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直接測(cè)定法是通過鉆孔揭露煤層,安設(shè)測(cè)定儀表并密封鉆孔,利用煤層中瓦斯的自然滲透原理測(cè)定在鉆孔揭露處達(dá)到平衡的瓦斯壓力。
測(cè)定地點(diǎn)的選擇方法:同一地點(diǎn)應(yīng)打兩個(gè)測(cè)壓鉆孔,鉆孔孔口距離應(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)不小于20 m。除在煤巷中測(cè)定本煤層瓦斯壓力外,測(cè)定地點(diǎn)應(yīng)選擇在石門或巖巷中;鉆孔應(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)定煤層原始瓦斯壓力的見煤點(diǎn)應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道、采動(dòng)及抽采等的影響范圍;選擇瓦斯壓力測(cè)定地點(diǎn)應(yīng)保證有足夠的封孔深度;瓦斯壓力測(cè)定地點(diǎn)宜選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng),行人少且便于安設(shè)保護(hù)柵欄的地方。
(一)測(cè)壓方法
測(cè)壓方法有主動(dòng)測(cè)壓法和被動(dòng)測(cè)壓法。
(1)主動(dòng)測(cè)壓法,指鉆孔封完孔后,通過鉆孔向被測(cè)煤層充入補(bǔ)償氣體達(dá)到瓦斯壓力平衡而測(cè)定煤層瓦斯壓力的測(cè)壓方法。補(bǔ)償氣體可選用高壓氮?dú)狻⒏邏憾趸蓟蚱渌栊詺怏w。補(bǔ)償氣體的充氣壓力應(yīng)略高于預(yù)計(jì)煤層瓦斯壓力。
(2)被動(dòng)測(cè)壓法,指鉆孔封完孔后,通過被測(cè)煤層瓦斯的自然滲透,達(dá)到瓦斯壓力平衡而測(cè)定其瓦斯壓力的測(cè)壓方法。
(二)鉆孔封孔測(cè)壓方法
按鉆孔封孔材料的不同,鉆孔封孔測(cè)壓方法有黃泥、水泥封孔測(cè)壓法,膠囊-密封黏液封孔測(cè)壓法,注漿封孔測(cè)壓法。
(三)測(cè)壓方法的選擇
測(cè)壓處巖石堅(jiān)硬、少裂隙時(shí),可采用黃泥、水泥封孔測(cè)壓法;在松軟巖層及煤巷中測(cè)定煤層的瓦斯壓力時(shí),鉆孔長度小于或等于15 m時(shí)應(yīng)采用膠囊一密封黏液封孔測(cè)壓法,鉆孔長度大于15 m時(shí)應(yīng)采用注漿封孔測(cè)壓法。立井揭煤可采用注漿封孔測(cè)壓法。石門揭煤的測(cè)壓,按《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。測(cè)定鄰近煤層的瓦斯壓力或煤層群分層測(cè)壓應(yīng)采用注漿封孔測(cè)壓法;測(cè)壓時(shí)間充足時(shí)宜采用被動(dòng)測(cè)壓法,測(cè)壓時(shí)間較短時(shí)應(yīng)采用主動(dòng)測(cè)壓法。
(四)鉆孔施工
鉆孔的開孔位置應(yīng)選在巖石(煤壁)完整的位置,鉆孔施工應(yīng)保證鉆孔平直、孔形完整,穿層測(cè)壓鉆孔宜穿煤層全厚。鉆孔施工好后,應(yīng)立即清洗鉆孔,保證鉆孔暢通,在鉆孔施工中應(yīng)準(zhǔn)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長度,鉆孔開鉆時(shí)間、見煤時(shí)間及鉆畢時(shí)間。
(五)封孔
鉆孔施工完后應(yīng)在24 h內(nèi)完成封孔工作。封孔前要先做好準(zhǔn)備工作,按選用的封孔方法準(zhǔn)備好封孔材料、儀表、工具等,檢查測(cè)壓管是否通暢及其與壓力表連接的氣密性,鉆孔為下向孔時(shí)應(yīng)將鉆孔水排除。
封孔深度取決于封孔段巖性及其裂隙性,巖石硬而無裂隙時(shí)可以縮短,但應(yīng)超過鉆孔施工地點(diǎn)巷道的影響范圍,并滿足以下要求:黃泥、水泥封孔測(cè)壓法的封孔深度應(yīng)不小于5m,膠囊一密封黏液封孔法測(cè)定本煤層瓦斯壓力的封孔深度應(yīng)不小于10 m,注漿封孔測(cè)壓法的封孔深度不小于12 m,煤層群分層測(cè)壓時(shí)則應(yīng)封堵至被測(cè)煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板,應(yīng)盡可能加長測(cè)壓鉆孔的封孔深度。
本煤層測(cè)壓孔封孔應(yīng)保證其測(cè)壓氣室長度不小于1.5 m,穿層測(cè)壓孔的封孔不宜超過被測(cè)煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板。
1.黃泥、水泥封孔測(cè)壓法
在巷道距離(法線距離)煤層5~10 m時(shí),打Φ42~75 mm的測(cè)壓鉆孔,鉆孔要穿透煤層并進(jìn)入煤層頂(底板)0.5 m左右。測(cè)定煤層瓦斯壓力的測(cè)壓鉆孔如圖5-1所示。
鉆孔清除煤粉后,插進(jìn)4~6 mm測(cè)壓紫銅管,紫銅管末端打若干個(gè)小孔并包上銅網(wǎng)以便收集瓦斯。在測(cè)量室附近紫銅管可以適當(dāng)彎曲,測(cè)壓管布置如圖5-2所示。
1-測(cè)壓鉆孔;2-煤層;3-巷道;4-壓力表
圖5-1 測(cè)定煤層瓦斯壓力的測(cè)壓鉆孔
2.膠囊-密封黏液封孔測(cè)壓法
膠囊-密封黏液封孔測(cè)壓法的封孔步驟為:
(1)在測(cè)壓地點(diǎn)先將封孔器組裝好,將其放到預(yù)計(jì)的封孔深度處,在鉆孔孔口安裝好阻退楔,連接好封孔器與密封黏液罐、壓力水罐,裝上各種控制閥,安裝好壓力表(圖5-3)。
(2)啟動(dòng)壓力水罐開關(guān)向膠囊充壓力水,待膠囊膨脹封住鉆孔后開啟密封黏液罐往鉆孔的密封段注入密封黏液,密封黏液的壓力應(yīng)略高于煤層預(yù)計(jì)的瓦斯壓力。
1-測(cè)量室;2-黏土柱;3-紫銅管;4-木塞;5-壓力表;6-銅網(wǎng);7-水泥砂漿;8-金屬擋板
圖5-2 測(cè)壓管布置
1-三通;2-壓力表;3-密封黏液罐;4-阻退楔;5-輸液管;6-膠囊1;
7-密封黏液;8-膠囊2:9-壓力水罐;10-鉆孔
圖5-3 膠囊-密封黏液封孔測(cè)壓法
3.注漿封孔測(cè)壓法
鉆孔直徑為Φ65~75 mm,鉆孔長度為15~70 m。封孔步驟如下:
(1)將測(cè)壓管安裝至預(yù)定的封孔深度,在孔口用木楔封住,并安裝好注漿管(圖5-4)。
1-注壓管液泵;2-三通;3-壓力表;4-木楔;
5-測(cè)壓管;6-煤層;7-黏液;8-水泥;9-注漿管;10-注漿泵
圖5-4 注漿封孔測(cè)壓法
(2)根據(jù)封孔深度確定膨脹不收縮水泥的使用量,按一定比例配好封孔水泥漿,用壓氣注漿器或泥漿泵一次連續(xù)將封孔水泥漿注入鉆孔內(nèi)。
(3)注漿48 h后,通過測(cè)壓管用手搖注液泵將黏液注入鉆孔內(nèi)。
(4)撤下手搖注液泵,在孔口安裝三通及壓力表。
(六)瓦斯壓力觀測(cè)與確定
必須設(shè)專人負(fù)責(zé)瓦斯壓力的測(cè)定工作,在瓦斯壓力測(cè)定過程中,應(yīng)做好各種參數(shù)及施工情況的記錄。
主動(dòng)測(cè)壓法應(yīng)每天觀測(cè)一次,被動(dòng)測(cè)壓法應(yīng)至少3天觀測(cè)一次。觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)瓦斯壓力值變化較大,則應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)。瓦斯壓力測(cè)定記錄表的格式見表5-1。
表5-1 瓦斯壓力測(cè)定記錄表
測(cè)定人員____ 審核____
(七)瓦斯壓力觀測(cè)時(shí)間
采用主動(dòng)測(cè)壓法時(shí),當(dāng)煤層的瓦斯壓力小于4 MPa時(shí),需觀測(cè)5~10天;當(dāng)煤層的瓦斯壓力大于4 MPa時(shí),則需觀測(cè)20~40天。
采用被動(dòng)測(cè)壓法時(shí),則視煤層的瓦斯壓力及透氣性大小的不同,需觀測(cè)30天以上。
(八)瓦斯壓力的確定
將觀測(cè)結(jié)果繪制在以時(shí)間為橫坐標(biāo),瓦斯壓力為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上,當(dāng)測(cè)壓時(shí)間達(dá)到上述規(guī)定,如壓力變化小于0. 005 MPa/d,測(cè)壓工作即可結(jié)束;否則,應(yīng)延長測(cè)壓時(shí)間。
對(duì)于上向測(cè)壓鉆孔,在結(jié)束測(cè)壓工作、撤卸表頭時(shí)(撤表頭時(shí)應(yīng)制定相應(yīng)的安全措施),應(yīng)測(cè)量從鉆孔中放出的水量,根據(jù)鉆孔參數(shù)、封孔參數(shù)計(jì)算出鉆孔水的靜水壓力,并從測(cè)定壓力中扣除。
對(duì)水平及下向測(cè)壓孔則以測(cè)定值作為瓦斯壓力值。同一地點(diǎn)以最高瓦斯壓力作為測(cè)定結(jié)果。