關(guān)于MⅡ型瓦斯壓力測定儀煤層測壓的應(yīng)用研究

安 安鄭 凱曹韶龍胡 鵬楊春雷

(1.鄭州市煤炭管理局,河南省鄭州市,450015; 2.鄭州榮安礦業(yè)開采技術(shù)咨詢有限公司,河南省鄭州市,450000)

關(guān)于MⅡ型瓦斯壓力測定儀煤層測壓的應(yīng)用研究

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(1.鄭州市煤炭管理局,河南省鄭州市,450015; 2.鄭州榮安礦業(yè)開采技術(shù)咨詢有限公司,河南省鄭州市,450000)

為進(jìn)一步改進(jìn)膠囊封孔在實(shí)際測壓中的應(yīng)用效果,利用MⅡ型瓦斯壓力測定儀技術(shù)在金星煤礦對將要揭露的石門周圍進(jìn)行原始壓力測定,與水泥砂漿封孔測壓進(jìn)行了對比,對測定結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)分析,并對MⅡ型瓦斯壓力測定儀進(jìn)行了優(yōu)化建議。

MⅡ型瓦斯壓力測定儀 膠囊封孔 水泥砂漿封孔 優(yōu)化建議

煤層原始瓦斯壓力是瓦斯涌出和突出的動力,對煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報(bào)以及煤層抽采具有重要意義。目前國內(nèi)煤礦大都采取粘土、水泥砂漿等固體物封孔測壓,傳統(tǒng)的水泥砂漿封孔工藝由于鉆孔在施工過程中巖石不穩(wěn)定,施工結(jié)束后鉆孔的孔壁上會產(chǎn)生大量的裂隙,尤其是在巖石破碎帶施工,在水泥砂漿與這些裂隙接觸時,其有限的滲透性阻礙了水泥砂漿與裂隙的結(jié)合,在封水平和近水平的鉆孔時,由于重力作用,封孔效果不佳,測出的瓦斯壓力值低于煤層真實(shí)的瓦斯壓力,導(dǎo)致錯誤的技術(shù)判斷,造成事故隱患。因此需要一種新的封孔工藝解決以上傳統(tǒng)封孔方法遇到的問題,對此,研制了MⅡ型瓦斯壓力測定儀,但是在應(yīng)用中還存在一些問題,有進(jìn)一步改進(jìn)的空間。

1 MⅡ型瓦斯壓力測定儀介紹

由中國礦業(yè)大學(xué)礦井瓦斯研究所研制的MⅡ型瓦斯壓力測定儀(以下簡稱測定儀)采用膠囊—壓力粘液封孔測定煤層瓦斯壓力技術(shù),利用2個膠囊封孔作為封閉高壓液體的密封端,在2個膠囊之間注入具有一定黏度的黏液,并始終保持黏液的壓力略高于鉆孔內(nèi)部測壓室的瓦斯壓力。黏液在壓力作用下滲入鉆孔周邊裂隙,杜絕了瓦斯的泄漏,從而使測出的瓦斯壓力值更接近真實(shí)的瓦斯壓力,且可以重復(fù)利用,MⅡ型瓦斯壓力測定儀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該測定儀采用手動乳化液泵將乳化液壓入膠囊之間,使膠囊膨脹,加強(qiáng)密封效果;封孔介質(zhì)采用水、乳化液和液壓油,介質(zhì)獲取方便;測定儀采用手動施壓,增設(shè)蓄能器儲能、出口單向閥加高壓截止閥,起到雙重保壓作用。該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,維修方便。測定儀的主要技術(shù)參數(shù):最大測定壓力6 MPa,出口流量50 ml(每循環(huán)量),水箱容量≥20 L,加壓泵壓力≥6 MPa,壓力表量程0～10 MPa,壓力表精度1.5級,膠囊壓力0～12 MPa,配有1根直徑6 mm和1根直徑8 mm的瓦斯管。

圖1 MⅡ型瓦斯壓力測定儀

相對于傳統(tǒng)封孔工藝而言,測定儀使用簡單、方便易操作,可拆卸重復(fù)利用;能有效控制測壓室的大小,迅速恢復(fù)到煤層原始壓力平衡點(diǎn);在充填鉆孔周邊裂縫時,黏液相對于水泥砂漿滲透性更強(qiáng)。

2 測壓區(qū)域概況

金星煤礦測壓區(qū)域位于南一采區(qū)上山東翼下部的＋50 m抽放巷,測壓區(qū)域無采掘作業(yè)活動,有獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)。該區(qū)域預(yù)揭露二1煤層估計(jì)厚度15 m,傾角30°。直接頂以砂質(zhì)泥巖、泥巖為主,厚度一般1～5 m;老頂為中、細(xì)粒砂巖,厚度一般大于4 m;直接底板巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖及細(xì)粒砂巖或中粒砂巖,厚度0.7～7.5 m。

3 測壓點(diǎn)布孔和鉆孔參數(shù)

依據(jù)現(xiàn)場具體情況,按照《防治煤與瓦斯防突規(guī)定》的要求,＋50 m抽放巷在揭煤點(diǎn)共施工5個測壓鉆孔,測壓鉆孔布置在揭煤點(diǎn)上部20 m,下部10 m以及中部需要預(yù)抽消突的范圍,如圖2 (b)所示,鉆場平面布置如圖2(a)所示?，F(xiàn)場共施工6個鉆場,每個鉆場4個鉆孔。

圖2 鉆孔布置圖

1＃鉆場2號孔和3＃鉆場1號孔利用膠囊封孔, 1＃鉆場3號孔和3＃鉆場西10 m鉆孔利用傳統(tǒng)水泥砂漿封孔,各鉆孔參數(shù)如表1所示。鉆孔嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工,采用兩種封孔工藝分別封孔,接上壓力表測定煤層原始瓦斯壓力,并對結(jié)果進(jìn)行分析。

表1 測壓鉆孔參數(shù)

4 瓦斯壓力測定情況

4個鉆孔的瓦斯壓力曲線如圖3所示。由圖3可知:

(1)兩種封孔工藝瓦斯壓力上升速度不一樣。1＃鉆場2號孔在第4天基本達(dá)到最大值0.92 MPa,壓力上升速度快;1＃鉆場3號孔在第8天達(dá)到最大值1.1 MPa,壓力上升較慢。

(2)兩種封孔工藝壓力變化趨勢有所不同。1＃鉆場2號孔瓦斯壓力穩(wěn)定時間短,且5 d后下降明顯;1＃鉆場3號孔瓦斯壓力持續(xù)穩(wěn)定時間長,且?guī)缀鯖]有任何下降。

(3)3＃鉆場1號孔可以直接判定測壓失敗,壓力最高0.18 MPa;3＃鉆場西10 m鉆孔壓力持續(xù)上升,且持續(xù)時間長,壓力40 d后基本穩(wěn)定,壓力值1.18 MPa。

5 MⅡ型瓦斯壓力測定儀壓力測定總結(jié)分析

(1)膠囊封孔壓力升高快主要是封孔器能有效控制測壓室的大小,使煤層原始瓦斯壓力恢復(fù)到平衡點(diǎn),且充填鉆孔周邊裂縫時,黏液相對于水泥砂漿滲透性更強(qiáng)。

(2)針對膠囊封孔壓力穩(wěn)定性差的問題,由于注液泵壓力下降,現(xiàn)場需要人工補(bǔ)壓較為麻煩,且不能保證瓦斯壓力的持續(xù)穩(wěn)定。

(3)針對膠囊封孔瓦斯壓力下降問題,通過現(xiàn)場檢查,膠囊封孔器有漏液現(xiàn)象,黏液管與第二膠囊鏈接處易漏液,主要原因是連接處密封圈擠壓失效;另外由于注液管部分折損破裂導(dǎo)致膠囊漏液。

(4)針對測定儀測壓失敗的情況,由于膠囊封孔器在鉆孔孔徑＜80 mm的條件下使用,鄭州地區(qū)二1煤層屬于三軟煤層,孔壁易出現(xiàn)塌孔等不利于封孔的因素,所以測定儀出現(xiàn)了如圖3(c)所示測壓失敗的現(xiàn)象。

圖3 鉆孔壓力曲線圖

6 MⅡ型瓦斯壓力測定儀優(yōu)化建議

通過現(xiàn)場應(yīng)用測定儀,以及與傳統(tǒng)水泥砂漿封孔技術(shù)的對比分析,壓力測定儀需要改進(jìn)地方主要有以下幾點(diǎn):

(1)針對測定儀封孔器漏液的問題,通過增加管路與膠囊連接處密封圈數(shù)量,提高密封性;在封孔前進(jìn)行漏液實(shí)驗(yàn);將注液管路材質(zhì)更換為韌性、強(qiáng)度高于目前注液管路的材質(zhì)。

(2)針對注液泵壓力下降問題,可將補(bǔ)壓裝置改進(jìn)為自動式補(bǔ)壓裝置,當(dāng)壓力小于設(shè)定壓力以下時,采用電子壓力表以及自動加壓(泵)裝置維持注液泵壓力。

(3)針對測壓鉆孔容易塌孔的難題,先注水泥砂漿充填鉆孔塌陷段以及裂隙,然后二次透孔,再利用測定儀封孔測壓。

通過改進(jìn)測定儀能進(jìn)一步提高測壓的準(zhǔn)確性,對準(zhǔn)確測定煤層原始瓦斯壓力具有重要意義。

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[2] 高明松.聚氨酯－水泥砂漿分段帶壓注漿測壓技術(shù)[J].能源技術(shù)與管理,2011(1)

[3] 公衍偉,解慶雪,鄧素華.帶壓注漿封孔工藝在測定煤層瓦斯壓力中的應(yīng)用[J].煤礦開采,2013(2)

[4] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局,國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009

[5] 曹韶龍,安安等.鄭州地區(qū)“三軟”煤層提高開采層瓦斯抽采量方法分析[J].中州煤炭,2012(12)

(責(zé)任編輯 張艷華)

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,河南臨潁人,碩士,助理工程師,碩士,從事煤礦瓦斯治理技術(shù)及瓦斯地質(zhì)方面的研究。