強(qiáng)富水砂巖裂隙帶俯角孔瓦斯壓力精準(zhǔn)測定

摘 要：通過在桃園煤礦II1皮帶大巷外段瓦斯壓力測定的實(shí)驗(yàn)，提出了高壓定點(diǎn)封孔測壓法，根據(jù)出水點(diǎn)位置距離煤層遠(yuǎn)近采取不同的封孔測壓方法。當(dāng)出水點(diǎn)遠(yuǎn)離煤層時(shí)采用定點(diǎn)兩堵一注測壓法，出水點(diǎn)靠近煤層時(shí)采用高壓長膠囊封孔技術(shù)。通過將實(shí)測瓦斯壓力與推測值、實(shí)測壓力曲線與模擬曲線分析比較，驗(yàn)證了測壓結(jié)果合理。可應(yīng)用于相同條件下俯角孔瓦斯壓力測定。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)富水;俯角孔;瓦斯壓力精準(zhǔn)測定

1.工程實(shí)踐礦井概述

淮北礦業(yè)股份公司桃園煤礦位于安徽省宿州市境內(nèi)，井田面積29.45km2，礦井1995年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為90萬t/a，2016年礦井核定生產(chǎn)能力175萬噸/年;采用立井開拓，井田劃分二個(gè)水平（一水平標(biāo)高為-520m，二水平標(biāo)高為-800m）;通風(fēng)方式為中央分列式，由副井、主井、新副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井回風(fēng);2005年礦井升級為煤與瓦斯突出礦井，井田內(nèi)7、82、10煤層均為突出煤層。

1.1瓦斯壓力測定存在的問題

桃園礦10煤頂板砂巖較為發(fā)育，細(xì)中粒結(jié)構(gòu)，直接底板以泥巖為主，部分鉆孔有砂巖和粉砂巖。其下為葉片狀砂泥巖互層。此層段砂巖裂隙發(fā)育不均，局部裂隙較發(fā)育，富含砂巖裂隙水。

由于含水層的存在，給測壓造成困難。受巷道和現(xiàn)場條件的限制，桃園煤礦Ⅱ1采區(qū)皮帶大巷外段10煤層的瓦斯壓力需采用俯角孔測壓。而10煤層上方具有含水層，從巷道向10煤層打測壓孔必然穿透含水層。之前，采用的測壓力方法為水泥注漿封孔測壓法，在測壓過程中，由于煤巖層中含水較多，使得測壓管中幾乎全部被水充滿，無法精準(zhǔn)測定瓦斯壓力。在這種背景下，有必要研究新型測壓方法，解決含水砂巖俯角孔測壓困難，提高瓦斯壓力測定的成功率。

2 實(shí)施方案

2.1 測壓鉆孔布置

根據(jù)測壓地點(diǎn)應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道卸壓圈和采動影響范圍的原則，及現(xiàn)場的實(shí)際條件，經(jīng)研究討論在Ⅱ1采區(qū)皮帶大巷外段處選取了地質(zhì)條件相對較好位點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)點(diǎn)對10煤層原始瓦斯壓力進(jìn)行測定。

考慮到煤層埋深較深、巖孔較深、測壓點(diǎn)小、地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜等因素，僅依靠傳統(tǒng)水泥砂漿進(jìn)行兩堵一注封孔很難密封;選用高壓定點(diǎn)封孔法施工了測壓鉆孔。

3.2 施工過程

3.2.1 含水層位置探測

含水層位置的探測是第一步，根據(jù)含水層位置的不同封孔方法進(jìn)行封孔測壓。含水層的探測方法有鉆孔靜態(tài)觀察法和窺視法，鉆孔靜態(tài)觀察法由于操作簡單不需要額外設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，是我們的首選方法。如果出水情況不明顯時(shí)，應(yīng)采用窺視法，應(yīng)用孔內(nèi)窺視儀進(jìn)行窺視巡查出水位置。

通過鉆孔靜態(tài)觀察法探明1#孔出水點(diǎn)距煤層6.8m，距離煤層較遠(yuǎn)，根據(jù)其出水點(diǎn)位置選擇高壓定點(diǎn)封孔新型測壓法中出水點(diǎn)遠(yuǎn)離煤層方案。2#孔出水點(diǎn)距煤層7.2m，距煤層較遠(yuǎn)，同樣選擇高壓定點(diǎn)封孔新型測壓法中出水點(diǎn)遠(yuǎn)離煤層方案即可。

3.2.2 封孔測壓

現(xiàn)場施工鉆孔后，根據(jù)探測出水點(diǎn)位置，選擇高壓定點(diǎn)封孔測壓法中出水點(diǎn)遠(yuǎn)離煤層的方法即定點(diǎn)兩堵一注測壓法，現(xiàn)場具體施工過程如下：

首先用Ф133mm鉆頭鉆進(jìn)6.5m深，下Ф108mm孔口管6m，注漿固管并做耐壓試驗(yàn)，用Ф75mm鉆頭正常鉆進(jìn)，然后進(jìn)行注水泥漿封堵巖層裂隙。注漿時(shí)先注清水，壓力加到12MPa，穩(wěn)定一段時(shí)間后將清水放出，然后采用水泥漿封孔。最終注漿終壓力要大于當(dāng)?shù)厮畨?。等待水泥漿凝固24小時(shí)左右，用Ф75mm鉆頭掃孔鉆進(jìn)至距離煤層0.5m停鉆，觀察鉆孔中是否還有水涌出。如果鉆孔中沒有水涌出，則繼續(xù)進(jìn)入煤層1m停鉆，換壓風(fēng)將鉆孔內(nèi)殘留的水吹出，退出鉆桿，即完成測壓孔施工任務(wù)。發(fā)現(xiàn)有水，重新進(jìn)行注漿、掃孔步驟，直到將鉆孔中地下水完全封堵。先用壓風(fēng)將鉆孔內(nèi)水吹干，然后將前端膠囊連接好測壓管，利用具有支撐兼返漿功能的四分管將測壓管送入鉆孔，送至距離預(yù)定封孔位置2m位置暫停;在兩根帶有閥門的4分管上捆扎好空囊袋，向空囊袋中倒入聚氨酯，快速將其中一根四分管連接至已送入鉆孔中的那根具有支撐功能的四分管，未連接的那根四分管作為注漿管，閥門要外漏在鉆孔外部;繼續(xù)將測壓管送2m至預(yù)定封孔位置，等待聚氨酯囊袋能夠充分膨脹完成鉆孔內(nèi)后端封堵;將前端膠囊乳化液膠管連接至注漿泵;加壓至3MPa，使前端膠囊充分膨脹完成鉆孔內(nèi)前端封堵后，關(guān)閉泄壓閥和截止閥。連接注漿管至注漿泵，打開四分管上兩閥門，注入水泥漿。待注漿泵壓力上升至2MPa左右，停止注漿，等待10min后，再注入水泥漿，如此反復(fù)4次，關(guān)閉注漿管閥門。將配置好的水泥漿液注入孔內(nèi)，安裝壓力表后封孔工作完成。

3.3 現(xiàn)場考察結(jié)果

安裝壓力表后，定時(shí)記錄每個(gè)鉆孔的壓力表數(shù)據(jù)，開始時(shí)每班記錄一次，每個(gè)鉆孔每天記錄3組數(shù)據(jù)。待壓力變化較小或者不變化時(shí)，可改為每天記錄一次。

由上圖可以看出，1#鉆孔瓦斯壓力開始時(shí)上升較快，到封孔96小時(shí)（即4天）瓦斯壓力達(dá)到1.30MPa，隨后壓力上升速度開始減小，進(jìn)入極限階段。封孔160小時(shí)（7天）瓦斯壓力上升到1.40MPa，持續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)瓦斯壓力不再變化，故1#鉆孔最終測定煤層瓦斯壓力為1.40MPa。

2#鉆孔初始階段瓦斯壓力上升較快，隨后進(jìn)入上升階段，到封孔100小時(shí)左右瓦斯壓力達(dá)到1.05MPa，之后壓力上升速度開始減小，進(jìn)入極限階段。封孔172小時(shí)瓦斯壓力上升到最大值1.16MPa，持續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)瓦斯壓力不再變化，故1#鉆孔最終測定煤層瓦斯壓力為1.16MPa。

4 結(jié)論

現(xiàn)場工程試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鉆孔瓦斯壓力曲線開始時(shí)上升較快。由于初始階段瓦斯充滿了整個(gè)空間，瓦斯量即或有較小量的增加，壓力值就會有較大的增長，這時(shí)鉆孔內(nèi)的壓力在短時(shí)間里就會上升到接近真實(shí)瓦斯壓力值。隨著瓦斯進(jìn)一步的排放，孔內(nèi)瓦斯壓力上升速度減少，使得鉆孔內(nèi)部的瓦斯壓力同煤層的瓦斯壓力趨于平衡即極限階段。實(shí)測瓦斯壓力曲線與數(shù)值模擬結(jié)果一致，符合compertz曲線，說明測壓結(jié)果可靠。

瓦斯測定方法種類繁多，工藝復(fù)雜程度不一，需要根據(jù)具體地質(zhì)情況采用適宜的安全經(jīng)濟(jì)的手段，確保測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]俞啟香，礦井瓦斯防治[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990。

[2]AQT1047-2007煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法。

作者簡介：

李磊（1979-）男，安徽太和縣人，本科，工程師，現(xiàn)在淮北礦業(yè)桃園煤礦，從事煤礦瓦斯防治方面的管理與研究。