关于MⅡ型瓦斯压力测定仪煤层测压的应用研究

安 安郑 凯曹韶龙胡 鹏杨春雷

(1.郑州市煤炭管理局,河南省郑州市,450015; 2.郑州荣安矿业开采技术咨询有限公司,河南省郑州市,450000)

关于MⅡ型瓦斯压力测定仪煤层测压的应用研究

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(1.郑州市煤炭管理局,河南省郑州市,450015; 2.郑州荣安矿业开采技术咨询有限公司,河南省郑州市,450000)

为进一步改进胶囊封孔在实际测压中的应用效果,利用MⅡ型瓦斯压力测定仪技术在金星煤矿对将要揭露的石门周围进行原始压力测定,与水泥砂浆封孔测压进行了对比,对测定结果进行了总结分析,并对MⅡ型瓦斯压力测定仪进行了优化建议。

MⅡ型瓦斯压力测定仪 胶囊封孔 水泥砂浆封孔 优化建议

煤层原始瓦斯压力是瓦斯涌出和突出的动力,对煤与瓦斯突出预测预报以及煤层抽采具有重要意义。目前国内煤矿大都采取粘土、水泥砂浆等固体物封孔测压,传统的水泥砂浆封孔工艺由于钻孔在施工过程中岩石不稳定,施工结束后钻孔的孔壁上会产生大量的裂隙,尤其是在岩石破碎带施工,在水泥砂浆与这些裂隙接触时,其有限的渗透性阻碍了水泥砂浆与裂隙的结合,在封水平和近水平的钻孔时,由于重力作用,封孔效果不佳,测出的瓦斯压力值低于煤层真实的瓦斯压力,导致错误的技术判断,造成事故隐患。因此需要一种新的封孔工艺解决以上传统封孔方法遇到的问题,对此,研制了MⅡ型瓦斯压力测定仪,但是在应用中还存在一些问题,有进一步改进的空间。

1 MⅡ型瓦斯压力测定仪介绍

由中国矿业大学矿井瓦斯研究所研制的MⅡ型瓦斯压力测定仪(以下简称测定仪)采用胶囊—压力粘液封孔测定煤层瓦斯压力技术,利用2个胶囊封孔作为封闭高压液体的密封端,在2个胶囊之间注入具有一定黏度的黏液,并始终保持黏液的压力略高于钻孔内部测压室的瓦斯压力。黏液在压力作用下渗入钻孔周边裂隙,杜绝了瓦斯的泄漏,从而使测出的瓦斯压力值更接近真实的瓦斯压力,且可以重复利用,MⅡ型瓦斯压力测定仪结构如图1所示。

该测定仪采用手动乳化液泵将乳化液压入胶囊之间,使胶囊膨胀,加强密封效果;封孔介质采用水、乳化液和液压油,介质获取方便;测定仪采用手动施压,增设蓄能器储能、出口单向阀加高压截止阀,起到双重保压作用。该设备结构紧凑,重量轻,维修方便。测定仪的主要技术参数:最大测定压力6 MPa,出口流量50 ml(每循环量),水箱容量≥20 L,加压泵压力≥6 MPa,压力表量程0～10 MPa,压力表精度1.5级,胶囊压力0～12 MPa,配有1根直径6 mm和1根直径8 mm的瓦斯管。

图1 MⅡ型瓦斯压力测定仪

相对于传统封孔工艺而言,测定仪使用简单、方便易操作,可拆卸重复利用;能有效控制测压室的大小,迅速恢复到煤层原始压力平衡点;在充填钻孔周边裂缝时,黏液相对于水泥砂浆渗透性更强。

2 测压区域概况

金星煤矿测压区域位于南一采区上山东翼下部的＋50 m抽放巷,测压区域无采掘作业活动,有独立通风系统。该区域预揭露二1煤层估计厚度15 m,倾角30°。直接顶以砂质泥岩、泥岩为主,厚度一般1～5 m;老顶为中、细粒砂岩,厚度一般大于4 m;直接底板岩性为泥岩、砂质泥岩及细粒砂岩或中粒砂岩,厚度0.7～7.5 m。

3 测压点布孔和钻孔参数

依据现场具体情况,按照《防治煤与瓦斯防突规定》的要求,＋50 m抽放巷在揭煤点共施工5个测压钻孔,测压钻孔布置在揭煤点上部20 m,下部10 m以及中部需要预抽消突的范围,如图2 (b)所示,钻场平面布置如图2(a)所示。现场共施工6个钻场,每个钻场4个钻孔。

图2 钻孔布置图

1＃钻场2号孔和3＃钻场1号孔利用胶囊封孔, 1＃钻场3号孔和3＃钻场西10 m钻孔利用传统水泥砂浆封孔,各钻孔参数如表1所示。钻孔严格按照设计施工,采用两种封孔工艺分别封孔,接上压力表测定煤层原始瓦斯压力,并对结果进行分析。

表1 测压钻孔参数

4 瓦斯压力测定情况

4个钻孔的瓦斯压力曲线如图3所示。由图3可知:

(1)两种封孔工艺瓦斯压力上升速度不一样。1＃钻场2号孔在第4天基本达到最大值0.92 MPa,压力上升速度快;1＃钻场3号孔在第8天达到最大值1.1 MPa,压力上升较慢。

(2)两种封孔工艺压力变化趋势有所不同。1＃钻场2号孔瓦斯压力稳定时间短,且5 d后下降明显;1＃钻场3号孔瓦斯压力持续稳定时间长,且几乎没有任何下降。

(3)3＃钻场1号孔可以直接判定测压失败,压力最高0.18 MPa;3＃钻场西10 m钻孔压力持续上升,且持续时间长,压力40 d后基本稳定,压力值1.18 MPa。

5 MⅡ型瓦斯压力测定仪压力测定总结分析

(1)胶囊封孔压力升高快主要是封孔器能有效控制测压室的大小,使煤层原始瓦斯压力恢复到平衡点,且充填钻孔周边裂缝时,黏液相对于水泥砂浆渗透性更强。

(2)针对胶囊封孔压力稳定性差的问题,由于注液泵压力下降,现场需要人工补压较为麻烦,且不能保证瓦斯压力的持续稳定。

(3)针对胶囊封孔瓦斯压力下降问题,通过现场检查,胶囊封孔器有漏液现象,黏液管与第二胶囊链接处易漏液,主要原因是连接处密封圈挤压失效;另外由于注液管部分折损破裂导致胶囊漏液。

(4)针对测定仪测压失败的情况,由于胶囊封孔器在钻孔孔径＜80 mm的条件下使用,郑州地区二1煤层属于三软煤层,孔壁易出现塌孔等不利于封孔的因素,所以测定仪出现了如图3(c)所示测压失败的现象。

图3 钻孔压力曲线图

6 MⅡ型瓦斯压力测定仪优化建议

通过现场应用测定仪,以及与传统水泥砂浆封孔技术的对比分析,压力测定仪需要改进地方主要有以下几点:

(1)针对测定仪封孔器漏液的问题,通过增加管路与胶囊连接处密封圈数量,提高密封性;在封孔前进行漏液实验;将注液管路材质更换为韧性、强度高于目前注液管路的材质。

(2)针对注液泵压力下降问题,可将补压装置改进为自动式补压装置,当压力小于设定压力以下时,采用电子压力表以及自动加压(泵)装置维持注液泵压力。

(3)针对测压钻孔容易塌孔的难题,先注水泥砂浆充填钻孔塌陷段以及裂隙,然后二次透孔,再利用测定仪封孔测压。

通过改进测定仪能进一步提高测压的准确性,对准确测定煤层原始瓦斯压力具有重要意义。

[1] 李飞,林柏泉,肖洋.粘液在煤岩体裂隙中渗流规律的数值模拟研究[J].中国煤炭,2011(9)

[2] 高明松.聚氨酯－水泥砂浆分段带压注浆测压技术[J].能源技术与管理,2011(1)

[3] 公衍伟,解庆雪,邓素华.带压注浆封孔工艺在测定煤层瓦斯压力中的应用[J].煤矿开采,2013(2)

[4] 国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京:煤炭工业出版社,2009

[5] 曹韶龙,安安等.郑州地区“三软”煤层提高开采层瓦斯抽采量方法分析[J].中州煤炭,2012(12)

(责任编辑 张艳华)

Research and application of MⅡ-type measuring instrument for gas pressure measurement in coal seam

An An1,Zheng Kai2,Cao Shaolong1,Hu Peng1,Yang Chunlei1
(1．Zhengzhou Coal Authority,Zhengzhou,Henan 450015,China; 2．Zhengzhou Rongan Mining Technology Consulting Co．,Ltd．,Zhengzhou,Henan 450000,China)

In order to improve the capsule-sealing effect during the pressure measurement, MⅡ-type gas pressure measuring instrument was used to determine the initial gas pressure around the cross-cut before opening the seam．The measurement result obtained by capsule-sealing was compared with that by grouting mortar sealing．Based on the analysis of the measurement results,some advice were proposed for the improvement of MⅡ-type gas pressure measuring instrument．

MⅡ-type gas pressure measuring instrument,capsule-sealing,borehole sealing by grouting mortar,advices on optimization

TD712.55

A

安安(1984－),男,河南临颍人,硕士,助理工程师,硕士,从事煤矿瓦斯治理技术及瓦斯地质方面的研究。