CN109709297A - 基于下向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种基于下向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法。所述方法通过施工单个下向穿层钻孔同时获得多煤层煤样，在实验室分别测得煤样吸附常数、水分、灰分、孔隙容积等参数，同时现场通过分层封孔测压获得多煤层瓦斯压力值，从而通过间接法计算获得多煤层瓦斯含量。本发明测压效果好、施工成本低、材料简单易得，能够有效解决单独测定煤层群瓦斯含量施工量大、测定成本高等问题。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种煤层瓦斯含量的间接测定方法，尤其是基于下向钻孔实现多煤层瓦斯含量同时测定的方法，适用于多煤层地质条件下施工下向穿层钻孔运用间接法测定上组煤层群瓦斯含量的技术领域。
背景技术
我国煤炭赋存地质条件复杂，随着煤炭开采深度加大，煤层瓦斯含量和压力增大，瓦斯灾害危险性增高，瓦斯灾害防治是保障煤炭安全开采工作中的重中之重。煤层瓦斯含量值是鉴定矿井瓦斯等级、评价煤层的煤与瓦斯突出危险性以及制定瓦斯抽采方案的重要指标之一。测定煤层瓦斯含量是瓦斯灾害防治以及煤层气开发利用工作过程中的一项必要内容。
煤层瓦斯含量测定包含直接测定和间接测定两种方式，间接法是依据所取煤样实验室实验数据和现场测定数据计算得到煤层瓦斯含量。现有煤层瓦斯含量的间接测定装置和方法中，每个钻孔只能测定一个煤层的瓦斯压力从而间接得到一个煤层瓦斯含量。我国煤炭多呈煤层群条件赋存，如若测定下组煤层群瓦斯含量，只能通过施工若干个钻孔后逐个封孔测定、计算得出，费时费力且成本较高。因此，如何准确、便捷、经济、实用的实现多煤层瓦斯含量同时测定，是摆在科研工作者和现场工程技术人员面前的一道难题。
发明内容
针对现有煤层群瓦斯含量测定方法的局限性，本发明目的是提供一种准确、便捷、经济、实用的基于下向钻孔实现多煤层瓦斯含量同时测定的方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
a.选定无地质构造的且稳定的位置，利用钻机施工下向穿层钻孔，打钻过程中钻头到达目标煤层时退钻换取芯管，分别钻取两层煤的煤样m和煤样n；
b.利用下向分层封孔装置及方法封孔，等待瓦斯压力稳定；
c.将煤样带回实验室，在实验室进行工业分析及压汞实验，得到吸附常数、水分、灰分、孔隙容积等参数；
d.瓦斯压力稳定后，井下读取各煤层瓦斯压力数值；
e.利用瓦斯含量计算公式计算得出各煤层瓦斯含量。
本发明具有如下有益效果：
a.本发明能够准确测定出煤层瓦斯压力值，以及煤层的煤样参数，并间接得到煤层瓦斯含量，解决了两层或多层下组煤层群瓦斯含量同时准确测定的难题。
b.本发明仅通过一个下向穿层钻孔即可测定两层或多层煤层的瓦斯含量，能够有效节省钻孔施工数量及时间，大大节省了瓦斯含量测定成本。
c.本发明涉及的施工材料普通、易获取，施工工艺简单易行，实用性强。
附图说明
图1是本发明的流程图，图2是本发明的封孔示意图。
图2中，1-注浆泵，2、3-测压管，4、5-注浆管，6-水泥砂浆填充室，7、9-岩层，8、10-煤层，11、13-气室，12-水和钻屑，14、16、18-法兰盘，15、17、19-隔离囊袋，20-瓦斯压力表，21、22、23-球阀。
具体实施方式
本发明提出了一种基于下向钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法。结合附图1和2所示，基于下向钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法包括步骤阐述如下：
a.选定无地质构造的且稳定的位置，利用钻机施工下向穿层钻孔，打钻施工穿过最远端煤层10底板3-5m，打钻过程中钻头到达目标煤层时退钻换取芯管，分别钻取两层煤的煤样m和煤样n，用于实验室实验，以得到煤样吸附常数、水分、灰分等参数。打钻过程中记录穿层情况，根据打钻过程中记录的煤层8、10和岩层7、9的厚度，确定注浆管4、5和测压管2、3的各段安装长度，并确定法兰盘14、16、18与隔离囊袋15、17、19在套管上的安装位置。钻孔施工完毕后，利用井下压风装置，将孔内积水吹出；
b.根据钻孔的穿层情况，向钻孔内连接测压管2，长度1-2m；
c.在已连接的测压管2末端连接法兰盘14，法兰盘应该与测压管2固定，避免后续安装过程中滑脱；
d.在法兰盘14上端测压管2上安装隔离囊袋15并固定，确保在安装过程中不与测压管发生相对位移，隔离囊袋15长度在1m为宜，作用是封堵下方水泥砂浆填充室6的水泥砂浆，以避免注浆时水泥砂浆流入气室11；
e.连接延长测压管2，并行安装注浆管4，此段注浆管4安装长度小于岩层9的厚度1m-2m；
f.待注浆管4达到预定长度时，将测压管2、注浆管4穿过法兰盘16并固定，在法兰盘16 上端测压管2、注浆管4上安装隔离囊袋17并固定，确保在安装过程中不与测压管2、注浆管4 发生相对位移，隔离囊袋17长度为1m为宜；
g.连接延长测压管2、注浆管4，待此段安装长度将达到煤层8厚度时并行安装测压管3，测压管3安装长度为1-2m；
h.将测压管2、注浆管4、测压管3穿过法兰盘18并固定，在法兰盘16上端测压管2、注浆管4、测压管3上安装隔离囊袋19并固定，确保在安装过程中不与四分管发生相对位移，隔离囊袋19长度为1m为宜；
i.连接延长测压管2、注浆管4、测压管3，并不断将套管下入钻孔，直至法兰盘14至煤层10顶板处，此时法兰盘16的位置为煤层8底板，法兰盘18位置为煤层8顶板，测压管2下端头位置为煤层10中，测压管3位置为煤层8中，注浆管4位置为岩层9中，达到预定位置后将套管在孔口固定；
j.连接注浆管5至隔离囊袋19上方1-2m，同时准备注浆泵，混制水泥砂浆；
k.将注浆泵1与注浆管4通过球阀23连接，打开球阀23并开始注浆，注浆量根据注浆位置体积确定，待注浆完成后关闭球阀23；
l.将注浆泵1与注浆管5连接并开始注浆，待注浆量达到注浆位置体积或孔口开始返浆时停止注浆，注浆时根据砂浆位置逐步撤出注浆管5直至完全撤出；
m.注浆36-48小时待水泥砂浆凝固后，通过球阀21、球阀22分别连接瓦斯压力表，并保持球阀21、球阀22打开状态，开始测压。
n.待瓦斯压力稳定后，读取瓦斯压力表示数，得到煤层瓦斯压力值Pm、Pn，并记录读数时对应的瓦斯绝对温度Tm、Tn；
0.在实验室进行煤样m、n的工业分析实验，得到煤样的吸附常数值am、bm、an、bn，煤中水分Wm、Wn，煤中灰分Am、An；
p.在实验室进行压汞实验，测定得到煤样的孔隙容积Vm、Vn；
q.采用间接法计算煤层瓦斯含量。将上述步骤中测定的煤层瓦斯压力、吸附常数、水分、灰分煤样的孔隙容积等参数带入计算公式，得到煤层瓦斯含量值。间接法计算煤层瓦斯含量的公式如下：
式中：Xx——煤的吸附瓦斯含量，m3/t；Xy——煤的游离瓦斯含量，m3/t；a、b——煤的吸附常数值，m3/t、MPa-1；V——单位重量煤的孔隙容积，m3；P——煤层瓦斯压力值，MPa；T——瓦斯的绝对温度，K；t0——实验室测定煤的吸附常数时的实验温度，℃；t——煤层温度，℃；W——煤中水分，％；W——煤中灰分，％；ξ——对应温度、压力下的瓦斯压缩因子；e——自然对数底，e＝2.718；T0，P0———标准状态下的绝对温度、压力，273K，0.101325MPa。
Claims (3)
1.一种基于下向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，应包含如下步骤：
a、选定无地质构造的且稳定的位置，利用钻机施工下向穿层钻孔，打钻过程中钻头到达目标煤层时退钻换取芯管，分别钻取两层煤的煤样A和煤样B；
b、利用下向分层封孔装置及方法封孔，等待瓦斯压力稳定；
c、将煤样带回实验室，在实验室进行工业分析及压汞实验，得到吸附常数、水分、灰分、孔隙容积等参数；
d、瓦斯压力稳定后，井下读取各煤层瓦斯压力数值；
e、利用瓦斯含量计算公式计算得出各煤层瓦斯含量。
2.一种基于下向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，能够准确测定出煤层瓦斯压力值，以及煤层的煤样参数。
3.一种基于下向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，仅通过一个下向穿层钻孔即可测定两层或多层煤层的瓦斯含量，能够有效节省钻孔施工数量及时间，大大节省了瓦斯含量测定成本。
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