测压封孔技术在桃园矿的推广与应用.pdf

第6期 贾金峰测压封孔技术在桃园矿的推广与应用 8 3 测压封孑 L 技术在桃 园矿的推广与应用 贾金峰 淮北矿业集团公司桃园煤矿， 安徽 淮北2 3 4 1 1 6 摘要 通过对煤层瓦斯压力的实测及 f L x - 艺综合分析 ， 阐明了影响煤层瓦斯压力测试成功率的 主要 因素， 利于指导今后矿井深部煤层 瓦斯参数的测定 ， 做好矿井瓦斯防治工作。 关键词 测压钻孔施工； 封 L r - 艺； 推广 ； 应用 中图分类号 T D 7 1 2 ． 5 3 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 7 4 9 X 2 0 0 8 0 6 0 0 8 3 0 2 O 引言 煤层瓦斯压力是瓦斯涌出和突 出的动 力， 也是 煤体瓦斯含量多少的标志。准确测定煤层瓦斯压力 对矿井合理地制定瓦斯防治措施 ， 预测预报煤与瓦 斯突 出的危险性 ， 都具有重要意义。但是瓦斯压力 的测试工作易受到围岩 的完整及赋水性 、 钻孔 的位 置 、 施工工艺、 测压孔所穿煤层的松散度及人为因素 的影响。为此 ， 桃园矿开展了瓦斯测压技术攻关 ， 总 结了一整套的测压经验 ， 为今后矿井深部煤层 瓦斯 参数的测定 ， 搞好矿井瓦斯防治提供科学依据。 l 煤层瓦斯压力测定 1 ． 1 煤层 瓦斯 压力测 定方法 测定煤层 瓦斯压力时 ， 通常是从 围岩巷道 石 门或围岩钻场 向煤层钻孔径 6 5 m m或 7 5 m i l l 的钻 孔， 孔中放测压管 ， 将钻孔密封后， 用压力表直接进 行测定。一般采取瓦斯 压力 自然恢复法来进行 ， 如 果时间紧迫则采用 向钻孔注氮的方 法来快速测定 。 实践证明 ， 尽可能采用上向施工测压孑 L ， 避 免下向和 水平孔测压。尽管下 向孑 L 在理论上可行 ， 但 由于井 下条件的限制 ， 下向孑 L 的施工和封孑 L 质量很难保证 ， 测压成功的机率很小。 1 ． 2测压位置的选择 选取测压地点时， 为了最大限度反应煤层原始 状态下的瓦斯压力， 需遵循以下原则 ①煤层致密完 收稿 日期 2 0 0 80 4 2 3 作者简介 贾金峰 1 9 7 2一 ， 男， 安 徽界首人 ， 2 0 0 2年毕 业于安徽理 工大学 ， 本科 ， 工程师 ， 从事 “ 一通三防” 工作 。 整、 无破碎， 5 0 m范围内无断层和大的裂隙； ②如果 必须在断层 、 裂隙带或破碎带地段施工测压孔时 ， 首 先必须对测压孔周围 5 0 m 范围内注水泥浆或其它 封堵材料 ， 封堵围岩裂 隙； ③ 岩层无淋水 ， 岩柱 垂 高 至少大于 1 0 m； 目标煤层周围无采空区 ， 尽量选 取近几年开拓的岩石巷道； ④如果选取顺煤层施工 测压孔 ， 钻孔长度不小于 4 0 m， 选取构造简单 ， 有利 于施工的最近开掘的煤巷。 1 ． 3 测压钻孔的施工工艺 施工工艺 ① 为防止测压孔施工 中突然出水或 遇破碎带 ， 先用 1 1 3 m m钻头钻进 3 m深停止钻 进 ， 退出钻杆 ， 扫净孔 内岩粉 ， 将孔 口管送进孔内， 并 外露长度3 0 0 m m； ②用水灰比 1 1的灰浆注浆， 加 固孔 V I 管， 直至孔 口管外不跑浆为止 ； ③待孑 L 口管加 固的浆液凝 固2 4 h后 ， 用 7 5 m m钻头扫孔 3 m停 止钻进 ， 退出钻杆 ， 对孔 口管做耐压 1 3 ． 5 MP a ， 耐压 稳定时间不小 于 3 0 m i n的耐压试验。直至孔 口管 耐压实验合格； ④孔口管耐压实验合格后， 在围岩完 整的情况下 ， 用 妒 5 m m钻 头正常钻进直至终孑 L 。 如果遇到裂隙或破碎带注单液浆封堵岩层 ， 不易注 高分子粘合材料， 因扫孔 时易造成泥包头 ， 出现废 孔 ； 如果穿多层煤 ， 煤又 比较松软 ， 采取下花管护壁 和注浆的方式施工； 如果遇裂隙水或含水层时 ， 应先 注浆 固化围岩后钻进 ， 但必须清楚出水位置及 出水 量； ⑤注单液浆的浓度， 先注稀浆后注浓浆， 浆液水 灰 比为 2 1 1 、 1 1 1两个配 比级别 ， 最后注 1 1 1的 浓浆封孔 ， 注浆终压 1 3 ． 5 MP a ； ⑥待水泥浆凝固 2 4 h后 ， 用 5 m m钻头扫孔钻进 ， 进入煤层 0 ． 5 m左 右停钻 ， 退 出钻杆 ， 即完成测压孔施工任务 。 陕西煤炭 2 0 0 8笠 2 封孔 工艺 封孔是测压的关键 ， 涉及到测压的效果及成败 。 因此 ， 测压封孑 L 工艺要根据现场围岩状况 、 赋水性 、 瓦斯压力大小及煤层赋存情况而定。 2 ． 1 水 泥砂 浆封孔 水泥砂浆靠 自然下沉凝 固， 比较适用 于围岩较 稳定 ， 无含水层 ， 而且测压孔是上 向孔 ， 水平测压孔 较差。因为水泥砂浆不能完全侵入微 小裂 隙； 水泥 凝固后钻孔 内存在一定高度的水； 测压期间积存 的 水会对煤层瓦斯压力有一定的影响 ， 需要对测定 的 瓦斯压力进行校正 ， 我国煤矿刚开始采用黄泥、 水泥团人工封孔 ， 由 于不同操作人员的技术水平和人工添堵长度所限 ， 封孔质量很难保证。考虑到简单实用 ， 在现场采用 水泥砂浆外加木楔机械注浆式封孔替代原黄泥、 水 泥团封孔 ， 在水泥砂浆中加入膨胀水泥 、 早强剂以提 高封孔质量。测压管采用 4 1 或 6 铸铁管 ， 管接头用 密封胶带缠绕。岩石巷道的裂隙带一般集 中在 0～ 1 0 m范围内， 在封孔时应保 证避开裂隙带 ， 封孔长 度不小于 2 0 I n 。水泥水解 和水化所需水量是水泥 量的 2 l ％ ～2 7 ％ ， 为保证 注浆时的流动度， 上 向孔 水泥砂浆按水泥 水 1 2 体积 比 的比例来搅拌。 下向孔的水灰 比采用 0 ． 5， 即 1 0 0 k g水泥加 5 0 k g 水。如水灰比太小 ， 则灌注困难 ； 水灰 比增大则降低 水泥强度。 2 ． 2 马 丽散封 孔 马丽散特性 马丽散 高分子材料 主要适宜于 瓦斯压力不大 、 围岩裂隙发育 、 松软 、 赋水性强封孔。 是一种两种成分 的聚亚安酯产品， 专为有严格下井 需要的地层加固设计而成。具有加固裂隙和不稳定 地 面， 封闭水流入 口， 密闭地层 ， 沿煤层超前加固， 密 封岩石锚杆的作用。马丽散使用安全 ， 不受地层状 况的限制 ， 有 良好的穿透力 ， 凝 固速度快 ， 在最短的 时间内达到全方位的机械力 ； 不管是出于防范或修 补的目的， 注射进入地层以后， 低黏度混合物保持液 体状态 l ～ 2 rai n ， 渗透细小的裂缝和孔隙， 然后发生 膨胀和硬化， 与地层形成很强的粘合 ， 最大膨胀率是 最初膨胀的 3～ 5倍 ； 其柔韧性能承受随后的地层运 动， 与水反应封闭水流 ； 其高粘合力、 高机械压力和 弹性的结合， 有效地加固和密封处理区域 ； 确保粘合 地层完美， 从而迅速地将工作 区域变得安全。 封孔工艺 马丽散封孔近似与水泥砂浆封孔 ， 主 要 E艺 流程 如 下 以俯 角 孔测 压 为例 下测 压 管下注浆管～用棉纱 、 木楔封住孔 口一一 高 压注马丽散 。 封孔工艺注意事项 ①测压管尽量下到所测压 力煤层， 以给马丽散留有足够的膨胀空间； ②测压腔 与含水层之间必须用“ 马尾 巴” 隔开， 且与孔 壁严密 结实 ， 无丝毫缝隙或漏洞 ， 防止马丽散漏入测压室。 “ 马尾巴” 用长棉纱等物制成， 粗细要与测压孔径相 匹配 ； ③ 因马丽散凝 固速度快 ， 所 以注浆管 出浆 端 必须处于含水层或 出水点附近 ， 快速地封堵出 水口； ④孑 L 口用棉纱堵严实， 一方面能有效的保证马 丽散固化膨胀期间将孔 内残余 的水溢出孔外 ； 另一 方面增大马丽散的注入量 ， 使马丽散充分膨胀 ， 更好 的渗入孔壁裂隙内。 实例 桃园煤矿北八采区运输大巷位于 1 0煤层 顶板 ， 8煤层地板 。其中 1 O煤层位于丰富的四含水 之下 ， 8煤底板赋存砂岩含水层 。根据生产需要在 其 N 4 0点和 N 4 2点施工 4个测压点 ， 7煤层测压孔 为仰角 穿过 8煤层 ， l O煤层测压孔为俯角 ； 施工 过程中， 均存在钻孔穿 含水层 ， 围岩裂隙发 育、 涌水 量大的特点。第一个 l 0煤测压孔 ， 设计孔深 5 0 m， 在 2 2 m左右出水 ， 水量 3 m ／ m i n ， 采用注水泥浆堵 水 、 扫孔的方式钻进 ， 经反复多次尝试 ， 但都因出水 最大 ， 导致测压失败 ； 后又在 附近另施工一个 l 0煤 层测压孔 ， 孔深 4 2 m， 2 0 m时见 9煤 ， 3 6 m出水 ， 水 量 7 8 m ／ mi l l， 改用马丽散封孑 L ， 测压比较成功。 实施步骤 ①测压管下 4 0／ lq ， 测压室内为 1 ． 5 m 的铁花管， 在管 子的 3 9 m处 用长棉纱 扎成 “ 马尾 巴” ， 来 回抽动测 压管 ， 使 马尾巴与孔壁严密接实 ， 防止马丽散流人测压室 ； ②下长度为 3 6 m的注浆管 至含水层； ③在孔 口用棉纱 、 木楔堵实 ； ④用专用泵 注马丽散 ， 缓缓开启注浆泵 ， 其压力由小增大 ， 最终 保持在 81 0 MP a ， 使 马丽散慢慢地渗入到裂 隙带 或含水层 中； 连续注入时间应在 1 0 ra i n内结束 ， 以 防因时间过 长马丽散凝 固； ⑤ 安装压力表， 观察读 数。基于马丽散凝 固较快 ， 注浆结束半小时后 即可 安装压力表。在此点所测 7煤层的瓦斯压力为 0 ． 3 7 M P a ， 与以往所测 7煤瓦斯压力较为吻合； ⑥在 N 4 0点测试煤层瓦斯压力时也使用马丽散作为封孔 材料 ， 均取得较好得效果。 2 ． 3 马丽散水泥浆封孔 上转第 7 0页 7 0 陕西煤炭 2 0 0 8正 图3 煤层缺失与断层在时间剖面的反应 a ～煤层缺失现象在时间剖面上的反应． b 一断层在时间剖面上的反应 经过进一步的精细处理和解释 ， 对 区内地震测 线上可采煤层的埋藏深度及起伏形态 、 构造发育情 况和主要可采煤层的赋存范围进行 了控制。 该解释结果经钻孔验证， 煤层赋存情况基本吻 合， 煤层埋藏深度最大绝对误差 8 ． 8 9 m， 最大相对 误差仅为 1 ． 7 0 ％。避免了钻探施工的盲 目性， 降低 了勘探费用 ， 地质效果显著 ， 为宝鸡地区上亿吨的煤 炭储量的开发提供了可靠的地质依据。 这一方法在陕西省彬长矿区等复杂山区煤炭资 源的勘探 中得到了广泛应用 。 另外 ， 根据施工经验 ， 当测线 布设在塬 梁上， 在 沟底水系中采用坑炮激发 ， 也能得到较好的记录。 4结语 复杂 山区地震 勘探为勘 探界的 一个难题 ， 其 - - 4 ． - 一 - - ． i - - - - - t - - - - 4 - - - - 卜 - 一 一一 一 - - 一 - - - 4- 一 - - 4 -- - 1 - - 卜 - 。 一 下转第 8 4页 地压较大或围岩破坏较严重的地段测压时， 应 采用水泥浆与马丽散两种材料封孔。水泥刚性强 ， 具有一定的硬度， 但 缺少一定的柔韧性 ， 比较脆 ， 其 凝固后 ， 在地应力和采动压力的影响下 ， 易开裂 、 溢 出瓦斯 ， 影响测压效果； 而马丽散柔韧性强 ， 刚性弱 。 二者结合到一起封孔 ， 具有“ 柔 中带刚 ， 刚中且柔” 的效果。但要注意 ①马丽散、 水泥浆封孔工艺同 上， 出水段的上下两端点必须用“ 马尾 巴” 将其与测 压室及孑 L 口管封堵隔开； ②水泥浆、 马丽散注射的先 后顺序根据现场而定； ③施工中， 必须判断清楚出水 点所处的位置。 3 结论 1 选择合适的测压位置及施工工艺．． 是影响 恶劣的地表条件和复杂 的地质构造共同存在 ， 这些 条件使得地震原始资料 品质很差。表层纵 向和横 向 岩性、 速度及厚度变化均较大 ， 给表层静校正 、 地震 波激发及接收带来较大影响。 自由网弯线地震勘探 方法很好地解决了复杂地震地质条件下山区地震勘 探中存在的这些问题 ， 取得了较好的地震地质效果， 为山区地震勘探提供了工作经验 ， 对今后山区地震 勘探的方法探索有很大的借鉴作用 。 参考文献 [ 1 ] 王双明， 鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价 [ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 6 ． [ 2 ] 刘天放， 地震勘探原理[ M] ． 北京 煤炭工业出版 社 ， 1 9 9 6 ． [ 3 ] 王双明， 煤田地质与可持续发展研究[ M] ． 陕西 陕西科学技术出版社 ， 2 0 0 2 ． 瓦斯压力测定成功的关键因素。 2 封孔质量和封孔长度是影响是否成功的决 定性因素。应合理选择封孔材料 、 封孔工艺有利于 准确测压。 3 从某种意义上讲 ， 测试方法是 内因 ， 测试条 件是外 因， 两者互相密切配合 ， 才能提高测试效果和 成功率 ， 取得正确的瓦斯压力参数。 参考文献 [ 1 ] 焦作矿业学院瓦斯地质研究室． 瓦斯地质概论 [ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 0 ． [ 2 ] 王春光． 聚氨酯在煤层孔测瓦斯压力中的应用 [ J ] ． 煤矿安全， 2 0 0 7 ， 5 ． [ 3 ] 羊群山， 田红磊． 利用新技术快速测定立井煤层 瓦斯压力[ J ] ． 煤炭工程， 2 0 0 7 ， 1 ． [ 4 ] 何书建． 煤层瓦斯压力测定新技术[ J ] ． 矿山压力 与顶板管理 ， 2 0 0 3 ， 3 ．