基于系統論的煤層瓦斯壓力測定影響因素分析

灑科武

【摘 要】從系統論的角度出發，分別從人員因素、設備因素、環境因素、管理因素方面分析對煤礦瓦斯壓力測定的影響，并提出相應的解決辦法。

【關鍵詞】瓦斯壓力測定；系統論；影響因素

1 瓦斯壓力測定系統

煤層瓦斯壓力測定是一項復雜的系統工程。據統計，精確測壓成功率能達到80%就算是比較高了，個別鉆孔測壓的報廢率甚至達到了20%；如果不能準確測定煤層瓦斯壓力不僅浪費大量的人力、物力和財力，甚至會因為誤報瓦斯壓力而直接引起突出事故的發生，導致人員傷亡和生產中斷。

從系統論的角度出發，瓦斯壓力測定是由人、設備、環境、管理共同形成的一個特殊的“人-機-環境-管理”系統。能否準確測定煤層瓦斯壓力必然要受到系統中各種因素以及它們之間的相互關系的影響。系統中的人不僅包括讀表人員還包括打鉆人員、封孔人員以及煤礦工作人員。設備包括測壓管、注漿管、連接設備、注漿泵、封孔材料（水泥、膨脹劑、速凝劑等）、瓦斯壓力測定儀、測壓表等。系統中的環境包括測壓地點、煤層頂底板巖性情況、鉆孔周邊巖石裂隙情況、測壓煤層含水靜壓力大小、地質構造影響、煤體性質、鉆孔的設計參數等。這些因素之間的相互影響，一個因素處理不好就可能導致測壓的失敗，因此，必須對它們進行合理的組織、分析，才能充分發揮各自效能以保證能準確的測出煤層的瓦斯壓力[1]。

2 現場瓦斯壓力測定的影響因素

2.1 人員因素

人是測壓的主體，同時又是影響測壓的主要因素，可以說測壓結果的準確性主要取決于人。人員操作因素的影響主要表現在人員的責任心不強或不規范性操作最容易導致測值的不準確。如測壓鉆孔布置不合理、打鉆人員為圖方便私自改變打鉆方案使鉆孔參數不符合要求、鉆孔數量不足、鉆孔深度不足或過長；測定時間掌握不規范，打鉆與測定之間的時間間隔太長或者測定時未等壓力表上的瓦斯壓力數值穩定時就拆表讀數；儀器操作不規范導致封孔裝置堵塞或封孔不規范導致漏氣等；這其中主要涉及的人員有工程師（布置、設計鉆孔的技術人員）、讀表人員、封孔人員以及打鉆人員[2]。

2.2 設備因素

測壓設備必須具有良好的技術和質量狀態，否則也會導致測壓結果的不準確。由于測壓設備的一些元件本身的穩定性不高，使用時間較長時會發生損壞，使得測定誤差較大。如采用水泥注漿封孔時涉及的設備主要有測壓管、注漿管、連接設備、注漿泵、封孔材料（水泥、膨脹劑、速凝劑等）、測壓表等。如采用M-Ⅱ型瓦斯壓力測定儀進行封孔測壓時涉及到的設備主要有膠囊、瓦斯管、乳化液泵、瓦斯壓力表等。這些設備的技術和質量狀態與測壓結果有密切關系[3]。

2.3 環境因素

2.3.1 地質構造

由于地質構造的影響，煤層的產狀可能發生改變，鉆孔布置位置可能達不到設計要求，未處于預計層位或深度，導致測值偏低。另外礦井中的斷層或破碎帶等地質條件對測壓過程有很大的影響，如果必須在斷層、裂隙帶或破碎帶地段施工測壓孔時，首先必須對測壓孔周圍50m范圍內注入水泥漿，封堵圍巖裂隙，這樣才能準確測定瓦斯壓力。

2.3.2 煤層頂底板巖性

如果煤層的頂底板巖石比較致密，這將有利于瓦斯在煤層中的賦存，減少游離瓦斯的排放，有利于測壓工作，縮短測壓時間[4]。

2.4 管理因素

2.4.1 測定方法

測定煤層瓦斯壓力時，通常是從圍巖巷道（石門或圍巖鉆場）向煤層打孔徑為50～75mm的鉆孔，孔中放測壓管，將鉆孔密封后，用壓力表直接進行測定。一般采取瓦斯壓力自然恢復法來進行，如果時間緊迫則采用向鉆孔注氮的方法來快速測定。實踐證明，應盡可能采用上向施工測壓孔，避免下向和水平孔測壓。

2.4.2 封孔工藝

不同的封孔工藝對測壓效果有不同的影響，選擇什么樣的封孔工藝直接關系到測壓結果的準確性，各種封孔工藝的優缺點如下：

粘土封孔的優點是此種方法簡單易行；對封孔材料的要求也不高，封孔成本較低。但這種方法的明顯缺點在于其封孔長度受限制，如孔深較長，粘土太軟會導致硬度不夠.無法送至指定長度：粘土太硬會導致封孔不密實，影響測壓效果；對粘土制作的技術要求高，粘土要適應孔的形狀.且軟硬適中。

水泥砂漿封孔的優點就在于可以封較長孔深的孔；其封孔材料在封孔時為液態。凝固后變為固態，有效的解決了粘土封孔遇到的難題；且對人員技術要求會有所降低。固體封孔方法封孔在封孔段巖層為松軟的砂巖、鉆孔周圍存在微裂隙或直接在煤層打測壓鉆孔時，固體物不能嚴密封閉鉆孔周邊的裂隙.易于漏氣。測出的瓦斯壓力值往往低于真實的煤層瓦斯壓力。

膠囊粘液封孔。膠囊粘液封孔方法在當封孔段巖層為松軟的砂巖、鉆孔周圍存在微裂隙或直接在煤層打測壓鉆孔時可以比固體封孔方法更有效更準確測出瓦斯壓力的方法，具有封孔時間短，密封效果較好的特點。缺點是造價高，而且在松軟巖層或煤層打測壓鉆孔時出現塌孔、糊孔時，測壓封孔設備會被埋入孔中，無法回收，導致測壓鉆孔成本上升，但此封孔方法測壓效果比固體封孔方法好。

聚氨酯泡沫封孔法繼承了膠圈膠囊封孔的優點，還降低了測壓成本，且操作簡單；配比可以延長發泡時間，發泡位數較高；克服了黃泥、水泥團、水泥砂漿等在巖石微裂隙封孔不嚴等缺點，它能擴散滲透到鉆孔周圍的網狀裂隙，大大提高封孔質量，是有效的一種封孔測壓方法[5]。

3 結論

煤層瓦斯壓力測定是一個涉及人、設備、環境以及管理等因素的系統工程，測壓過程中應系統分析這些因素對測壓效果的影響，才能準確測定煤層瓦斯壓力。其中，人的因素影響最大，測壓結果的準確性主要取決于人。在測壓過程中應加強對人的管理、培訓，人員素質提高后才能對測壓設備、環境等進行有效的組織，并合理選擇測壓方法、測壓地點以及封孔工藝，提高鉆孔測壓的成功率，準確測定煤層瓦斯壓力。

【參考文獻】

[1]張子敏，張玉貴，湯達禎.瓦斯地質學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2009.

[2]鄭萬成，楊勝強，馬偉.影響煤層瓦斯壓力測定的因素分析[J].煤礦安全，2009（4）：82.

[3]蘭澤全，曲榮飛，陳學習.直接法測定煤層瓦斯壓力現狀及分析[J].煤礦安全，2009：74.

[4]傅雪海，秦勇，韋重韜.煤層氣地質學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

[5]孟燕，蔣曙光，邵昊，王凱.煤層瓦斯壓力測定方式及新的探索[J].能源技術與管理，2009（06）.