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影響煤層瓦斯壓力測定的因素分析

作者: 時間:2019-10-08 10:00

煤層瓦斯壓力是指煤層孔隙中所含游離瓦斯呈現的壓力,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力,也是煤層瓦斯含量多少的標志。準確測定瓦斯壓力對礦井有效而合理的防治瓦斯災害,預測預報煤與瓦斯突出危險性,合理制訂防突消突措施等均具有十分重要的意義。
  測定煤層瓦斯壓力是一項復雜的系統工程。筆者根據長期的測壓經驗,以往鉆孔測壓的成功率能達到70%就算是比較高的了,個別鉆孔測壓的報廢率甚至達到了50%;不能準確測定煤層瓦斯壓力將會產生如下不良后果:
  (1)浪費大量的人力、物力和財力。
  (2)在利用煤層瓦斯壓力預測預報煤與瓦斯突出危險性時,若測得的瓦斯壓力沒有超過《防突細則》規定的臨界值0.74Mpa,而實際值卻遠遠大于臨界值時會因為誤報瓦斯壓力而直接引起突出事故的發生,導致人員傷亡和生產中斷。
 ?。?)若測得的瓦斯壓力超過臨界值0.74 Mpa,而實際值卻遠遠小于臨界值時,會使技術管理人員對今后的突出預測或防突措施效果檢驗結果產生一定的懷疑或缺乏信心,造成防突措施工作量大大增加,增添不必要的投資費用,影響安全生產的正常進行。
 ?。?)用間接法預測煤層瓦斯含量時,若煤層瓦斯壓力測量不準會直接導致煤層瓦斯含量預測不準確,讓技術管理人員產生誤判。
  為了準確測定煤層瓦斯壓力,避免以上不良后果的發生,本文將首先介紹瓦斯壓力測定的原理,然后對影響煤層瓦斯壓力測定的因素進行全面的分析。
    2 瓦斯壓力測定的原理
  煤層瓦斯壓力測定的原理是向煤層打一鉆孔,深入煤層內,通過鉆孔在煤孔內布置一根瓦斯管與外界溝通,連上瓦斯壓力表,封閉鉆孔與外界的聯系。此時,由于煤孔內的瓦斯已經向外放散,壓力較低,煤孔周圍的煤層中瓦斯向煤孔內運移,壓力逐漸增高。由于煤孔周圍的煤體體積遠大于煤孔的空間體積,煤層內的吸附瓦斯量又比游離瓦斯量大得多,故經過一段時間的瓦斯滲流,煤孔內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的瓦斯壓力值。
    3 影響瓦斯壓力測定的因素分析
  從系統論的觀點出發,瓦斯壓力測定是由人、設備、環境共同形成的一個特殊的“人—機—環境”系統。能否準確測定煤層瓦斯壓力必然要受到系統中各種因素以及它們之間的相互關系的影響。系統中的人不僅包括讀表人員還包括打鉆人員、封孔人員以及煤礦工作人員。設備包括測壓管、檢查管(又稱回漿管)、注漿管、連接設備(二通閥、三通閥等)、注漿泵、封孔材料(水泥、膨脹劑、速凝劑等)、M-Ⅰ或M-Ⅱ型瓦斯壓力測定儀、測壓表等等。系統中的環境包括測壓地點、煤層頂底板巖性情況、鉆孔周邊巖石裂隙情況、地質構造影響、煤體性質、鉆孔的設計參數等。這些因素之間的關系復雜,涉及面很廣,一個因素處理不好就可能導致測壓的失敗,因此,必須對它們進行合理的組織、分析,才能充分發揮各自效能以保證能準確的測出煤層的瓦斯壓力。
  下面來具體分析影響瓦斯壓力測定的因素。
    3.1人員操作因素
  人是測壓的主體,同時又是影響測壓的主要因素,可以說測壓結果的準確性主要取決于人。人員操作因素的影響主要表現在兩個方面:其一,人員的責任心不強和不規范性操作最容易導致測值的不準確。如:測壓鉆孔布置不合理、打鉆人員為圖方便私自改變打鉆方案使鉆孔參數不符合要求、鉆孔數量不足、鉆孔深度不足或過長;測定時間掌握不規范,打鉆與測定之間的時間間隔太長或者測定時未等壓力表上的瓦斯壓力數值穩定時就拆表讀數;儀器操作不規范導致封孔裝置堵塞或封孔不規范導致漏氣等等;這其中主要涉及的人員有工程師(布置、設計鉆孔人員)、讀表人員、封孔人員以及打鉆人員。其二,讀表人員以及煤礦工作人員弄虛作假也是個不容忽視的因素,此點筆者在為貴州省的某些煤礦做礦井突出危險性鑒定時深有體會。比如在封孔失敗即壓力表中壓力為零或者趨于零時,若讀表人員責任心不強,自己編造個數據,這樣也不能如實反應煤層真實的瓦斯壓力值;再如某些煤礦的工作人員,在得知本礦井的瓦斯壓力可能很高的情況下,蓄意破壞壓力表,致使不能準確反應該礦的瓦斯壓力值,使突出鑒定技術人員發生誤判。
    3.2設備因素
   測壓設備必須具有良好的技術和質量狀態,否則也會導致測壓結果的不準確。由于測壓設備的一些元件本身的穩定性不高,使用時間較長時會發生損壞,使得測定誤差較大。如采用水泥注漿封孔時涉及的設備主要有測壓管、檢查管(又稱回漿管)、注漿管、連接設備(二通閥、三通閥等)、注漿泵、封孔材料(水泥、膨脹劑、速凝劑等)、測壓表等。如采用M-Ⅰ或M-Ⅱ型瓦斯壓力測定儀進行封孔測壓時涉及到的設備主要有膠囊、瓦斯管、乳化液泵、瓦斯壓力表等。這些設備的技術和質量狀態與測壓結果有密切關系。
  3.3環境因素
   (1)測壓地點
     煤層瓦斯壓力的大小取決于煤生成后,煤層瓦斯的排放條件。測壓地點的選取時直接影響測壓是否成功的一個關鍵因素。測壓地點不對將不能如實反應煤層真實的瓦斯壓力。選擇測壓地點時,為了最大限度反應原始狀態下的瓦斯壓力,可參考以下原則:
    ①目標煤層周圍無采空區,盡量選取在最近幾年新開拓的巖石巷道;
    ②瓦斯壓力測量地點一般選擇在巖石比較完整,周邊地質結構單一的巖巷中進行;測壓鉆孔及其見煤點應避開地質構造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動影響范圍,測壓煤層周圍巖石致密完整、無破碎帶;
    ③煤層50m范圍內無斷層和大的裂隙;巖層無淋水,巖柱(垂高)至少大于10m;
    ④同一地點測壓應打兩個測壓鉆孔,鉆孔口距離應在其相互影響范圍外,其見煤點的距離除石門測壓外應不小于20 m。瓦斯壓力測量結果以壓力較大的一個為準;
    ⑤選擇瓦斯壓力測定地點應保證有足夠的封孔深度。一般的巖巷打鉆,鉆孔深度不宜小于10m;
    ⑥應盡可能地選擇施工仰角測壓孔,避免俯角和水平鉆孔,同一地點測壓應打兩個測壓鉆孔;
    ⑦如果選取順煤層施工測壓孔,鉆孔長度不小于40m,選取構造簡單有利于施工的最新開掘的煤巷。
   (2)鉆孔周邊巖石裂隙情況
    如果鉆孔周圍巖石裂隙比較多,或者有比較大的裂隙時將會影響測壓結果,尤其是在封孔質量不過關時更為明顯。應盡量避開地質構造裂隙帶。
   (3)地質構造的影響
    由于地質構造的影響,煤層的產狀可能發生改變,鉆孔布置位置可能達不到設計要求,未處于預計層位或深度,導致測值偏低。另外礦井中的斷層或破碎帶等地質條件對測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壓孔時,首先必須對測壓孔周圍50m 范圍內注水泥漿或其它封堵材料,封堵圍巖裂隙,這樣才能準確測定瓦斯壓力。
   (4)煤層頂底板巖性情況
    如果煤層的頂底板巖石比較致密,這將有利于瓦斯在煤層中的賦存,減少游離瓦斯的排放,有利于測壓工作,縮短測壓時間。
    3.4管理方面的因素
  有些礦井或科研鑒定機構對測壓工作重視不夠、管理不科學、不嚴格等,這也會間接導致測壓結果的不準確。比如對測壓人員不培訓或培訓不嚴格,測壓人員不固定,人員流動性達,使測壓人員的業務素質存在極大缺陷。在筆者為某些礦做突出危險性鑒定時有些礦井還違反客觀規律和相關技術標準,對測壓人員提出不合理的規定和要求,如為了加快生產或不影響其設計計劃,在瓦斯壓力表數值沒有穩定的情況下就要求拆表。
  有效的管理能夠使得人、設備、環境組成一個能夠有效實現預期目標的系統。管理這一看似影響測壓結果的間接因素,卻是最具根本、最能制約瓦斯壓力準確性的關鍵所在,無論是科研鑒定機構還是煤礦自身在測壓時都應重視管理。
    3.5其他影響因素
   (1)瓦斯壓力測定方法
  測定煤層瓦斯壓力時,通常是從圍巖巷道(石門或圍巖鉆場)向煤層打孔徑為50~75mm的鉆孔,孔中放測壓管,將鉆孔密封后,用壓力表直接進行測定。一般采取瓦斯壓力自然恢復法來進行 ,如果時間緊迫則采用向鉆孔注氮的方法來快速測定。實踐證明,應盡可能采用上向施工測壓孔,避免下向和水平孔測壓 。盡管下向孔在理論上是行的通的,但由于井下條件的限制,下向孔的施工和孔封質量很難保證,測壓成功的機率很小。
   (2)封孔工藝的選擇
   不同的封孔工藝對測壓效果有不同的影響,選擇什么樣的封孔工藝直接關系到測壓結果的準確性,下面來分析一下各種封孔工藝的優缺點。
     (1)粘土封孔的優點是此種方法簡單易行;對封孔材料的要求也不高,封孔成本較低。但這種方法的明顯缺點在于其封孔長度受限制,如孔深較長,粘土太軟會導致剛度不夠.無法送至指定長度:粘土太硬會導致封孔不密實,影響測壓效果;對粘土制作的技術要求高,粘土要適應孔的形狀.且軟硬適中。
     (2)水泥砂漿封孔的優點就在于可以封較長孔深的孔;其封孔材料在封孔時為液態。凝固后變為固態,有效的解決了粘土封孔遇到的難題;且對人員技術要求會有所降低。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壓鉆孔時,固體物不能嚴密封閉鉆孔周邊的裂隙.易于漏氣。測出的瓦斯壓力值往往低于真實的煤層瓦斯壓力。
     (3)膠囊粘液封孔。膠囊粘液封孔方法在當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壓鉆孔時可以比固體封孔方法更有效更準確測出瓦斯壓力的方法,具有封孔時間短,密封效果較好的特點。缺點就是造價高,而且在松軟巖層或煤層打測壓鉆孔時出現塌孔,糊孔時,測壓封孔設備會被埋入孔中,無法回收,這樣會導致測壓鉆孔成本上升,但此封孔方法測壓效果比固體封孔方法好。
     (4)聚氨酯泡沫封孔法繼承了膠圈膠囊封孔的優點,比之還降低了測壓成本,且操作簡單;配比可以延長發泡時間,發泡位數較高;克服了黃泥、水泥團、水泥砂漿等在巖石微裂隙封孔不嚴等缺點,它能擴散滲透到鉆孔周圍的網狀裂隙,大大提高封孔質量,是一種封孔測壓的有效的方法,測壓效果更好。
    4 總 結
  煤層瓦斯壓力測定是一個涉及人、設備、環境以及管理等因素的系統工程,測壓過程中應充分考慮這些因素對測壓效果的影響,只有充分了解這些因素,才能準確測定煤層瓦斯壓力。在眾多因素中人對測壓效果的影響最大,測壓結果的準確性主要取決于人。在測壓過程中應加強對人的管理、培訓,人員素質提高后才能對測壓設備、環境等進行有效的組織,才能合理選擇測壓方法、測壓地點以及封孔工藝,提高鉆孔測壓的成功率,才能準確測定煤層瓦斯壓力。
   參  考  文  獻
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