多步分段封孔技术在测量下向测压孔中的应用.pdf

2 0 1 0年第 3 期 第 1 0卷 总第3 6期 淮 南 职 业 技 术 学 院 学 报 J OUR NAL OF HUI NAN V OC AT I ONAL T E CHNI C AL C OL L E GE NO 3， 2 0 1 0 VOL． 1 0， S e fi No ． 3 6 多步分段 封孔技术在 测量下 向测压 孔 中的应用 苏祖 来 淮 南矿业 集团张集煤矿 ， 安徽 凤 台 2 3 2 1 7 4 [ 摘要] 准确测定煤层瓦斯压力主要是用高压注浆方法封堵钻孔围岩裂隙， 以隔绝钻孔的封孑 L 段与围 岩裂隙的连通； 介绍了用多步分段封孔测压技术测定较破碎煤层瓦斯压力， 通过对煤层瓦斯压力的实测及封孔 工艺综合分析， 找出了测定煤层瓦斯压力的较为先进的方法 ， 具有一定的推广应用价值。 [ 关键词] 下向孔； 煤层 ； 瓦斯压力； 测压 [ 中图分类号] T D 2 6 5 ． 4 [ 文献标识码] B [ 文章编号] 1 6 7 1 4 7 3 3 2 0 1 0 O 3 0 0 1 3 0 3 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 4 7 3 3 ． 2 0 1 0 ． 0 3 ． 0 5 随着矿井开采力度的加 大及矿井 的延深 ， 瓦斯 问题越来越凸显 ， 防治煤与瓦斯突出 已经成为煤矿 工作者面对 的重大难题之一 ， 但 由于瓦斯 附含在煤 体之中 ， 能否准确测定煤层 瓦斯 压力是 防止煤与瓦 斯突出突出等事故的有效手段之一 。 目前 ， 瓦斯压力的测定一般采用直接法 ， 即从巷 道向煤层中打钻孔 ， 然后 封孔测定 煤层瓦斯压力 。 按测压钻孑 L 封孔材料的不 同， 可分为胶囊 胶圈 一 密封黏液封孑 L 测压法和注浆封孔测压法 ， 但在实际 测定过程中， 多采用聚氨酯一 注浆封孔法 ， 该方法不 仅操作简单、 成本较低， 并且能够取得较好的测量效 果。在聚氨酯一注浆封孔法中 ， 很多研究者认 为下 向孔封孔技术一直是测压技术 中的一个难点 ， 因为 在水泥浆和水的重力作用下 ， 下 向测压钻孔封孔时 难以形成测压室。笔者通过大量 的现场测压实践 ， 逐步完善 了一种利用水泥浆和聚氨酯等材料为主的 多步分段封孔技术 ， 并 在张集矿北 区的多个 煤层测 压过程中进行 了运用 ， 取得了较好的效果。 1 多步分段封 孔技 术 1 ． 1 多步分段封孔的意义 由于煤层的特定赋存条件或受采动的影 响， 使 得在测压过程 中测压管全部被水充满或者测压管的 测压气室与外界导通 ， 最终 由于水压太大而将测压 表损坏或者不能测出煤层瓦斯压力； 或者由于钻孔 周围有大量裂隙而注浆压力不够不能够将裂隙封堵 严密致使压力不集 中， 造成测压失败 ； 同时井下进行 施工钻孔测压的成本 也较高 ， 一旦某个钻孔作废而 无法测得该处煤层 瓦斯参数 ， 不 仅给瓦斯治理工作 带来 了困难 ， 并且也造成了巨大 的人力、 财力和时间 的损失和浪费， 选择该项封孔技术能够解决封孔测 压过程中遇到 的一些难题。 I ． 2多步分段 封 子 L 关 键 测压是否能够成 功， 关键 的一步是选择合适的 施工地点 ， 除在煤巷 中测定本煤层瓦斯压力外 ， 测定 地点应选择在石 门或岩巷 中； 钻孔应避开地质构造 裂隙带、 巷道的卸压圈和采动影响范围； 测定煤层原 始瓦斯压力的见煤点应避开地质构造裂隙带、 巷道、 采动及抽放等的影响范 围； 选择瓦斯压力测定地点 应保证有足够的封孔深度 ； 瓦斯压力测定地点宜选 择在进风系统 ， 行人少且便于维护的地方。 I ． 3 操作步骤 当一个测压孔施工完成后 ， 将测压钻孑 L 内的煤 渣及煤粉清理干净 ， 防止 由于煤渣及煤粉的混人造 成水泥浆不能充分凝结 ， 以提高密封效果 ； 封孔前在 花管与测压管 的连接处安设一个挡 板 ， 与胶丝带相连接 胶丝带里放置聚氨酯 ， 要求完 好无损 ， 防止聚氨酯流失 ； 测压管外端 1 0 0 0 m m以 里侧也加设一个挡板 ， 在孔 口的注浆 、 回浆管分别装 [ 收稿 日期] 2 0 1 00 8 2 5 [ 作者简介] 苏祖来 1 9 7 7一 ， 男 ， 四川内江人， 工程师， 从事煤矿安全技术管理工作， 电话 1 3 7 0 5 5 4 3 0 0 6 。 1 4 淮南职业技术学院学报 第 1 O卷 设 一 个高 压闸阀 ； 由于聚氨酯凝固较为迅速， 所以在进行封孔前． 一 定要将测压管进行连接 如果巷道较窄可以两根 一 组进行连接 ， 为防止注浆管漏气 ， 可在连接处用 生料带进行缠绕 ； 对注浆泵进行打压实验 ， 看注浆泵能否正常工 作； 封孔准备工作完成后 ， 将测压 管和带有花管连 接的封孑 L 器首先插入测压孔 ， 往胶丝带注入 3～ 4对 聚氨酯， 并迅速塞人孔内， 并快速依次连接封孔器中 间管 ， 最后安装前端封孔装置 ， 同尾端一样在两挡板 之间绑扎聚氨酯 ； 待聚氨酯完全反应后 ， 进行第一次注浆 由于第 一 步注浆是关乎测压成败的重要环节 ， 因此第一步 很重要。用注浆泵将配置好的水泥浆通过注浆管进 行第一次注浆 ， 根据设计测压管 的长度 长 1 0 I n以 上的注浆管第一次注浆 3 ～5 m。为了防止水泥流 人测压室 ， 在该步浆液在 注浆泵压力允许 的情况下 尽量稠密 ； 第二次注浆 经过第一次且水泥凝固后 ， 第一段 已经有了抵抗性， 因此第二次可以进行加压注浆 压 力最还在 4 M P a以上 ， 进一步将测压孔周围的裂隙 充填严密。当回浆管回浆液时 ， 不要立 即停止注浆 ， 此时需要控制注浆量并再次加压 2 3 mi n后停止 注浆并关闭回浆管闸阀， 让浆液进行 自然沉淀， 停 留 2 h后 ， 打开回浆管， 再进行补注浆， 待回浆管再次 回 浆后 ， 关闭注浆、 回浆管闸阀 ， 注浆完成； 当封孔水泥凝固后 2 4 h后 安装孔 口测压装 置， 并在表与测压管接 口处涂抹肥皂水 ， 以检验气密 性。 如果需要快速测压 ， 可 以通过三通向测压孔气 室内补偿高压氮气或二氧化碳 ， 氮气或二氧化碳压 力达到预计瓦斯压力 以上后关 闭闸阀， 通过压力表 读出瓦斯压力变化情况， 如果 瓦斯压力达到平衡 2 4 h没有变化 ， 则稳定的压力就是煤层 瓦斯压力 ， 一 般 2 3 d就达到稳定值 ， 实现快速测压。 如果不需要快速测压 ， 在各钻孔封孔后的前 l 0 d内， 每星期观测和记录 2次压力表读数及观测 时 间， 以后每 2～ 3 d观测一次。视煤层的瓦斯压力及 透气性大小的不同， 一般需观测 3 0 d以上。取记录 的最高压力为煤层瓦斯压力。 在安装瓦斯压力表前或将其拆下后应测定钻孔 瓦斯流量 ， 并记录相应时间， 以便计算煤层透气性系 数。如图 1 所示 图 1 下 向孔封孔测压示意图 2 应 用实例 张集矿北区经资质单位鉴定 ， 6 、 8煤 为突出煤 层 ， 矿井为突出矿井。根据突出危险煤层具备保护 层开采 的必须开采保护层 ， 不具备保护层开采的， 煤 巷掘进必须在底 顶 板 巷穿层钻孔条带区域预抽 掩护下进行 ， 采煤工作面采取顺层钻孔或底 顶 穿 层钻孔预抽消突措施。西二采区 8煤由于受采深影 响， 有突出危险性， 在西二 8煤层设计 4个测压孔 ， 并成功的测量出西二 8煤层的瓦斯压力。见表 1 。 表 1 西二 8煤层瓦斯压力测定值 由图 2可以看出， 煤层瓦斯压力随深度的变化关系 曲线可得煤层瓦斯压力与煤层埋藏深度高的拟合线 性回归方程为 P 0． 0 0 7 8 H 一3． 3 49 式中 P为煤层瓦斯压力 ， MP a ； 为煤层埋藏深度 ， m。 图 2 瓦斯压力与煤层埋藏深度 的关系曲线 第 3 期 苏祖来 多步分段封孔技术在测量下向测压孑 L 中的应用 1 5 从张集矿北区西二 8煤层的煤层瓦斯压力的测 定结果来看 ， 煤层瓦斯压力 随煤层埋藏深度 的增加 呈线性增大 ， 该线性关系符合矿井实际瓦斯涌 出情 况和甲烷带内煤层瓦斯压力的梯度变化规律， 表明 应用多步分段封T L N压技术应用于测定瓦斯压力是 可行 、 可靠和成功的。 4结论 利用多步分段封f L N压技术 ， 能够有效地解决 围岩裂隙水进人测压室或 由于注浆压力不够而导致 测压室与外界导通， 致使不能或不 能准确测 出煤层 瓦斯真实压力 ， 对于较 为破碎煤层 瓦斯压 力测定工 作具有一定的指导作用 ； 通过在张集矿北区西二 8煤及其他地点测量瓦 斯压力表明， 应用该 技术对不 同赋存条件下 的煤层 都能够准确测定煤层瓦斯压力 ， 且操作简单 ， 实用性 强 ， 该项技术具有一定的推广价值 。 参考文献 张天恩． 防止 煤与 瓦斯突 出基础 知识 [ M] 工业 出版社 ， 1 9 9 0 ， 葛俊岭． 下 向钻 孔测 压封 孔技 术应 用 [ J ] 2 0 0 9， 3 2 8 2 9 ． 北 京 煤 炭 煤 矿安全 ， [ 3 ] 陈大欣． 任楼煤矿副井二次注浆加 固堵水技术浅析 [ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 0 7 ， 1 7 2 ． Ap p l i c a t i o n o f t h e Te c h n o l o g y o f Mu l t i s t e p S u b s e a l i n g o n “ Me a s u r i n g Ga s Pr e s s u r e i n Do wnd i r e c t i o n Ho l e s S U Zul a i Z h a n g j i C o a l Mi n e o f Hu a i n a n Mi n i n g G r o u p C o ．L t d ． ，F e n g t a i Hu a i n a n 2 3 2 1 7 4 A b s t r a c t T h e h i g h p r e s s u r e i n j e c t i o n me t h o d t o i s o l a t e t h e c o n n e c t i v i t y b e t w e e n t h e s e a l i n g s e c t i o n o f d r i l l - i ng a nd r o c k f r a c t u r e c a n a c c u r a t e l y me a s u r e g a s p r e s s u r e ．Th i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t e c h n o l o g y o f mu l t is t e p s u b s e a l i n g t o me a s u r e t h e g a s p r e s s u r e o f t h e b r o ke n s e a m ．Th r o u g h me a s u r i n g g a s pr e s s u r e o f c o a l s e a m a nd a na l y z i n g t h e h o l e s e a l i n g t e c h n o l o g y，a mo r e a d v a n c e d me t h o d t o me a s u r e g a s p r e s s u r e o f e o a l s e a m h a s b e e n f 0 u n d ，wh i c h h a s c e r t a i n a p p l i e d v a l u e ． Ke y wo r d s d o wnd i r e c t i o n h o l e；c o a l s e a m ；g a s p r e s s u r e；me a s u r e me n t o f p r e s s u r e -6 “ 七 电- 6 - 6 “ 七七 七 七 七 七七 七 女七 女七 - 6“ - 6 “ 上接第 8页 A n a l y s i s o n S u b s i d e n c e C o n t r o l P r o j e c t o f H u a i n a n Mi n i n g G r o u p W U Zh ih o n g R e s o u r c e sE n v i r o n me n t Ma n a g e m e n t D e p a r t m e n t ， Hu a i n a n Mi n i n g G r o u p ， Hu a i n a n A n h u i 2 3 2 0 0 1 Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e ma i n c o n s t r u c t i o n c o n d i t i o n s ，s u b s i d e n c e c o n t r o l p ro j e c t s t a t u s a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e s e t t l e m e n t i n Hu a i n a n M i n i n g G r o u p ， a n a l y z e s t h e s u b s i d e n c e c o n t r o l p r o j e c t m a n a g e m e n t ， i m - pl e me nt a t i o n p r o b l e ms ，p r o p o s e s c o o r d i n a t i o n o f p l a nn i ng，c o o r d i n a t i o n t o e n t e r p r i s e s ，c o a l mi n i n g s u b s i d e n c e e s t i - m a t e ，m a n a g e m e n t s t a n d a r d s a n d s t r e n g t h e n t h e w o r k o f t h e p r o p o s e d s u b s i d e n c e c o n t r o l p r o j e c t v i e w s ． Ke y w o r d s c o a l mi n i n g s u b s i d e n c e ； m a n a g e m e n t o f p r o j e c t s ； p r e s e n t s i t u a t i o n a n a l y s i s ； s u g g e s t i o n