，仔细观察瓦斯管中涌出的是气体还是水，如果是气体，则取最终稳定値作为该孔有效瓦斯压力值；若几乎是水，且压力较大，与当地地下水压相近，表明该处煤层内含水，表明所测得的是地下水压，则该孔的压力测定数据无效；

（9）在附近另打一钻孔，重复上述过程，测定该煤层的瓦斯压力；

若两个钻孔的压力测定数据都有效，则取两个有效数据中偏大的瓦斯压力值为作为该煤层测定点的瓦斯压力；

若两个钻孔中只有一个钻孔的压力测定数据有效，则取有效钻孔测定的瓦斯压力值作为该煤层测定点的瓦斯压力；

若两个钻孔中的压力测定数据均无效，则再在附近另打一钻孔，重复上述过程，最终确定该煤层的瓦斯压力。

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