CN111894558B - 一种煤层低瓦斯压力精准测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于瓦斯检测领域，涉及一种煤层测量瓦斯压力的方法，具体是指一种煤层低瓦斯压力精准测量的方法。步骤S101，合理布置压力测压孔与检测孔；步骤S102，设计并钻取检测孔，封闭围岩裂隙，消除围岩水影响；步骤S103，对比检测孔与测压孔测量得到的瓦斯压力，验证常规钻孔测压数据有效性，并根据需要补充压力测试点；步骤S104，以压力测试点为控制，以瓦斯地质规律为指导，绘制煤层瓦斯压力分布等值线图，评价煤层瓦斯压力分布特征。该方法可以有效消除围岩高渗透裂缝及地层水影响，在较低瓦斯压力区域获取准确测试数值，在三软煤层发育区域识别非煤与瓦斯突出带的应用中效果明显。

Description

一种煤层低瓦斯压力精准测量的方法

技术领域

本发明属于瓦斯检测领域，涉及一种煤层测量瓦斯压力的方法，适用瓦斯含量较低且底板裂隙发育、底板水影响较大的三软煤层瓦斯压力获取，具体是指一种煤层低瓦斯压力精准测量的方法。

背景技术

经历多期构造活动改造的“三软煤层”发育区，极易发生煤与瓦斯突出，在局部区域受埋深、构造、围岩透气性、地层水活动共同影响，可能存在瓦斯含量较低的区域，如果瓦斯组分、瓦斯含量、瓦斯压力及瓦斯相对涌出量等指标符合瓦斯风化带标准，根据标准规范要求，相应的瓦斯治理措施成本降低，相应的采煤成本降低，加快工作面采煤进程。在煤炭去产能的大背景下，该项工作的开展可能在保证安全生产的前提下，合理节约成本，使部分煤矿扭亏为盈，具有较大的经济社会效益。由于低瓦斯区域，围岩渗透性和地层水流动共同干扰，经常面临压力表读数难度大、被动测压数据快速归零等问题，如何精准获取瓦斯压力本发明解决的根本问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种煤层低瓦斯压力精准测量的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种煤层低瓦斯压力精准测量的方法，步骤如下：

步骤S101，布置煤层瓦斯压力测压孔与检测孔；

步骤S102，设计并钻取检测孔，封闭围岩裂隙，消除围岩水影响；

步骤S103，对比检测孔与测压孔测量得到的瓦斯压力，验证常规钻孔测压数据有效性，并根据需要补充压力测试点；

步骤S104，以压力测试点为控制，以瓦斯地质规律为指导，绘制煤层瓦斯压力分布等值线图，评价煤层瓦斯压力分布特征。

所述步骤S101压力测压孔与检测孔的布置要求符合瓦斯地质规律及相应的标准规范，检测孔与测压孔相间排列，用于测压孔数据准确性的判断。

所述步骤S102的安装操作为：采用直径113 mm的钻头开孔，在接近预计见煤位置后停钻，然后将直径108 mm套管送进孔内并安装法兰盘和压力表，接着通过法兰盘全孔段注入浆液，待一次注浆浆液凝固24小时后，采用直径93 mm的钻头沿原钻孔透孔钻进，待93mm钻头打穿煤层后，使用“两堵一注”封孔工艺进行封孔，封孔24h后安装高精密测压表，完成检测孔的安置，最后注入空气直至初始压力稳定在2MPa，定期观察、记录瓦斯压力。

所述直径108 mm套管的长度不小于5.5m，露出孔口长度不小于0.3 m；压力表的量程为4-10 MPa。

所述浆液为膨胀水泥和普通水泥按1:2比例混合，注浆的压力不低于3 MPa。

所述步骤S103的具体操作为：测压孔数据经水压校正，结果与检测孔测试压力偏离时，应分析地质原因，并根据需要补测压力。

所述步骤S104的具体操作为：以井下测压点数据为准，数据点之间依靠瓦斯地质规律指导，分析不同部位瓦斯压力分布及影响因素，判断工作面调点内是否符合煤层瓦斯风化带指标。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的测压孔与检测孔间隔排列测试瓦斯压力的方法，既可以获取高精度的瓦斯压力数据，又可以在满足矿井防突要求的条件下节约工程成本。其中，检测孔因套管隔离了围岩高渗透裂缝，避免了地层水影响压力测试结果，在较低瓦斯压力区域获取准确测试数值；由于套管隔离围岩裂隙，工程施工难度大、成本高，难以在全工区实施该类钻孔，本申请提供的测压孔与检测孔间隔排列方法，测压孔分布满足矿井防突要求，利用测压孔验证常规钻孔测压数据有效性，对测试压力数值偏离较大的钻孔，分析地质条件及影响因素，按照标准规范增加补测数据，从而实现工区内瓦斯压力分布的准确评价结果。该成果在瓦斯压力较低煤层，特别是三软煤层、低瓦斯压力区测试效果明显，可以有效识别非突出带，保证安全的同时降低煤矿安全管理成本，具有较好的应用效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种煤层低瓦斯压力精确测量方法的流程图。

图2为本发明实施例的某矿1702工作面瓦斯压力测试及检测孔分布图。

图3为本发明实施例的检测孔设计及压力测试示意图。

图4为本发明实施例的某矿1702工作面瓦斯压力分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

以某矿1702工作面瓦斯压力确定为例来说明本发明的具体实施方式。

图1是的一种煤层低瓦斯压力精确测量方法的流程图

步骤S101，合理布置压力测压孔与检测孔；

步骤S102，设计并钻取检测孔，封闭围岩裂隙，消除围岩水影响；

步骤S103，对比检测孔与测压孔测量得到的瓦斯压力，验证常规钻孔测压数据有效性，并根据需要补充压力测试点；

步骤S104，以压力测试点为控制，以瓦斯地质规律为指导，绘制煤层瓦斯压力分布等值线图，评价煤层瓦斯压力分布特征。

图2是某矿1702工作面瓦斯压力测试及检测孔分布图，该图对应发明内容S101。钻孔布置应该满足1702工作面条带区域瓦斯地质规律且满足区域突出危险性预测要求，前期研究表明1702工作面全部处于一个瓦斯地质单元内部，煤层走向布置测试点不少于2个，沿倾向不少于3个，并有测试点位于埋深最大的开拓工程部位。1702条带宽度（设计两侧回采巷道间距加回采巷道外侧控制范围）100 m，则沿煤层走向方向每间隔45 m至少布置1组检验测试点，每组2-4个钻孔。考虑整个瓦斯地质单元研究的需要另外补充4组钻孔，因此钻孔组数共设计29组设计钻孔67个、施工多少，根据具体地质条件施工钻孔67个。检测孔分别选择工作面条带的不同部位，以便与周围测压孔数据对比。

图3为检测孔设计及压力测试示意图，该图对应发明内容步骤S102。封孔设计及相关配件如下：

法兰盘：为工程领域常用配件，整体为不锈钢质环状薄片，尺寸与钻孔直径配套，环形盘上存在多个小孔，通过小孔方便向套管内注浆，并密封套管，不让套管内浆液流出，本实施例选取平板PL法兰。

补气及放气接口：法兰盘上小孔，主要功能为通过调整气体进出控制钻孔内压力。

套管：矿井通用钢管，本发明选用直径为100mm套管，套管外部通过水泥砂浆与围岩填充，封闭周围空间。

水泥砂浆：本发明实施例选用膨胀水泥与普通水泥按1:2比例混合形成，其中膨胀水泥型号为：FKL-1型。

测压管：为煤矿井下用聚氯乙烯管（PVC），直径16mm。

花管：将测压管前段钻孔后制成，花管长度小于钻孔钻遇煤层厚度；花管上小孔间距为2cm，利用纱布缠绕包裹防止煤体阻塞进气通道。

三通：工业常用配件，管径与测压管配套，三个接口分别对接测压管、压力表、阀门，压力表可以读取测压数据，阀门可以控制孔内积水，避免水压影响瓦斯压力测试结果。

囊袋及爆破阀：为FKQW-50/0.6型“两堵一注”囊袋式带压封孔器上固定配置，本申请使用的为穿层钻孔型号，封孔囊袋长度800mm，囊袋自由膨胀外径不小于200mm，注浆管直径16mm，注浆管额定压力大于3MPa，爆破阀爆破压力1.0-1.2MPa。

具体位置关系：检测孔在煤层下部岩巷内钻取，靠近岩巷一端为孔口，钻穿煤层进入顶板停钻位置为孔底；自孔口至煤层1m处放置套管；套管内部放置测压管，测压管靠近孔口一侧连接三通，三通的其他两个端口分别连接压力表、阀门；孔口套管与测压管之间的环形空间利用环形带孔的法兰盘连接，内径连接测压管，外径连接套管；靠近孔底的一侧，主要包括花管以及封孔器上的封孔囊袋、爆破阀等配件，封孔囊袋为环形结构，测压管自环形内部穿入，携带封孔器从套管内部进入，靠近孔底囊袋放置与煤层底面接触，外部封孔囊袋位于套管底部1m处，爆破阀位于两个囊袋之间；花管与测压管为同一整体，是测压管低端被钻小孔后形成的。

具体做法及工作原理为：在煤层下部岩巷内钻取检测孔，采用直径113 mm的钻头向斜上方实施钻孔，靠近煤层1m停止停钻，退出钻杆，扫净孔内钻屑，将直径108 mm套管送进孔内，套管长度不少于5.5 m，露出孔口长度不小于0.3 m，通过套管封堵围岩间隙；安装法兰盘及压力表(量程4-10 MPa)，加固套管护住孔口，法兰盘为环形结构，外环对应套管。通过法兰盘全孔段注入膨胀水泥和普通水泥按1:2比例混合的浆液，注浆压力为4 MPa。高压浆液封堵钻孔周边裂隙及微裂隙，有效封堵底板水，保证测压钻孔不受底板水的影响，确保封孔质量；待一次注浆浆液凝固且24小时后，采用直径93 mm的钻头通过法兰盘内环，沿原钻孔透孔钻进；待93mm钻头打穿煤层1m后停止钻孔；使用“两堵一注”封孔工艺进行封孔，该工艺在煤层底板与套管底部之间放入FKQW-50/0.6封孔器，该装置为商品化产品，部件包括封孔囊袋、爆破阀等装置；将矿用直径为16mm的PVC测压管通过封孔器中间环形空间，携带封孔器从套管内部放入煤层，操作封孔器使靠近钻孔底部的封孔囊袋膨胀，其内径与测压管、外径与煤层紧密接触；通过法兰盘周围的小孔，在套管与测压管之间再次注入水泥砂浆，注浆完成后打开靠近孔口一端的封孔囊袋，注入的膨胀水泥在凝固过程中体积增大，两侧受封孔囊袋阻隔，膨胀的体积挤入周围围岩的孔隙或者裂隙，从而达到封孔目的； 二次注入的水泥凝固24小时后，最后注入空气直至初始压力稳定在2MPa，验证封孔质量后，在测压孔孔口换装量程为0-0.25MPa，最小刻度为0.002MPa的高精密测压表；测压开始后，利用爆破阀刺破孔底封孔囊袋，煤层瓦斯经历花管上小孔流入测压管，被孔口压力表接收，每24小时读取一次数据并记录，分析数据后可以得到钻孔处对应的瓦斯压力。

将检测孔与常规测压孔所得的数值进行比较，对测压数据有效性进行评价。以1702工作面为例，经过水压修正，测得1702工作面煤体瓦斯压力为0-0.15MPa之间，绝大部分压力在0.01-0.04MPa之间，与检测孔得到的瓦斯压力0.02-0.025 MPa基本吻合，证明常规测压孔测试数据有效。

图4为本发明实施例的某矿1702工作面瓦斯压力分布图，采用实测压力点中间插值方法，以瓦斯地质规律为指导编制瓦斯压力分布图。因工作面范围内全部处于一个瓦斯地质单元，瓦斯压力绝大部分处于0.4MPa以下，只有1702工作面进风巷下沿17m处存在一个瓦斯压力点大于0.15MPa，由此可以判断该工作面瓦斯压力符合瓦斯风化带特征，如瓦斯组分、瓦斯含量、瓦斯相对涌出量等指标全部符合风化带标准，相应的区域及局部瓦斯治理措施简化，节约了人工成本，推进了煤炭开采进度，具有较高的经济效益。

根据以上方法，检测孔测试获取了1702工作面精准的瓦斯压力数据，将常规钻孔数据与之对比后发现，常规孔测试获取压力可信，压力孔与检测孔布置密度满足了国家防突规定要求，根据钻孔及检测孔获取的压力，评价了1702工作面瓦斯压力，结合瓦斯组分、瓦斯含量、瓦斯相对涌出量等指标全部符合风化带标准，简化了矿井瓦斯管理程序，保证安全的同时将经效益最大化，取得了较好的应用效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种煤层低瓦斯压力精准测量的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤S101，布置压力测压孔与检测孔；

步骤S102，设计并钻取检测孔，封闭围岩裂隙，消除围岩水影响；

步骤S103，对比检测孔与测压孔测量得到的瓦斯压力，验证常规钻孔测压数据有效性，并根据需要补充压力测试点；

步骤S104，以压力测试点为控制，以瓦斯地质规律为指导，绘制煤层瓦斯压力分布等值线图，评价煤层瓦斯压力分布特征；

所述步骤S101压力测压孔与检测孔的布置要求符合瓦斯地质规律及相应的标准规范，测压孔与检测孔相间排列，用于测压孔数据准确性的判断；

所述步骤S102的检测孔安装操作为：采用直径113 mm的钻头开孔，在接近预计见煤位置后停钻，然后将直径108 mm套管送进孔内并安装法兰盘和压力表，接着通过法兰盘全孔段注入浆液，待一次注浆浆液凝固24小时后，采用直径93 mm的钻头沿原钻孔透孔钻进，待93mm钻头打穿煤层后，使用“两堵一注”封孔工艺进行封孔，封孔24h后安装高精密测压表，完成检测孔的安置，最后注入空气直至初始压力稳定在2MPa，定期观察、记录瓦斯压力；

所述步骤S103的具体操作为：测压孔数据经检测孔测试压力校正，结果与检测孔测试压力偏离时，应分析地质原因，并根据需要补测压力；

所述步骤S104的具体操作为：以井下测压点数据为准，数据点之间依靠瓦斯地质规律指导，分析不同部位瓦斯压力分布及影响因素，判断工作面调点内是否符合煤层瓦斯风化带指标。

2. 根据权利要求1所述的所述的煤层低瓦斯压力精准测量的方法，其特征在于：所述直径108 mm套管的长度不小于5.5m，露出孔口长度不小于0.3 m；压力表的量程为4-10MPa。

3. 根据权利要求1所述的所述的煤层低瓦斯压力精准测量的方法，其特征在于：所述浆液为膨胀水泥和普通水泥按1:2比例混合，注浆的压力不低于3 MPa。