煤層瓦斯壓力測(cè)定的影響因素分析

饒高

【摘 要】本文從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)出發(fā)，從人、設(shè)備、環(huán)境以及管理等方面詳細(xì)分析了影響煤層瓦斯壓力測(cè)定的因素，并指出影響測(cè)壓效果的最重要的因素是人。

【關(guān)鍵詞】通風(fēng)安全；瓦斯壓力；礦山管理；測(cè)壓技術(shù)

中圖分類號(hào)： TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）15-0189-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.15.085

Analysis of Factors Influencing the Determination of Gas Pressure in Coal Cores

RAO Gao

（Hunan Province Coal Industry Group Baishanping Mining Co.， Ltd.， Fuyang 421800）

【Abstract】from the point of view of system theory， this paper analyzes in detail the factors that affect the measurement of coal seam gas pressure from human， equipment， environment and management， and points out that the most important factors that affect the measurement of pressure are human beings.

【Key words】Ventilation safety； Gas pressure； Mine management； Pressure measurement technology

0 前言

煤層瓦斯壓力是指煤層孔隙中所含游離瓦斯呈現(xiàn)的壓力，即瓦斯作用于孔隙壁的壓力。煤層瓦斯壓力是瓦斯涌出和突出的動(dòng)力，也是煤層瓦斯含量多少的標(biāo)志[1]。準(zhǔn)確測(cè)定瓦斯壓力對(duì)礦井有效而合理的防治瓦斯災(zāi)害，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，合理制定防突消突措施等均具有十分重要的意義。煤層瓦斯壓力測(cè)定是向煤層打一個(gè)鉆孔，通過鉆孔在煤孔內(nèi)布置1根測(cè)壓管與外界溝通，連上測(cè)壓表，封閉鉆孔與外界的聯(lián)系。此時(shí)，由于煤孔內(nèi)的瓦斯已經(jīng)向外放散，壓力較低，煤孔周圍的煤層中瓦斯向煤孔內(nèi)運(yùn)移，壓力逐漸增高。由于煤孔周圍的煤體體積遠(yuǎn)大于煤孔的空間體積，煤層內(nèi)的吸附瓦斯量又比游離瓦斯量大得多，故經(jīng)過一段時(shí)間的瓦斯?jié)B流，煤孔內(nèi)的瓦斯壓力逐漸接近煤層的原始瓦斯壓力，從外部的壓力表上可以讀出煤孔內(nèi)的瓦斯壓力值。

1 影響瓦斯壓力測(cè)定的因素分析

從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)出發(fā)，瓦斯壓力測(cè)定是由人、設(shè)備、環(huán)境共同形成的一個(gè)特殊的“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)。能否準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯壓力必然要受到系統(tǒng)中各種因素以及它們之間的相互關(guān)系的影響。系統(tǒng)中的人包括打鉆人員、封孔人員以及煤礦工作人員。設(shè)備包括測(cè)壓管、回漿管、注漿管、連接設(shè)備、注漿泵、封孔材料、測(cè)壓表等。環(huán)境包括測(cè)壓地點(diǎn)、煤層頂?shù)装鍘r性情況、地質(zhì)構(gòu)造影響、煤體性質(zhì)、鉆孔的設(shè)計(jì)參數(shù)等。這些因素之間的關(guān)系復(fù)雜，涉及面很廣，一個(gè)因素處理不好就可能導(dǎo)致測(cè)壓的失敗，因此，必須對(duì)它們進(jìn)行合理的組織、分析，才能充分發(fā)揮各自效能以保證能準(zhǔn)確的測(cè)出煤層的瓦斯壓力。

下面來具體分析影響瓦斯壓力測(cè)定的因素。

1.1 人員操作因素

人是測(cè)壓的主體，同時(shí)又是影響測(cè)壓的主要因素，可以說測(cè)壓結(jié)果的準(zhǔn)確性主要取決于人。人員操作因素的影響主要表現(xiàn)在人員的責(zé)任心不強(qiáng)和不規(guī)范性操作。如：測(cè)壓鉆孔布置不合理、打鉆人員為圖方便私自改變鉆孔參數(shù)、鉆孔深度不足或過長(zhǎng)；測(cè)定時(shí)間掌握不規(guī)范，打鉆與測(cè)定之間的時(shí)間間隔太長(zhǎng)或者測(cè)定時(shí)未等壓力表上的瓦斯壓力數(shù)值穩(wěn)定時(shí)就拆表讀數(shù)；封孔不規(guī)范導(dǎo)致測(cè)壓管堵塞或漏氣等；這其中主要涉及的人員有技術(shù)員、打鉆人員以及封孔人員。

1.2 設(shè)備因素

測(cè)壓設(shè)備必須具有良好的技術(shù)和質(zhì)量狀態(tài)，否則也會(huì)導(dǎo)致測(cè)壓結(jié)果的不準(zhǔn)確。由于測(cè)壓設(shè)備使用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)會(huì)發(fā)生損壞，使得測(cè)定誤差較大。如采用水泥漿封孔時(shí)涉及的設(shè)備主要有測(cè)壓管、回漿管、注漿管、連接設(shè)備、注漿泵、封孔材料、測(cè)壓表等。這些設(shè)備的技術(shù)和質(zhì)量狀態(tài)與測(cè)壓結(jié)果有密切關(guān)系。

1.3 環(huán)境因素

（1）測(cè)壓地點(diǎn)。煤層瓦斯壓力的大小取決于煤生成后，煤層瓦斯排放條件。測(cè)壓地點(diǎn)的選取是直接影響測(cè)壓是否成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。選擇測(cè)壓地點(diǎn)時(shí)，可參考以下原則：①煤層周圍無采空區(qū)，盡量選取在新開拓的巖石巷道；②測(cè)壓地點(diǎn)一般選擇在巖石比較完整，周邊地質(zhì)構(gòu)造單一的巖巷中進(jìn)行；測(cè)壓鉆孔及其見煤點(diǎn)應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動(dòng)影響范圍，測(cè)壓煤層周圍巖石致密完整、無破碎帶；③煤層50m范圍內(nèi)無斷層和大的裂隙；巖層無淋水，巖柱（垂高）至少>10m；④同一地點(diǎn)測(cè)壓應(yīng)打2個(gè)測(cè)壓鉆孔，鉆孔口距離應(yīng)在其相互影響范圍外，其見煤點(diǎn)的距離除石門測(cè)壓外應(yīng)≥20m。測(cè)壓結(jié)果以壓力較大的一個(gè)為準(zhǔn)；⑤選擇測(cè)壓地點(diǎn)應(yīng)保證有足夠的封孔深度。一般的巖巷打鉆，鉆孔深度不宜<12m；⑥應(yīng)盡可能地選擇施工仰角測(cè)壓孔，避免俯角和水平鉆孔；⑦如果選取順煤層施工測(cè)壓孔，鉆孔長(zhǎng)度≥40m，選取構(gòu)造簡(jiǎn)單有利于施工的最新開掘的煤巷。

（2）地質(zhì)構(gòu)造的影響。礦井中的斷層或破碎帶等地質(zhì)條件對(duì)測(cè)壓過程有很大的影響，如果必須在斷層、裂隙帶或破碎帶地段施工測(cè)壓孔時(shí)，首先必須對(duì)測(cè)壓孔周圍50m范圍內(nèi)注水泥漿或其它封堵材料，封堵圍巖裂隙，這樣才能準(zhǔn)確測(cè)定瓦斯壓力。

（3）煤層頂?shù)装鍘r性情況。

如果煤層的頂?shù)装灞容^致密，這將有利于瓦斯在煤層中賦存，減少游離瓦斯的排放，有利于測(cè)壓工作，縮短測(cè)壓時(shí)間。

1.4 管理方面的因素

礦井或科研鑒定機(jī)構(gòu)對(duì)測(cè)壓工作重視不夠、管理不科學(xué)、不嚴(yán)格等，這也會(huì)間接導(dǎo)致測(cè)壓結(jié)果的不準(zhǔn)確。有效的管理能夠使得人、設(shè)備、環(huán)境組成一個(gè)能夠有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的系統(tǒng)。管理這一看似影響測(cè)壓結(jié)果的間接因素，卻是最具根本、最能制約瓦斯壓力準(zhǔn)確性的關(guān)鍵所在，無論是科研鑒定機(jī)構(gòu)還是煤礦自身在測(cè)壓時(shí)都應(yīng)重視管理。

1.5 其他影響因素

1）瓦斯壓力測(cè)定方法：測(cè)定煤層瓦斯壓力時(shí)，通常是從巖石巷道向煤層打孔徑為50～75mm的鉆孔，孔中放測(cè)壓管，將鉆孔密封后，用壓力表直接進(jìn)行測(cè)定。實(shí)踐證明，應(yīng)盡可能采用上向施工測(cè)壓孔，避免下向和水平孔測(cè)壓。盡管下向孔在理論上是行得通的，但由于下向孔的施工和封孔質(zhì)量很難保證，測(cè)壓成功的機(jī)率很小。

2） 封孔工藝的選擇：不同的封孔工藝對(duì)測(cè)壓效果有不同的影響，選擇什么樣的封孔工藝直接關(guān)系到測(cè)壓結(jié)果的準(zhǔn)確性，下面來分析一下各種封孔工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）粘土封孔。此種方法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，對(duì)封孔材料的要求也不高，封孔成本較低。缺點(diǎn)在于其封孔長(zhǎng)度受限制，如孔深較長(zhǎng)，粘土太軟會(huì)導(dǎo)致剛度不夠，無法送到指定長(zhǎng)度；粘土太硬會(huì)導(dǎo)致封孔不密實(shí)，影響測(cè)壓效果。

（2）水泥砂漿封孔。此種方法的優(yōu)點(diǎn)就在于可以封孔深較長(zhǎng)的孔；其封孔材料在封孔時(shí)為液態(tài)。凝固后變?yōu)楣虘B(tài)，有效的解決了粘土封孔遇到的難題；且對(duì)人員技術(shù)要求會(huì)有所降低。固體封孔方法封孔在封孔段巖層為松軟的砂巖、鉆孔周圍存在微裂隙或直接在煤層打測(cè)壓鉆孔時(shí)，固體物不能嚴(yán)密封閉鉆孔周邊裂隙，易于漏氣。測(cè)出的瓦斯壓力值往往低于真實(shí)的煤層瓦斯壓力。

（3）膠囊粘液封孔。膠囊粘液封孔方法在當(dāng)封段巖層為松軟的砂巖、鉆孔周圍存在微裂隙或直接在煤層打測(cè)壓鉆孔時(shí)可以比固體封孔方法更有效更準(zhǔn)確測(cè)出瓦斯壓力的方法[2]，具有封孔時(shí)間短，密封效果較好的特點(diǎn)。缺點(diǎn)就是造價(jià)高，而且在松軟巖層或煤層打測(cè)壓鉆孔出現(xiàn)塌孔時(shí)，測(cè)壓封孔設(shè)備會(huì)被埋入孔中，無法回收，這樣會(huì)導(dǎo)致測(cè)壓鉆孔成本上升，但此封孔方法測(cè)壓效果比固體封孔方法好。

（4）聚氨酯泡沫封孔。該方法繼承了膠圈膠囊封孔的優(yōu)點(diǎn)，比之還降低了測(cè)壓成本，且操作簡(jiǎn)單；配比可以延長(zhǎng)發(fā)泡時(shí)間，發(fā)泡位數(shù)較高；克服了黃泥、水泥砂漿等在巖石微裂隙封孔不嚴(yán)等缺點(diǎn)，它能擴(kuò)散滲透到鉆孔周圍的裂隙，大大提高封孔質(zhì)量，是一種封孔測(cè)壓的有效方法，測(cè)壓效果更好。

2 總結(jié)

煤層瓦斯壓力測(cè)定是一個(gè)涉及人、設(shè)備、環(huán)境以及管理等因素的系統(tǒng)工程，測(cè)壓過程中應(yīng)充分考慮這些因素對(duì)測(cè)壓效果的影響。在眾多因素中，測(cè)壓結(jié)果的準(zhǔn)確性主要取決于人。在測(cè)壓過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)人的管理、培訓(xùn)，人員素質(zhì)提高后才能對(duì)測(cè)壓設(shè)備、環(huán)境等進(jìn)行有效的組織，才能合理選擇測(cè)壓方法、測(cè)壓地點(diǎn)以及封孔工藝，提高鉆孔測(cè)壓的成功率，才能準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯壓力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王佑安，吳繼周.煤礦安全手冊(cè)第二篇，礦井瓦斯防治[M] .北京：煤炭工業(yè)出版社，1994.

[2]何書建.煤層瓦斯壓力測(cè)定新技術(shù)[J].礦山壓力與頂板管理，2003（3）：116-117.