瓦斯壓力測定技術(shù)方案

貴州湘能實業(yè)有限公司煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試技術(shù)方案貴州湘能實業(yè)有限公司

湖南省煤炭科學(xué)研究所

湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心

2011年6月27日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、礦井瓦斯基礎(chǔ)資料的收集 1\o"CurrentDocument"二、煤層瓦斯壓力測定 1\o"CurrentDocument"三、煤層透氣性系數(shù)測定 3\o"CurrentDocument"四、鉆孔瓦斯涌出量及其衰減系數(shù)的測定 5\o"CurrentDocument"五、煤樣的實驗室測定 5\o"CurrentDocument"六、瓦斯含量計算 6\o"CurrentDocument"七、進度安排 7\o"CurrentDocument"八、試驗設(shè)備和材料準備 7\o"CurrentDocument"九、雙方分工及人員安排 8十、材料加工示意圖 11貴州湘能實業(yè)有限公司煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試技術(shù)方案一、礦井瓦斯基礎(chǔ)資料的收集進行瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試的煤礦需提供下列技術(shù)資料和圖紙：1、礦井地質(zhì)精查報告（含綜合柱狀圖）；2、礦井設(shè)計說明書；3、礦井采掘工程平面圖（電子版）；4、礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖；5、礦井近五年的瓦斯鑒定資料；6、礦井歷史瓦斯參數(shù)測定資料；7、測壓地點的平面圖、剖面圖；8、礦井概況資料。二、煤層瓦斯壓力測定采用標準《AQ/T1047-2007煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》采用主動測壓方法。1、 測壓方案及地點的選擇測壓地點應(yīng)選擇在煤層比較穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造相對簡單的底板大巷或石門處，沿煤層走向方向布置2個測試點、沿煤層傾向方向布置3個測試點。測壓地點附近不能受采動和巷道布置的影響，測壓鉆孔見煤點與地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、采動影響范圍的距離至少要大于50m,且測壓地點離煤層的法線距離應(yīng)大于15m。2、 測壓鉆孔的布置為了保證測壓可靠,在每個測壓地點盡量布置2個測壓孔。測壓孔選擇在巖石較完整、開孔點及周圍50m的范圍內(nèi)巷道距待測煤層的法線距離不小于15m的位置布孔。鉆孔和鉆孔見煤點應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道卸壓圈和采動影響。兩個鉆孔見煤點應(yīng)相距20m以上,鉆孔必須穿透煤層進入頂（底）板。為了便于封孔和保證封孔質(zhì)量,鉆孔的傾角不得小于15°。3、 測壓器材（1）壓力表：先根據(jù)礦井的瓦斯涌出情況估計煤層的瓦斯壓力,再選用的壓力表。壓力表的精度應(yīng)優(yōu)于1.6級。測壓管：每個鉆孔選用4’鍍鋅鐵管，每節(jié)長2m,用螺紋、直接頭聯(lián)接，最外一節(jié)接4’測壓球心閥，最里一節(jié)與篩孔管相接。注漿管：采用6’鍍鋅鐵管，長約3m。封孔材料：采用膨脹水泥(如購買不到膨脹水泥，可以水泥砂漿、膨脹劑、速凝劑混合代替)封孔，封孔深度為全巖孔段。生膠帶：密封各測壓管街頭用。4’直接頭：連接各測壓管用。4、 鉆孔施工：采用ZYG-150型油壓鉆機或礦方已有的其他巖石鉆機，鉆機的能力應(yīng)達到100m,孔徑75?94mm,孔口2m的孔徑為105mm以上(便于固定孔口注漿管進行注漿封孔)。鉆孔方位和傾角應(yīng)嚴格按設(shè)計施工，孔深以穿過煤層進入頂(底)為準。鉆孔施工過程中，應(yīng)準確記錄鉆孔方位、傾角、長度、鉆孔開始見煤長度及鉆孔在煤層中的長度，鉆孔開孔時間、見煤時間及鉆孔鉆畢時間。鉆孔施工完畢，用清水沖洗鉆孔巖柱段內(nèi)碎屑。5、 封孔工藝：鉆孔施工完后，24小時內(nèi)進行封孔。在測壓孔內(nèi)插入篩孔管，再逐節(jié)接入測壓管。為保證其氣密性，測壓管管接頭部分須采用生膠帶纏繞?？卓?m段固定牢固后將膨脹水泥(或水泥、膨脹劑、速凝劑混合液)倒入攪拌桶，加入清水充分攪拌均勻，至呈粘稠狀為止。用注漿泵將攪拌好的膨脹水泥泵入孔內(nèi)，待測壓管見漿液返出立即停泵，同時關(guān)閉設(shè)置在注漿管孔口的注漿閘閥，如圖1所示。圖1測壓鉆孔結(jié)構(gòu)及封孔方式示意圖

6、注氣補償壓力損失：待水泥砂漿凝固牢固后利用井下壓風(fēng)管路連接注氣裝置(圖2)對鉆孔氣體損失進行補償，以縮短壓力測試周期，節(jié)省時間。注氣時間不低于1個小時。圖2主動測壓裝置示意圖7、數(shù)據(jù)觀測：注氣完成后即可安裝壓力表，之后每天觀測一次壓力表讀數(shù),直至壓力表穩(wěn)定4至5天。觀測時間的長短取決于煤層的瓦斯壓力與煤層的透氣性情況，一般需要一個月，有的需要2?3個月。表1瓦斯壓力測定記錄表礦井測壓地點煤層名稱煤層厚度煤層傾角見煤標咼見煤深度開鉆時間見煤時間鉆畢時間封孔時間封孔深度孔號鉆孔參數(shù)巖孑L長(m)煤孔長(m)封孔長(m)備注方位傾角長度時 間壓力(MPa)時間壓力(MPa)7、煤層瓦斯壓力的確定每個測壓鉆孔壓力表指針穩(wěn)后的值MPa即為該測壓鉆孔的煤層絕對瓦斯壓力值，取兩個測壓孔的最高值為該測定地點的煤層瓦斯壓力值。三、煤層透氣性系數(shù)測定1、測定地點：選擇鉆孔瓦斯壓力測定成功的測壓孔進行煤層透氣性系數(shù)的測定。2、測定方法采用測鉆孔瓦斯流量計算法。該方法是當(dāng)測壓鉆孔的瓦斯壓力穩(wěn)定后，即可打開卸壓閥門，卸除承壓瓦斯，記錄卸壓時間，測定鉆孔瓦斯流量。在測定時要記錄時間即卸除瓦斯壓力的時間與每次測定瓦斯流量的時間，兩者時間差即為時間準數(shù)中的值。當(dāng)已知煤層原始瓦斯壓力、排放鉆孔半徑、煤孔長度、排放時間為t時的鉆孔煤壁單位面積瓦斯流量等參數(shù)，可按徑向不穩(wěn)定流動理論計算煤層透氣性系數(shù)，計算公式如表2所示。表2徑向不穩(wěn)定流動理論計算煤層透氣性系數(shù)公式流量準數(shù)Y時間準數(shù)Fo=B^系數(shù)a系數(shù)b煤層透氣性系數(shù)九常數(shù)A常數(shù)BY=AA=aF0b10-2~11~1010~102102?103103?105105?10711X=AB1/X=A1.39B1/X=BX=B1/X=B1/9X=B1/A- qr1B-4txPJ-5.AP2_p201ar21表中：P0—煤層原始絕對瓦斯壓力，即表壓力加MPa；P]—鉆孔內(nèi)排放瓦斯時的壓力，P1;r1一排放孔半徑，m；九一煤層透氣性系數(shù)，m2/(MPa2?d)；q—排放時間為t時鉆孔煤壁單位面積瓦斯流量，m3/(m2?d)，q=Q/(2兀卩)；Q一時間t時的鉆孔流量，m3/d；L—煤孔長度，穿層孔按煤厚算，m；t—從開始排瓦斯到測量瓦斯流量q時的時間間隔，d；a一煤層瓦斯含量系數(shù)，a=X/P，m3/(m3?MPa)；X—煤層瓦斯體積含量，為煤層瓦斯含量與煤層視密度之積，m3/m3。四、鉆孔瓦斯涌出量及其衰減系數(shù)的測定鉆孔瓦斯涌出量及其衰減系數(shù)是評價煤層瓦斯預(yù)抽難易程度的重要指標。試驗鉆孔瓦斯涌出量是利用測壓鉆孔測定的。選擇有代表性的上仰角鉆孔，在測壓結(jié)束，放掉其承壓瓦斯，接上流量計先測定其初始流量q0，經(jīng)時間t后再測定其瓦斯流量qt。然后用下式回歸其衰減系數(shù)?:q=qe―說t0測量儀器選用濕式流量計（或浮子流量計、煤氣表）進行測定，每個至少需測流量7次以上，將結(jié)果填入表3。表3鉆孔瓦斯涌出量測定結(jié)果五、煤樣的實驗室測定1、 取樣地點：有條件的礦井應(yīng)優(yōu)先采用打測壓鉆孔時取煤芯樣。如取煤芯樣確有困難，即可選在該煤層測壓地點附近的煤巷掘進工作面取樣。2、 取樣方法：采掏槽取樣法（圖3）。在新露的掘進工作面先去掉表面風(fēng)化層，再在煤層整個斷面上掏槽取樣。掏槽位置位于巷道煤層的中心線處，槽高為巷道揭露煤層的全高，掏槽寬度為200mm，深100mm。取樣前先在煤壁下方放一塊風(fēng)筒布，以接住掏下的煤塊，掏下的煤塊粒度以不大于50mm為宜。掏槽完畢后將風(fēng)筒布上的煤塊充分混合后，再在其中取3kg作為煤樣。如煤層有明顯的軟分層，則軟硬分層應(yīng)單獨取樣。3、 取樣個數(shù)：每個測壓地點取煤樣1?2個。

4、煤樣的標識和包裝取好的煤樣應(yīng)盡快用不漏氣的塑料裝好，填寫好煤樣標簽，將標簽對折兩次后（字跡在里）放在煤樣上，然后再在外面包上兩層塑料袋，放入編織袋內(nèi)待運。A-AA-A圖3掏槽取樣方法示意圖5、 運送：煤樣取好后應(yīng)盡快送到湖南省煤安檢測檢驗中心進行測試。6、 煤層瓦斯放散初速度指標（AP）的測定采用撫順煤科分院生產(chǎn)的 WT-1瓦斯放散初速度儀測定。引用標準《AQ1024-2006瓦斯放散初速度指標（AP）的測定方法》7、 煤層吸附瓦斯a、b系數(shù)的測定采用撫順煤科分院生產(chǎn)的WY-98瓦斯吸附常數(shù)測定。引用標準《MT/T752-1997煤的甲烷吸附量測定方法》8、 煤層硬度系數(shù)（f）的測定采用落錘法測定。引用標準《MT/T49煤的堅固性系數(shù)測定方法》9、 煤層孔隙率采用真視相對密度測定計算法。引用標準《MT/T918-2002工業(yè)型煤視相對密度及孔隙率測定方法》10、 煤的工業(yè)分析引用標準《GB/T212-2001煤的工業(yè)分析方法》六、瓦斯含量計算在通過測定煤樣的瓦斯吸附常數(shù)、孔隙率、工業(yè)分析等指標后，根據(jù)朗格繆爾方程確定各煤層的吸附瓦斯量后，再加上游離瓦斯量即為煤層的瓦斯含量。計算公式為：TT7abp100一A一M 1 10nPW= ? d ad? + 1+bp 100 1+0.31Mad y式中：W——煤層瓦斯含量，m3/t；b 吸附常數(shù)；P——煤層絕對瓦斯壓力，MPa；Ad——煤的灰分，%;dM月——煤的水分，%;adn——煤的孔隙率，%;Y——煤的視密度，t/m3。當(dāng)煤礦井下實在不具備實測瓦斯壓力條件的情況下，采取實測煤層瓦斯含量，反算瓦斯壓力的方法進行。井下瓦斯含量測定采取鉆屑解吸法進行，引用標準《GBT23250-2009煤層瓦斯含量井下直接測定方法》七、 進度安排2011年7月10日前：制訂技術(shù)方案，確定測壓地點、取樣地點，確定煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試的實施方案；2011年7?8：完成現(xiàn)場鉆孔施工、現(xiàn)場測試、采取煤樣工作；2011年9月：完成煤樣實驗室測試，編寫測試報告；八、 試驗設(shè)備和材料準備測壓鉆孔施工和瓦斯參數(shù)測定試驗所需的設(shè)備、材料及工具見表4。表4項目所需設(shè)備、儀表及工具一覽表序號名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注1鉆機ZYG-150或其它臺1鉆機能力150m2注漿泵或其它臺13膨脹水泥根據(jù)各個礦井實際情況確定4管鉗把2擰4’鐵管用5手鉗個16扳手個2安裝壓力表用

7攪拌桶①500?①700X600個2油桶改制8高壓膠管6/m3注漿用9牛皮墊在礦加工10壓力表度盤100mm只10量程根據(jù)各礦條件確定11濕式流量計LML-1普通型1臺臺1煤氣表臺112測壓管4‘、2m/根根100每個孔按30m計算，兩端加工管螺紋的鐵管13注漿管6'、3m/根根8一端加工螺紋的鐵管14篩孔管2m/根根8一端加工管螺紋，一端壓扁，邊上鉆若干小孔15注漿球閥6/個8與注漿管相接16測壓閘閥4/個8與測壓管與壓力表接頭相接（銅質(zhì)）17管接頭4/個100測壓管之間的連接18壓力表接頭與壓力表配套購買19流量接頭與壓力表、流量計配套個2購買20生料帶卷1521采樣袋5kg個5注：表中材料為每層煤所需的材料。九、雙方分工及人員安排（1）雙方分工1）礦方a、 參與項目實施方案的制定；b、 負責(zé)鉆孔工程的施工及安全工作；c、 負責(zé)所需設(shè)備、材料，以及現(xiàn)場測試所需的其它材料及配件的準備，負責(zé)現(xiàn)材料加工；d、 按要求提供礦井地質(zhì)、通風(fēng)、瓦斯等相關(guān)資料；e、 負責(zé)觀測瓦斯壓力，取樣；2）湖南省煤炭科學(xué)研究所a、 負責(zé)項目實施方案制定；b、 負責(zé)煤層瓦斯參數(shù)測試的技術(shù)培訓(xùn)，并進行現(xiàn)場指導(dǎo)；c、 負責(zé)瓦斯流量測定，指導(dǎo)取樣，煤樣送檢；d、 負責(zé)項目所需的實驗室測定工作；e、 負責(zé)現(xiàn)場考察資料的分析整理，編寫項目總結(jié)報告。2、項目現(xiàn)場施工人員安排1）礦方a、 鉆孔施工及封孔操作人員12?15人（鉆孔施工采用輪班制，以加快施工進度）；b、 電工1人；c、 參數(shù)測定操作2?3人；d、 瓦檢員1人；e、 地質(zhì)技術(shù)人員1人；f、 施工管理與組織（技術(shù)人員）1?2人。2）湖南省煤炭科學(xué)研究所現(xiàn)場工作人員1?2人，實驗室3?4人。人員安排如表7。表5貴州湘能實業(yè)有限公司煤層瓦斯基本參數(shù)測定項目人員表姓名職稱/職務(wù)單位聯(lián)系方式黃淵躍高級工程師湖南省煤炭科學(xué)研究所湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心周松元高級工程師湖南省煤炭科學(xué)研究所湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心徐東方工程師/博士湖南省煤炭科學(xué)研究所湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心方前程工程師/博士湖南省煤炭科學(xué)研究所湖南省瓦斯治理和利用工程研究中