不同地質條件下的煤層瓦斯壓力測定封孔工藝技術

摘要：通過對唐安煤礦3號煤層不同地質條件下煤層瓦斯壓力測定的實踐，經過總結和分析，在3號煤層瓦斯壓力測定中取得了簡單和復雜地質條件下封孔工藝的新認識。結果表明，簡單地質條件下，可以采用水泥砂漿-聚氨酯封孔工藝；復雜地質條件下，采用套管封孔測壓技術更為有效。

關鍵詞：瓦斯壓力；測壓；地質構造；封孔工藝

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

一、引言

我國是煤與瓦斯突出災害最嚴重的國家之一，建國以來，我國煤礦發生煤與瓦斯突出次數占全世界突出次數的1/3以上[1]。煤層瓦斯壓力是預測瓦斯突出和進行瓦斯災害治理的一個重要指標[2]，快速準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、瓦斯抽放和瓦斯災害的防治等問題有重要意義[3]。因此，在不同的地質條件下應采取相應的測壓封孔方法，準確測定煤層瓦斯壓力，對煤與瓦斯突出的預防有著重要的意義。

二、簡單地質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掃孔，可以將測壓鉆孔內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。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預定位置。連接注漿泵和注漿管，根據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，用注漿泵一次連續將水泥漿注入鉆孔內，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，地點應該優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、裂隙不發育等地質構造處。應當注意的是注漿封孔的上向測壓鉆孔傾角應不小于5°[4]。

三、復雜地質條件的測壓封孔工藝

（一）施工工藝

1.測壓鉆孔設計為兩級套管結構：（1）應先用直徑大于108mm的鉆頭開孔，在鉆進3～4m后退出鉆桿，用高壓風掃凈孔內巖粉，將孔口管(直徑小于108mm)送進孔內，將按攪勻的水泥漿注入孔內加固孔口管，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的粘結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預定位置。

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構造的影響較大，煤層頂、底板發育小斷層較多，巖石較破碎，發育巖層構造裂隙；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、應用情況

山西蘭花科技創業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，煤層結構簡單，核定生產規模為150萬t/a。礦井目前開采四盤區，接替盤區為三盤區，為了礦井新盤區的安全生產，在礦井三盤區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、裂隙等地質構造帶，且無含水層，屬于簡單地質條件，采用簡單地質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的752軌道大巷9#通道附近由于煤層頂板破碎且裂隙發育，構成了較為復雜的構造情況，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，排除了裂隙水對測壓結果的影響，表壓穩定在0.38MPa，該壓力值反映了3號煤層的真實瓦斯壓力。

五、結語

（1）簡單和復雜地質條件使用的測壓封孔工藝和方法有所不同，應根據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確無誤。

（2）聚氨酯-水泥砂漿封孔測壓工藝適用于簡單地質構造，地點應優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、裂隙不發育等地質構造處。

（3）套管封孔測壓技術適用于復雜地質構造，多用于煤層頂、底板發育小斷層較多，巖石較破碎，發育巖層構造裂隙；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，1984，4

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

[3]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國礦業大學出版社，1992

[4]AQ1047-2007.煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法[S]