王村煤業(yè)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定研究

孫靜

摘? ?要：王村礦山4煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定工作歷時35天，現(xiàn)場完成了測壓鉆孔施工地點(diǎn)選定、測壓孔的施工、現(xiàn)場取樣及封孔測壓工作。測得11#與12#合并層瓦斯涌出量為0.32—0.40 m3/t。1號孔煤樣孔隙率達(dá)到8.66%，2號孔煤樣孔隙率達(dá)到9.3%，說明81022工藝巷煤樣可燃質(zhì)質(zhì)量濃度較高，煤質(zhì)較好。對王村煤業(yè)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：瓦斯涌出量;孔隙率;瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測得

王村煤業(yè)煤層厚度為1.50～7.85 m，平均厚度5.74 m，處于冒落帶與裂隙帶之間，工作面煤層傾角2°～8°，平均傾角5°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可采。

1? ? 測定地點(diǎn)的選擇

為了準(zhǔn)確測得煤層的原始瓦斯涌出量和壓力，測定地點(diǎn)周圍50 m內(nèi)不應(yīng)有地質(zhì)構(gòu)造破壞帶，也不能有采動影響。根據(jù)王村礦的實際情況，決定將測定地點(diǎn)選在山4煤層?xùn)|盤區(qū)5128掘進(jìn)巷。設(shè)計在該掘進(jìn)巷布置兩組共4個瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定鉆孔，第1組2個鉆孔距東盤區(qū)回風(fēng)巷290～310 m，測點(diǎn)標(biāo)高967～968 m，第2組2個鉆孔距東盤區(qū)回巷2 100～2 120 m，測點(diǎn)標(biāo)高1 012～1 013 m。此設(shè)計既能測定出煤層瓦斯涌出量及壓力的基礎(chǔ)，又能分析煤層瓦斯涌出量及壓力與標(biāo)高的關(guān)系[1]。實際施工測試鉆孔5個，但施工地點(diǎn)集中在東盤區(qū)回風(fēng)巷1 742～1 862 m內(nèi)，如圖1所示。

2? ? 鉆孔施工

各鉆孔施工順序記為1#，2#，5#，4#;各鉆孔的施工情況如下。

（1）采用直徑42 mm的鉆頭在測壓點(diǎn)向11#與12#合并層施工順層鉆孔。

（2）施工過程中須使用壓風(fēng)鉆進(jìn)，按設(shè)計要求打鉆至23 m時，停止打鉆，由技術(shù)人員做好取樣準(zhǔn)備后，開始繼續(xù)壓風(fēng)打鉆。技術(shù)人員取煤樣在井下進(jìn)行瓦斯涌出量測定。

（3）待取樣完畢后，繼續(xù)鉆進(jìn)至孔深25 m。鉆孔施工后，清理干凈孔內(nèi)鉆渣，保證鉆孔暢通。

（4）測壓鉆孔成孔后，即可進(jìn)行封孔工作，應(yīng)在24 h內(nèi)完成封孔。

（5）將4分（直徑12.5 mm）2 m長的花管（孔眼長度1.5 m）用紗網(wǎng)纏繞（以將孔眼全部纏繞為準(zhǔn)）后放入孔中，花管下部使用兩通連接一根帶有擋板（擋板間距不少于0.5 m）的空心實管。

（6）用棉紗將擋板包扎、固定，同時在棉紗上涂抹封固力白藥和黑藥，涂抹時要控制兩種藥的比例，避免反應(yīng)過快，測壓管無法送入孔內(nèi)。帶擋板的空心實管后，使用空心實管連接，直至擋板下至距孔口20 m、21 m處。

（7）將返漿管和注漿管下入孔內(nèi)，注漿管長度3 m，返漿管長度3 m。返漿管需放在孔口上部，外口需安設(shè)球型閘閥。

（8）孔口外段1 m用4組封固力和棉紗進(jìn)行封堵，保證封堵嚴(yán)實。

（9）利用羅克休泵向孔內(nèi)注馬麗散，保持返漿管閘閥開啟直至返漿管返漿，關(guān)閉閘閥。用清水沖洗羅克休泵。

（10）在測壓管外端接球形閘閥，然后安裝壓力表[2]。接口需使用生料帶密封。

1#鉆孔于12月9日開始施工鉆孔，鉆孔鉆進(jìn)方式為干式鉆進(jìn)，鉆孔直徑108 mm，現(xiàn)場施工困難，鉆孔在施工過程中鉆頭斷入孔內(nèi)，此時鉆孔深度為16.5 m，鉆孔取樣失敗，煤層瓦斯涌出量未能測得。由于材料準(zhǔn)備不充分，最終于24日對該孔實施了封孔，以觀測瓦斯壓力[3]。

2#鉆孔于12月13日開始施工，采用二次鉆進(jìn)成孔方式進(jìn)行鉆孔施工，第一次鉆進(jìn)鉆頭直徑為75 mm，但施工過程中出現(xiàn)鉆孔風(fēng)排鉆屑困難，鉆孔不定時發(fā)生大量煤屑突然噴出，此時鉆孔鉆進(jìn)深度為5 m左右，鉆孔鉆進(jìn)困難。隨后，改用濕式鉆進(jìn)，鉆孔鉆進(jìn)正常。在鉆進(jìn)至孔深8 m時，出現(xiàn)跨孔，鉆桿無法拔出，鉆孔報廢，無法用于封孔測壓。

3#鉆孔于12月17日開始施工，鉆孔鉆進(jìn)方式改為濕式鉆進(jìn)，鉆頭直徑89 mm，鉆進(jìn)正常。但鉆至12～13 m時，鉆進(jìn)困難，于是開始鉆進(jìn)取樣。取樣深度為13.5～14.1 m，取樣方式為巖芯管取樣，巖芯管長度0.6 m，鉆孔終孔深度為14.1 m;因后期施工有誤，3#鉆孔被施工為孔深約110 m的煤層注水孔。由于材料準(zhǔn)備不充分，于24日對該孔實施了封孔，以觀測瓦斯壓力。

5#孔于12月18日開始施工，鉆孔鉆進(jìn)方式為濕式鉆進(jìn)，鉆頭直徑89 mm，鉆孔取樣深度為13.5 m，取樣方式為巖芯管取樣，終孔深度為14.1 m。12月19日開始封孔，設(shè)計采用聚氨酯和水泥聯(lián)合封孔，因封孔材料準(zhǔn)備和封孔設(shè)備準(zhǔn)備不到位，未能按設(shè)計進(jìn)行封孔。現(xiàn)場只對該孔采用聚氨酯封孔[4]，封孔深度為6 m。

4#測壓孔于12月23日開始施工，為成功實現(xiàn)風(fēng)排煤屑取樣的方式，且不影響煤層瓦斯壓力測定對鉆孔深度的要求。現(xiàn)場施工采用干式鉆進(jìn)和濕式鉆進(jìn)結(jié)合的方式進(jìn)行鉆孔施工，鉆頭直徑89 mm，鉆孔鉆進(jìn)前期采用干式鉆進(jìn)，用于風(fēng)排煤屑取樣，取樣深度為9 m。取樣結(jié)束后，改用濕式鉆進(jìn)，鉆孔終孔深度約為13 m。由于鉆孔在退桿過程中，因大塊煤屑?xì)埩粲阢@孔內(nèi)，出現(xiàn)退桿困難，并最終致使鉆桿被卡死在鉆孔內(nèi)，最終致使鉆孔報廢，無法用于封孔測壓。

3? ? 煤層瓦斯涌出量測定

回風(fēng)巷向山煤層施工測壓鉆孔，用于取樣測定煤層瓦斯涌出量。所取煤樣依據(jù)取樣時間順序分別記為1號、2號煤樣。各鉆孔所取煤樣測定的瓦斯涌出量情況如下。

3.1? 1號孔煤樣現(xiàn)場測定分析

煤體的瓦斯總解吸量為259.66 mL。煤樣重量為650 g，其中可燃質(zhì)質(zhì)量為587.86 g，11#與12#合并層瓦斯涌出量為0.44 m3/t，原煤瓦斯涌出量0.40 m3/t。

3.2? 11#與12#合并層2號孔煤樣現(xiàn)場測定分析

煤體的瓦斯總解吸量為173.72 mL。煤樣重量為550 g，其中，可燃質(zhì)重量為486.23 g，所以81022工藝巷11#與12#合并層瓦斯涌出量為0.36 m3/t。原煤瓦斯涌出量0.32 m3/t。因此，11#與12#合并層瓦斯涌出量為0.32 ～0.40 m3/t。

煤層瓦斯涌出量測定值較低的原因有：（1）順層孔為水平孔，取一定深度的煤樣較困難，所取煤樣可能含有大量原先就存在孔內(nèi)的煤屑，瓦斯基本已經(jīng)釋放。

（2）受到現(xiàn)場鉆孔施工條件的影響，所取煤樣基本成粉末狀，現(xiàn)場瓦斯損失量很大。

4? ? 煤樣實驗結(jié)果分析

煤峪口礦11#與12#合并層1號、2號鉆孔所取煤樣瓦斯吸附實驗結(jié)果看，可得出以下結(jié)論：

（1）王村煤礦11#與12#合并層煤體硬度較大，達(dá)到1.67，說明煤體具有很強(qiáng)的抗壓能力。

（2）所取1號孔煤樣測得水份為3.25%，灰份為6.31%，揮發(fā)份為18.86%，所取2號孔煤樣測得水份為4.15%，灰份為7.44%，揮發(fā)份為26.15%，說明煤樣可燃質(zhì)質(zhì)量較高，煤質(zhì)較好[5]。

（3）從煤樣分析結(jié)果看，煤的孔隙率很大，1號孔煤樣孔隙率達(dá)到8.66%，2號孔煤樣孔隙率達(dá)到9.30%。從孔隙率看，煤體的透氣性較好。

5? ? 煤層瓦斯涌出量測定結(jié)果影響因素分析

在對現(xiàn)場解吸量測定過程中，有解析量小、甚至無解析量的問題。具體原因可歸結(jié)為如下幾點(diǎn)：

（1）1號煤樣及2號煤樣是利用巖心管進(jìn)行取樣，現(xiàn)場因用壓風(fēng)鉆進(jìn)行取樣無法取出煤樣而采取停風(fēng)鉆進(jìn)的方法進(jìn)行取樣[6]。因鉆頭與煤體摩擦?xí)r間較長，導(dǎo)致所取煤樣溫度較高，加速了煤體瓦斯的釋放，且取樣時間較長，從而導(dǎo)致現(xiàn)場瓦斯解析量很小，甚至無解析量，因此，損失瓦斯量計算結(jié)果失真。

（2）煤樣采取風(fēng)排煤屑的方式進(jìn)行取樣，但井下壓風(fēng)管路提供風(fēng)壓有限，鉆頭破煤程度分布不均，小塊煤體隨空氣一起被排出鉆孔，3～5 mm煤塊很難排出鉆孔，從而加大了取樣難度，及對取樣時間的準(zhǔn)確把握。

（3）因施工困難、鉆孔開孔深度不夠、取樣深度淺，導(dǎo)致煤層瓦斯涌出量測定結(jié)果偏小。其中，1號煤樣取樣深度14 m，測得煤層瓦斯涌出量為0.4 m3/t;2號煤樣取樣深度9 m，測得煤層瓦斯涌出量為0.32 m3/t。

6? ? 結(jié)語

（1）現(xiàn)場測得瓦斯壓力為0 MPa，測得瓦斯涌出量為0.32～0.40 m3/t。但由于現(xiàn)場瓦斯涌出量損失較大，理論計算瓦斯損失量誤差較大，瓦斯涌出量測試結(jié)果僅供參考。

（2）現(xiàn)場由于瓦斯流量無法測得，瓦斯衰減系數(shù)和透氣性系數(shù)難以測得，但從實驗測得的孔隙率來看（1號孔煤樣孔隙率達(dá)到8.66%，2號孔煤樣孔隙率達(dá)到9.30%），煤體的透氣性較好。

（3）11#與12#合并層硬度較大，達(dá)到1.67。

（4）實驗結(jié)果表明煤樣可燃質(zhì)質(zhì)量濃度較高，說明11#與12#合并層煤質(zhì)較好。

[參考文獻(xiàn)]

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[5]《煤炭工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編》編委會.煤炭工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編煤礦安全卷[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[6]黃書翔，王堅志.瓦斯參數(shù)測定及賦存規(guī)律研究[J].煤礦開采，2006（11）：61-63，89.

Study on determination of gas foundation parameters in wangcun coal? industry

Sun? Jing

（Datong Vocational and Technical College of Coal， Datong 037003， China）

Abstract：The determination of the gas foundation parameters of 4 coal seams in wangcun mine lasted 35 days， and the site was selected for the construction of pressure drilling， the construction of pressure hole measurement， sampling and sealing pressure measurement. The gas mass concentraction of 11# and 12# combined layers was measured as 0.32 ～ 0.40 m3/t. The pore rate of hole No. 1 coal reached 8.66%. The porosity of coal sample No.2 reached 9.30%， indicating that the content of combustible coal sample in 81022 craft lane is higher and the coal quality is better.The determination of basic parameters of coal seam gas in Wangcun coal industry is studied.

Key words：gas content; porosity; gas base parameters