CN105350953A - 一种复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，包括以下步骤：步骤一：用钻头钻孔；步骤二：将孔口管送进钻孔内；步骤三：用水泥浆加固孔口管后扫孔；步骤四：做耐压试验直至试验合格；步骤五：孔口管接上法兰盘，再次进行耐压试验；步骤六：用注浆泵向钻孔内注入浆液并填满整个钻孔；用钻头扫孔到复杂地质水文带处；完全固化封堵成功后钻孔施工至穿透煤层顶板；步骤八：进行封孔测压。本发明利用膨胀水泥高压注浆处理复杂地质水文带的岩层破碎、淤泥、孔壁渗水或涌水问题，然后扫孔并穿越该复杂地质水文带直至煤层，最后封孔测压，以便获取准确的煤层瓦斯压力，解决了测压钻孔遇破碎岩体、淤泥、涌水而导致测压失败的难题。
Description
技术领域
本发明涉及矿井瓦斯防治领域，特别涉及一种复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法。
背景技术
瓦斯压力测定受多种因素的影响，煤矿井下在进行实测煤层瓦斯压力遇上复杂地质水文条件（如破碎岩体、淤泥、涌水大）时，因测压钻孔施工无法穿越其复杂地质水文带，或者穿越后出现垮孔、充满水的情况而无法形成测压室，会导致测定煤层瓦斯压力失败。
测压钻孔遇需穿越复杂地质水文带为破碎围岩带（如破碎断层带）时，则施工测压钻孔无法钻进或无法成孔型，甚至即使及时成孔后瞬间破碎岩层又挤压在一起，即塌孔现象严重，成孔率低；测压钻孔遇需穿越复杂地质水文带为淤泥带时，则施工测压钻孔就无法钻进，或即使能缓慢钻进亦无法成孔，成孔率极低；测压钻孔遇需穿越复杂地质水文带为涌水量大或与含水层沟通地带时，则测压钻孔无法封孔或封孔效果差，同时，在孔中的水压影响瓦斯压力的准确测定。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种测量周期短、钻孔的密封效果好、钻孔的成孔率高的复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，包括以下步骤：
步骤一：选好开孔位置，选用直径为a的钻头钻进5~6m深停止，退出钻杆，形成大孔径钻孔；
步骤二：扫净钻孔内岩屑后，将直径为b的带法兰盘的孔口管送进钻孔内，a>b，孔口管露出钻孔外长度为100~300mm；
步骤三：用水泥浆加固孔口管；待加固孔口管的水泥浆液凝固24~48小时后，用直径为c的钻头扫孔到6.5m处停止钻进，退出钻杆；
步骤四：用注浆泵注水对孔口管做耐压试验，耐压试验不合格则重新注浆加固，重新耐压实验，直至孔口管耐压试验合格；
步骤五：孔口管耐压实验合格后，用直径为c的钻头继续钻进；钻孔施工到接近复杂地质水文带底部时停钻，退出钻杆；孔口管接上法兰盘，再次进行耐压试验；
步骤六：耐压试验合格后，对复杂地质水文带进行处理，利用注浆泵向钻孔内注入浆液并填满整个钻孔；
步骤七：待所注浆液凝固24~48h后，用直径为c的钻头扫孔到复杂地质水文带处，如果钻进顺利，则直接钻进至煤层处，执行下一步骤；如果仍难以钻进，则退钻观察孔口是否有水流出或渗出，观察时间为30min，如果仍旧有水则返回步骤六，直至孔口不出水为止；待完全固化封堵成功后，继续钻孔施工至穿透煤层顶板深0.5m处；
步骤八：施工完钻孔后，进行封孔测压。
上述复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，所述步骤三中，加固孔口管前还包括用木楔、棉纱、快硬水泥把孔口管固定的步骤，加固用的水泥浆质量配比为水：水泥＝1：1.5。
上述复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，所述步骤三中，用水泥浆加固孔口管时，对于40°以上的仰孔，在孔壁和孔口管之间插入4分铁管，采用外壁注浆；40°以下仰孔及俯孔采用孔内注浆，将孔口管外端加上法兰盘向孔内注浆，直到孔口管外不再漏浆为止。
上述复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，所述步骤四中，耐压试验的孔口管耐压大于8MPa，耐压稳定时间不少于10min。
上述复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，所述步骤六中，若复杂地质水文带为破碎岩体或涌水量大的地带，则注入浆液为膨胀水泥，膨胀水泥的配比为水：水泥＝1：0.5~1：1.5；若复杂地质水文带为淤泥地带，则注入浆液为环氧水性固化剂。
上述复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，所述步骤八的具体步骤如下，第1步：将内径为d的高压胶管和内径为e的塑料管分别作为测压管和回浆管一同送入钻孔中，d<c，e<c，回浆管2m长一节，用接头相连，胶水密封，且末端带有回浆阀门；第2步：将长2m，内径为d的铁管作为注浆管插入钻孔中，并在其末端安装注浆阀门和高压胶管快速接头，用软管将注浆管与注浆泵连接起来；第3步：采用快干水泥对钻孔口进行密封；第4步：采用封孔材料进行注浆，待孔口快干水泥凝固后，用注浆泵把封孔材料浆液通过注浆管注入钻孔，待回浆管有浆液流出后停止注浆，并关闭注浆管上的注浆阀门；第5步：在测压管的末端安装压力表，定期观测瓦斯压力，直至瓦斯压力稳定为止。
上述复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，所述步骤八的第三步中，封孔材料的质量配比为：膨胀水泥：水＝80：110。
本发明的有益效果在于：
1、本发明利用膨胀水泥全孔高压注浆处理复杂地质水文带的岩层破碎、淤泥、孔壁渗水或涌水问题，然后扫孔并穿越该复杂地质水文带直至煤层，最后封孔测压，以便获取准确的煤层瓦斯压力，解决了测压钻孔遇破碎岩体、淤泥、涌水而导致测压失败的难题；
2、本发明采用快干水泥对钻孔口进行密封，采用膨胀水泥进行注浆，克服了普通水泥注浆凝结速度慢、收缩性强的问题，使钻孔的密封效果大大提高，缩短了测压周期；
3、仰角孔增加的回浆管路和三通，可以标定注浆位置，防止花管被堵塞；用高压胶管替代4分铁管作为测压管，使该方法更加轻便灵活。
附图说明
图1为本发明测定方法中对复杂地质水文带处治示意图。
图2为本发明煤层瓦斯压力测定采用特种膨胀水泥封孔示意图。
图中的1-底板岩巷；2-注浆泵；3-压力表；4-注浆孔口；5-法兰盘；6-棉纱；7-木楔；8-孔口管；9-复杂地质水文带底部；10-复杂地质水文带；11-测压钻孔穿过复杂地质水文带区域；12-煤层；13-煤层底板；14-煤层顶板；15-连接胶管；16-速凝水泥；17聚氨酯；18-注浆管；19-高压胶管；20-塑料管；21-封孔材料；22-花管；23-钻孔；24-托盘；25-放水器；26-浆池；27-三通。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示，本发明包括以下步骤：
步骤一：在煤层12的底板岩巷1中，施工一测压钻场5，选好开孔位置，选用直径为113mm的钻头钻进5~6m深停止，退出钻杆，形成钻孔23。
步骤二：扫净钻孔23内岩屑后，将直径为108mm的带法兰盘的孔口管8送进钻孔23内，孔口管8露出钻孔23外长度为100~300mm，以便于连接软管15连接。
步骤三：用木楔7、棉纱6、快硬水泥把孔口管8固定，用水泥浆21加固孔口管8，水泥浆21质量配比为水：水泥＝1：1.5，用水泥浆21加固孔口管8时，对于40°以上的仰孔，在孔壁和孔口管8之间插入4分铁管，采用外壁注浆；40°以下仰孔及俯孔采用孔内注浆，将孔口管8外端加上法兰盘向孔内注浆，直到孔口管8外不再漏浆为止；待加固孔口管8的水泥浆21液凝固24~48小时后，用直径为75mm的钻头扫孔到6.5m处停止钻进，退出钻杆。
步骤四：用注浆泵注水对孔口管8做耐压试验，要求孔口管8耐压大于8MPa，耐压稳定时间不少于10min，耐压试验不合格则重新注浆加固，重新耐压实验，直至孔口管耐压试验合格。
步骤五：孔口管耐压实验合格后，用直径为75mm的钻头继续钻进；钻孔23施工到接近复杂地质水文带10时停钻，退出钻杆；孔口管8接上法兰盘，再次进行耐压试验。
步骤六：耐压试验合格后，对复杂地质水文带10进行固化或胶结或注浆堵水处理，利用注浆泵向钻孔23内注入浆液并填满整个钻孔23；若复杂地质水文带10为破碎岩体或涌水量大的地带，则注入浆液为膨胀水泥，膨胀水泥的配比为水：水泥＝1：0.5~1：1.5；若复杂地质水文带10为淤泥地带，则注入浆液为环氧水性固化剂；其压力不小于8Mpa，浆液浓度可逐渐增加，初期用清水或稀水泥浆冲开裂隙通道。
步骤七：待所注浆液凝固24~48h后，用直径为75mm的钻头扫孔到复杂地质水文带10的测压钻孔穿过复杂地质水文带区域11处，如果钻进顺利，则直接钻进至煤层12的煤层底板13处，执行下一步骤；如果仍难以钻进，则退钻观察孔口是否有水流出或渗出，观察时间为30min，如果仍旧有水则返回步骤六，直至孔口不出水为止；待完全固化封堵成功后，继续钻孔施工至穿透煤层顶板14深0.5m处，如果煤层直接顶含水，钻孔23也可以不穿透煤层进入顶板。
步骤八：施工完钻孔23后，进行封孔测压。封孔测压的具体步骤如下，第1步：将内径为16mm的高压胶管19（高压胶管前段为花管22，花管22上钻有五花形小孔，便于瓦斯进入测压室）和内径为20mm的塑料管20分别作为测压管和回浆管一同送入钻孔23中，回浆管2m长一节，用接头相连，胶水密封，且末端带有回浆阀门；第2步：将长2m，内径为16mm的铁管18作为注浆管插入钻孔23中，并在其末端安装注浆阀门和高压胶管快速接头，用连接软管15将注浆管与注浆泵2连接起来；第3步：为了防止注入的浆液流出钻孔23，采用快干水泥对钻孔口进行密封；第4步：采用具有膨胀特性的封孔材料21进行注浆，封孔材料21的质量配比为：膨胀水泥：水＝80：110，待孔口快干水泥凝固后，用注浆泵2把封孔材料21浆液通过注浆管注入钻孔23，待回浆管有浆液流出后停止注浆，并关闭注浆管上的注浆阀门；第5步：在测压管的末端安装压力表3，定期观测瓦斯压力，直至瓦斯压力稳定为止。
Claims (7)
1.一种复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，包括以下步骤：
步骤一：选好开孔位置，选用直径为a的钻头钻进5~6m深停止，退出钻杆，形成钻孔；
步骤二：扫净钻孔内岩屑后，将直径为b的带法兰盘的孔口管送进钻孔内，a>b，孔口管露出钻孔外长度为100~300mm；
步骤三：用水泥浆加固孔口管；待加固孔口管的水泥浆液凝固24~48小时后，用直径为c的钻头扫孔到6.5m处停止钻进，退出钻杆；
步骤四：用注浆泵注水对孔口管做耐压试验，耐压试验不合格则重新注浆加固，重新耐压实验，直至孔口管耐压试验合格；
步骤五：孔口管耐压实验合格后，用直径为c的钻头继续钻进；钻孔施工到接近复杂地质水文带时停钻，退出钻杆；孔口管接上法兰盘，再次进行耐压试验；
步骤六：耐压试验合格后，对复杂地质水文带进行处理，利用注浆泵向钻孔内注入浆液并填满整个钻孔；
步骤七：待所注浆液凝固24~48h后，用直径为c的钻头扫孔到复杂地质水文带处，如果钻进顺利，则直接钻进至煤层处，执行下一步骤；如果仍难以钻进，则退钻观察孔口是否有水流出或渗出，观察时间为30min，如果仍旧有水则返回步骤六，直至孔口不出水为止；待完全固化封堵成功后，继续钻孔施工至穿透煤层顶板深0.5m处；
步骤八：施工完钻孔后，进行封孔测压。
2.根据权利要求1所述的复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，其特征在于：所述步骤三中，加固孔口管前还包括用木楔、棉纱、快硬水泥把孔口管固定的步骤，加固用的水泥浆质量配比为水：水泥＝1：1.5。
3.根据权利要求2所述的复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，其特征在于：所述步骤三中，用水泥浆加固孔口管时，对于40°以上的仰孔，在孔壁和孔口管之间插入4分铁管，采用外壁注浆；40°以下仰孔及俯孔采用孔内注浆，将孔口管外端加上法兰盘向孔内注浆，直到孔口管外不再漏浆为止。
4.根据权利要求1所述的复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，其特征在于：所述步骤四中，耐压试验的孔口管耐压大于8MPa，耐压稳定时间不少于10min。
5.根据权利要求1所述的复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，其特征在于：所述步骤六中，若复杂地质水文带为破碎岩体或涌水量大的地带，则注入浆液为膨胀水泥，膨胀水泥的配比为水：水泥＝1：0.5~1：1.5；若复杂地质水文带为淤泥地带，则注入浆液为环氧水性固化剂。
6.根据权利要求5所述的复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，其特征在于：所述步骤八的具体步骤如下，第1步：将内径为d的高压胶管和内径为e的塑料管分别作为测压管和回浆管一同送入钻孔中，d<c，e<c，回浆管2m长一节，用接头相连，胶水密封，且末端带有回浆阀门；第2步：将长2m，内径为d的铁管作为注浆管插入钻孔中，并在其末端安装注浆阀门和高压胶管快速接头，用软管将注浆管与注浆泵连接起来；第3步：采用快干水泥对钻孔口进行密封；第4步：采用封孔材料进行注浆，待孔口快干水泥凝固后，用注浆泵把封孔材料浆液通过注浆管注入钻孔，待回浆管有浆液流出后停止注浆，并关闭注浆管上的注浆阀门；第5步：在测压管的末端安装压力表，定期观测瓦斯压力，直至瓦斯压力稳定为止。
7.根据权利要求6所述的复杂地质条件下的煤层瓦斯压力测定方法，其特征在于：所述步骤八的第三步中，封孔材料的质量配比为：膨胀水泥：水＝80：110。
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