探析煤層瓦斯壓力測定方案設計

張海軍

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西陽泉 045000）

0 引言

煤層的瓦斯壓力是礦井瓦斯基本參數之一，它對于確定煤層瓦斯含量，進行礦井瓦斯涌出治理，瓦斯抽放以及煤與瓦斯突出的防治等工作均具有十分重要的意義[1]。能否準確測試煤層瓦斯壓力取決于封孔質量的優劣，目前煤層壓力測試封孔主要有聚氨酯封孔，粘土-木塞封孔，套管-水泥封孔，本次作者在原套管-水泥封孔工藝的基礎上，對封孔套管及法蘭盤進行改造加工。

1 瓦斯壓力測定方案的選擇

聚氨酯、黏土-木塞封孔在操作過程中由于聚氨酯、粘土送不到位容易形成孔內空腔和空隙，造成測壓失敗[2]。套管-水泥封孔對鉆孔的封堵較前者封孔更為嚴密，但是在測試區域巖層內存在裂隙的情況下，不使用高壓注漿對巖層內裂隙進行填充同樣不能保證測壓成功。

本文作者采用穿層鉆孔測試煤層壓力，測壓鉆孔孔口必須封孔嚴密，試驗鉆孔周邊的巖體裂隙也需高壓注實，使用傳統的鉆孔封孔工藝無法滿足高壓注漿填注巷道圍巖圈裂隙的要求，該申報成果通過對套管-水泥封孔工藝的改進，解決鉆孔高壓注漿封孔的需求，對鉆孔周邊巖體裂隙也進行有效填充。并且通過對封孔管和法蘭盤的改造，保證高壓注漿封孔過程中的安全性，有效杜絕封孔套管高壓注漿過程中因承受不住高壓而沖出傷人[3]。

2 瓦斯壓力測定方案的實施

2.1 設備加工改造

（1）4寸套管管口焊接法蘭盤，套管孔口退后0.1 m位置焊接2個左右對稱的拴錨桿用把手，把手各加工一個能穿過錨桿的孔眼用于施工錨桿固定套管，錨桿拴住4寸鐵管左右把手后可牢牢固定套管避免高壓注漿狀態下套管傷人。

（2）耐高壓法蘭盤加工1個4′孔，4′孔焊接0.1m長的4′管，并按順序分別連接耐高壓球閥、壓力表、注漿管。

（3）測壓管使用1根4′鐵管，鐵管末端連接4 m長花管（可用6′篩管），測壓管孔口端加工焊接三通，三通分別接測壓管、壓力表、球閥。

2.2 測試鉆孔設計

為避免偶然因素造成誤差，鉆孔共布置2組12個，鉆孔仰角42°，見煤層頂板終孔，鉆孔距巷頂300 mm，間距1.5 m，平行布置[4]。

2.3 注漿封孔操作步驟

（1）注漿固定孔口管

首先使用直徑145 mm的鉆頭打孔6 m深，然后把4 m長的4寸套管下入鉆孔內，孔口外露100 mm；孔口以里800 mm套管使用聚氨酯包裹進行封孔。在套管的左右兩邊拴錨桿用把手位置各打1根1 m長錨桿，并用墊片拴牢鎖緊套管，防止注漿壓力過大時彈出傷人。待聚氨酯凝固后，套管外口安裝加工好的法蘭盤，進行第一次注漿，壓力表達到1.5 MPa時停止注漿，關閉閘閥，進入保壓階段[5]。

（2）高壓注漿填充鉆孔周邊圍巖裂隙

鉆孔等待24 h漿液凝固后，打開法蘭，采用?94 mm的鉆頭透孔，鉆孔施工到距15#煤層底板法距1 m停止鉆進，退出鉆桿安裝新法蘭盤進行第二次注漿充填鉆孔圍巖裂隙，注漿壓力達到6 MPa以上時，停止注漿，關閉閘閥，進入保壓階段[6]。

（3）注漿封孔測壓

鉆孔漿液凝固48 h后，打開法蘭，第二次使用?94 mm的鉆頭進行掃孔，鉆孔打穿15#煤見頂板起鉆。

鉆孔施工完成后，將4′測壓管安裝至鉆孔見煤點往里2.5 m、外露孔口0.3 m位置，測壓管孔口端安裝三通，三通分別連接測壓管、壓力表、球閥；測壓管最里端為4′花管，花管長度4 m，纏上金屬網。將注漿管安裝至孔口往里1.5 m、外露孔口0.3 m位置，注漿管孔口端安裝球閥[7]。孔口使用聚氨酯包裹封堵，長度0.8 m。

待聚氨酯凝固后，用高壓膠管將注漿泵及孔口注漿管閥門連接好進行第三次注漿封孔，測壓管返漿后，停止注漿，關閉注漿管球閥，待測壓管內漿液流盡后，封孔結束。待水泥漿凝固后，關閉測壓管球閥，安裝測壓表，進行測壓[8]。

3 結論

（1）通過對套管-水泥封孔工藝的改造，滿足高壓注漿的需求，有效填充測試區域巖層裂隙，避免由于巖層裂隙的存在造成測壓失敗。

（2）試驗過程中，改造的套管在高壓注漿狀態下固定牢固，杜絕封孔套管注漿過程中因承受不住高壓而沖出傷人的情況，具有可靠的安全效益。

（3）在原未使用改進的封孔工藝對測試區域進行封孔過程中，由于封孔不嚴，封孔測壓成功率低，造成巨大的人工成本和材料成本的浪費，在使用本改進的工藝后，測試區域2組12個鉆孔全部封孔成功，封孔測壓的成功率由70%提高到100%，按照施工一個12 m的穿層鉆孔人工及材料成本3 600元計算，平均每個鉆孔節省1 080元，經濟效益顯著。

（4）施工過程中，該成果由于需使用4 m長套管進行封孔，在巷道斷面寬帶、高度小于4 m×4 m的區域下套管較為困難，因此巷道寬帶較小區域（小于4 m×4 m）不適用，可適當考慮減小套管長度。