瓦斯壓力測定研究與應用

摘要：瓦斯壓力是決定瓦斯含量、瓦斯流動動力和瓦斯動力現象的基本參數，其測定對防治瓦斯事故有著重要作用。瓦斯壓力測定有直接測定和通過相關參數反算兩種方法。本文用兩種方法對山西晉煤集團陽城晉圣誠南煤業有限公司15號煤層進行了壓力參數測定，為該礦井的瓦斯災害防治和安全生產提供了基礎數據。

關鍵詞：壓力測定日報表觀測朗格繆爾公式

0 引言

隨著我國煤礦開采深度的增加，瓦斯災害日益嚴重。因此，防治煤與瓦斯突出以及其它瓦斯事故越來越重要。瓦斯壓力是決定瓦斯含量、瓦斯流動動力和瓦斯動力現象的基本參數。

本文結合晉煤集團陽城晉圣誠南煤業有限公司的實際情況，對瓦斯壓力進行了參數測定，并對測定過程中遇到的問題進行了研究，以便于為本礦瓦斯災害治理工作提供基礎數據資料和理論基礎。

1 工程概況

山西晉煤集團陽城晉圣誠南煤業有限公司井田位于陽城縣白桑鄉、東冶鎮境內，主要可采煤層15號煤層均為中厚煤層，全區穩定可采，煤厚1.40～3.40m，平均煤厚2.49m，頂底板條件較好，煤層具有自燃性，煤塵具爆炸性。礦井設計年產量0.45Mt/a。為了掌握該礦井瓦斯壓力的具體情況，為煤層的安全開采提供指導，本文結合現場生產實際，對山西晉煤集團陽城晉圣誠南煤業有限公司15號煤層的瓦斯壓力進行了測定。

2 瓦斯壓力測定方案

2.1 測試地點選擇

依據瓦斯壓力測點布置原則，結合誠南煤業有限公司15號煤層的開拓及采掘工程現狀，瓦斯壓力測點布置在本煤層，鉆孔方向為上向鉆孔，傾角5°，鉆孔深度30m，具體如圖1所示。

2.2 選擇鉆孔施工參數

誠南煤業有限公司15號煤層4個測點鉆孔均為上行鉆孔，在間距方面，每一組鉆孔的終孔位置往往超過20m，施工鉆機的型號、鉆孔直徑分別為ZDY-650和Φ75mm，所布置的4個地點各個鉆孔施工參數，如表1所示。其中1、3測點直接測定，2、4測點通過計算間接確定。

表1測壓鉆孔施工參數

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2.3 鉆孔施工與封孔

采用膨脹水泥對瓦斯壓力測定的孔進行封孔處理，采用被動測壓法進行測壓。在施工鉆孔后的24小時內，對每個鉆孔進行注漿封孔處理，壓力表安裝在每個鉆孔漿體凝固產生一定強度后進行，通常為24小時，具體測壓鉆孔施工情況與封孔情況如表2所示。

表2測壓鉆孔施工與封孔情況

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3 測試結果

3.1 壓力變化曲線

誠南煤業有限公司15號煤層瓦斯壓力數據觀測歷時近1個月，由河南理工大學科研人員和礦方工程技術人員共同觀測，瓦斯壓力平穩上升，無異常變化，具體情況如下：

誠南煤業有限公司15號煤層1號孔于2013年8月16號安裝壓力表，8月29日瓦斯壓力升為0.09MPa，至9月15號表壓穩定在0.09Mpa，其壓力變化曲線見圖2。

誠南煤業有限公司15號煤層3號孔于2013年8月17號安裝壓力表，8月28日瓦斯壓力升為0.06MPa，至9月15號表壓穩定在0.06Mpa，其壓力變化曲線如圖3所示。

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圖21號孔瓦斯壓力變化曲線

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圖33號孔瓦斯壓力變化曲線

3.2 壓力實測結果

對測壓孔進行封孔處理后，對瓦斯壓力進行定時觀察、記錄，同時對漏氣情況進行仔細檢查，在檢測過程中，如果連續數天瓦斯壓力無變化，在這種情況下可認為這個壓力就是煤層瓦斯的壓力。

根據誠南煤業有限公司15號煤層現有的實際情況，各測定地點壓力測試鉆孔深度順層鉆孔30m，封孔28m，無卸壓影響，煤層瓦斯封閉情況較好。在這種情況下，所測瓦斯壓力能夠真實反映所測區域的瓦斯原始壓力，經過30天左右時間的測定，相關地點所測定的瓦斯壓力結果如表3所示。

3.3 壓力反算結果

對于壓力不能直接測定的采取間接反推法。

根據朗格繆爾公式：

x=■(■)×■+■

式中x——煤層瓦斯含量，m3/t；

a——吸附常數，試驗溫度下的極限吸附量，m3／t；

b——吸附常數，MPa-1；

p——煤層瓦斯壓力，MPa；

Aad——煤的灰分，％；

Mad——煤的水份，％；

k——煤的孔隙體積，m3／m3；

γ——煤的密度，t／m3。

令c=(■)×■

推導得出瓦斯壓力的計算公式為：

P=■

其中各項參數和計算得到的瓦斯壓力如表4所示。

4 結論

經過對誠南煤業有限公司15號煤層現場調研、瓦斯壓力鉆孔施工、瓦斯壓力測試封孔與觀測等一系列工作，采用現場實測、綜合計算分析等方法，得到如下結論：

①5號煤層測點標高+599.1～+601.6m，瓦斯壓力（絕對壓力）為0.16～0.26 Mpa，測定結果符合預期。

②突出礦井規定的危險值是0.74MPa，而本礦實測和計算范圍為0.16～0.26MPa，可知在測點控制范圍內，從瓦斯壓力這方面來說該礦井不在突出礦井的范圍。

③由于該礦井為兼并重組整合后的礦井，新設計采區與原老空區、地質構造等關系復雜，為了保障安全生產，誠南煤業有限公司15號煤層后期的開拓和采掘過程中，在開拓新的水平、新的采區，或采深增加50m，或者進入新地質單元時，應重新測定煤層瓦斯壓力，為礦井瓦斯災害防治提供參考。

參考文獻：

[1]國家安監總局.AQ/T 1047-2007，煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法[S].北京:煤炭工業出版社，2007.

[2]國家煤礦安全監察局.防治煤與瓦斯突出規定[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

[3]姚元領，司俊鴻.淺談有關瓦斯壓力測定的一點認識[J].能源技術與管理，2010(02).

作者簡介：

王長建(1989-)，男，河南鄭州人，在讀碩士，主要從事煤礦開采及瓦斯防治方面的研究。