不同地質(zhì)條件下的煤層瓦斯壓力測定封孔工藝技術(shù)

摘要：通過對唐安煤礦3號煤層不同地質(zhì)條件下煤層瓦斯壓力測定的實踐，經(jīng)過總結(jié)和分析，在3號煤層瓦斯壓力測定中取得了簡單和復(fù)雜地質(zhì)條件下封孔工藝的新認(rèn)識。結(jié)果表明，簡單地質(zhì)條件下，可以采用水泥砂漿-聚氨酯封孔工藝；復(fù)雜地質(zhì)條件下，采用套管封孔測壓技術(shù)更為有效。

關(guān)鍵詞：瓦斯壓力；測壓；地質(zhì)構(gòu)造；封孔工藝

中圖分類號：TD712 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 10-0242-01

一、引言

我國是煤與瓦斯突出災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，建國以來，我國煤礦發(fā)生煤與瓦斯突出次數(shù)占全世界突出次數(shù)的1/3以上[1]。煤層瓦斯壓力是預(yù)測瓦斯突出和進行瓦斯災(zāi)害治理的一個重要指標(biāo)[2]，快速準(zhǔn)確測定煤層瓦斯壓力，對研究與評價瓦斯突出、瓦斯涌出、瓦斯流動、瓦斯抽放和瓦斯災(zāi)害的防治等問題有重要意義[3]。因此，在不同的地質(zhì)條件下應(yīng)采取相應(yīng)的測壓封孔方法，準(zhǔn)確測定煤層瓦斯壓力，對煤與瓦斯突出的預(yù)防有著重要的意義。

二、簡單地質(zhì)條件的測壓封孔工藝

（一）施工工藝

選擇合適地點布置瓦斯壓力測定鉆孔，鉆孔直徑宜在φ65-75mm之間。鉆孔施工好后，由用水排渣改換為用高壓風(fēng)掃孔，可以將測壓鉆孔內(nèi)粘接在孔壁的煤渣及煤粉清理干凈。將毛巾綁在測壓集氣管（測壓集氣管前端打有足夠數(shù)量的徑向十字篩孔（φ5-10mm），前端堵實，并用80目的鐵紗包扎好）的擋板上，厚度視孔徑而定，保證水泥漿不能流入篩孔內(nèi)。將毛巾綁在尾管和注漿管上，然后用專用封孔劑，分別為黑料(多異氰酸酯R-NCO)和白料(聚醚多R-OH和助劑)分別均勻倒在毛巾上，將帶有封孔劑的毛巾纏裹在尾管和注漿管上，最后將尾管和注漿管送至測壓鉆孔內(nèi)預(yù)定位置。連接注漿泵和注漿管，根據(jù)鉆孔直徑和封孔深度確定水泥的使用量，按一定比例配制好水泥漿，用注漿泵一次連續(xù)將水泥漿注入鉆孔內(nèi)，將鉆孔整個巖孔段注滿水泥漿[2]。

（二）適用條件

該封孔工藝適用于穿層測壓孔或順層測壓孔，地點應(yīng)該優(yōu)先選擇在石門或巖石巷道中，且要要求測壓點附近巖性致密，無斷層、裂隙不發(fā)育等地質(zhì)構(gòu)造處。應(yīng)當(dāng)注意的是注漿封孔的上向測壓鉆孔傾角應(yīng)不小于5°[4]。

三、復(fù)雜地質(zhì)條件的測壓封孔工藝

（一）施工工藝

1.測壓鉆孔設(shè)計為兩級套管結(jié)構(gòu)：（1）應(yīng)先用直徑大于108mm的鉆頭開孔，在鉆進3～4m后退出鉆桿，用高壓風(fēng)掃凈孔內(nèi)巖粉，將孔口管(直徑小于108mm)送進孔內(nèi)，將按攪勻的水泥漿注入孔內(nèi)加固孔口管，等孔口管凝固24后，方可進行耐壓試驗，確保最低耐壓5MPa以上，該級套管主要作用是保護孔口。（2）孔口管耐壓試驗通過后，用直徑大于89mm的鉆頭套孔，打至含水裂隙層位置時停鉆，再下入89mm套管，套管注漿凝固和封堵含水裂隙層水源后做耐壓試驗，確保最低耐壓5.0MPa以上。上述工作完成后，用直徑大于63mm鉆頭套孔，同樣要將測壓鉆孔內(nèi)的粘結(jié)在孔壁的煤渣及煤粉清理干凈，以提高密封效果。

2.將適宜的毛巾綁在集氣管的擋盤之上，將尾管和注漿管送至測壓鉆孔內(nèi)預(yù)定位置。

3.等封孔劑凝固以后將攪勻的水泥漿注入測壓孔中。

4.封孔結(jié)束后水泥漿凝固24小時上壓力表，定時觀察和記錄煤層瓦斯壓力。

（二）適用條件

此工藝適用于順層測壓或測壓鉆孔受地質(zhì)構(gòu)造的影響較大，煤層頂、底板發(fā)育小斷層較多，巖石較破碎，發(fā)育巖層構(gòu)造裂隙；或由于部分底板巖石封閉性差，巖孔段有破碎帶，測壓鉆孔孔壁易發(fā)生塌孔；或測壓地點附近煤層頂、底板巖層段存在含水層等情況。

四、應(yīng)用情況

山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司唐安煤礦分公司（簡稱“唐安煤礦”，下同）井田位于高平市西南的馬村鎮(zhèn)掌握村，該礦井批采煤層為3~15號煤層，目前礦井主采3號煤層，平均厚約6.09m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，核定生產(chǎn)規(guī)模為150萬t/a。礦井目前開采四盤區(qū)，接替盤區(qū)為三盤區(qū)，為了礦井新盤區(qū)的安全生產(chǎn)，在礦井三盤區(qū)的開拓過程中進行了煤層瓦斯壓力的測定工作。

其中在752軌道巷10#通道附近施工上向鉆孔和752專用回風(fēng)巷3#地面鉆孔附近施工下向鉆孔測定了3號煤層的瓦斯壓力，這兩處測點巖性致密且無斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造帶，且無含水層，屬于簡單地質(zhì)條件，采用簡單地質(zhì)條件的測壓封孔工藝及方法測得該處3號煤層的原始瓦斯壓力為0.35MP和0.4MP，該壓力值反映了3號煤層的真實瓦斯壓力。

同樣在唐安煤礦三盤區(qū)的752軌道大巷9#通道附近由于煤層頂板破碎且裂隙發(fā)育，構(gòu)成了較為復(fù)雜的構(gòu)造情況，宜采用套管測壓工藝和方法。由于在752軌道大巷9#通道附近測定時經(jīng)過了3次5.0MPa以上壓力的注漿工作，所注的水泥漿封堵了巖層裂隙，同時也填充了測壓孔附近的煤層裂隙，且使巖層裂隙水不再滲透到鉆孔內(nèi)，排除了裂隙水對測壓結(jié)果的影響，表壓穩(wěn)定在0.38MPa，該壓力值反映了3號煤層的真實瓦斯壓力。

五、結(jié)語

（1）簡單和復(fù)雜地質(zhì)條件使用的測壓封孔工藝和方法有所不同，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的測壓封孔方法，保證煤層原始瓦斯壓力測定準(zhǔn)確無誤。

（2）聚氨酯-水泥砂漿封孔測壓工藝適用于簡單地質(zhì)構(gòu)造，地點應(yīng)優(yōu)先選擇在石門或巖石巷道中，且要要求測壓點附近巖性致密，無斷層、裂隙不發(fā)育等地質(zhì)構(gòu)造處。

（3）套管封孔測壓技術(shù)適用于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，多用于煤層頂、底板發(fā)育小斷層較多，巖石較破碎，發(fā)育巖層構(gòu)造裂隙；或由于部分底板巖石封閉性差，巖孔段有破碎帶，測壓鉆孔孔壁易發(fā)生塌孔；或測壓地點附近煤層頂、底板巖層段存在含水層等特殊情況下。

參考文獻：

[1]柴兆喜.各國煤和瓦斯突出概況[J].世界煤炭技術(shù)，1984，4

[2]田維江.貴州省岔河勘探區(qū)主采煤層瓦斯壓力分析[J].中國煤炭地質(zhì)，2008，20(4):42-43

[3]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1992

[4]AQ1047-2007.煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法[S]