趙文清　但章玉　潘孝康

摘要：闡述了測量礦井瓦斯壓力的意義，同時對瓦斯壓力的測試方法及主要原理進行了簡介。針對一些礦井具有較為復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，結(jié)合礦井的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過對比分析影響礦井瓦斯壓力測量結(jié)果的主要因素，得到了以下結(jié)論：（1） 針對礦井的地質(zhì)構(gòu)造特征，合理選擇測壓地點，充分考慮煤層賦存特性對測量結(jié)果的影響；（2） 精確設(shè)計施工鉆孔、優(yōu)化鉆孔參數(shù)、恰當(dāng)選擇封孔深度和封孔時間；（3） 合理整合和改進現(xiàn)有測壓方法，分階段、分區(qū)域合理選擇測壓方法。

關(guān)鍵詞：測壓方法；瓦斯壓力；地質(zhì)構(gòu)造；鉆孔

煤層中的瓦斯壓力是礦井安全生產(chǎn)時必須獲取的基礎(chǔ)參數(shù)，也是研究礦井瓦斯災(zāi)害、瓦斯解吸和涌出規(guī)律以及評價煤層瓦斯含量和瓦斯抽放等的基本瓦斯參數(shù)。測量煤層瓦斯壓力的方法有很多，但是由于不同的礦井的地質(zhì)條件差異性較大，需要選擇合適的測量方法。因而，如何在短時間內(nèi)精確、有效地獲取煤層原始瓦斯壓力，一直是國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的主要研究課題，其對于礦山安全管理與高效生產(chǎn)等方面都具有重大的指導(dǎo)意義和現(xiàn)實意義[1～2]。

1. 測壓方法

一般情況下，礦山對煤層瓦斯壓力測量的方法主要為直接測定法，有時也采用間接測定法。在巖巷或者煤巷向測量煤層打鉆孔，采用封孔材料和壓力表等來檢測煤層瓦斯壓力的方法稱為直接測定法；間接測定法則是以煤層瓦斯運移賦存特征、煤層透氣性系數(shù)、煤層瓦斯含量系數(shù)曲線等為基礎(chǔ)，在檢測區(qū)域附近收集煤層瓦斯涌出量或統(tǒng)計采掘過程中瓦斯涌出量等參數(shù)，通過計算推測出瓦斯壓力。目前，國內(nèi)外主要采用直接測定法獲取煤層瓦斯壓力參數(shù)[1]。

直接測定法的主要原理是通過打鉆，將鉆孔布置在煤層深部，在孔內(nèi)放置一根管道與外部連通，在管道口接上氣體壓力表，封閉鉆孔，防止氣體外泄。在打鉆過程中。鉆孔附近的瓦斯放散到巷道中，孔內(nèi)的壓力與巷道氣壓相同，鉆孔附近的煤層中由于含有較高濃度的瓦斯，會逐漸向孔內(nèi)滲流，鉆孔內(nèi)瓦斯壓力逐漸增大。由于鉆孔所處煤層體積遠大于鉆孔自身的空間體積，經(jīng)過一段時間的瓦斯?jié)B流作用，鉆孔內(nèi)的瓦斯壓力逐漸接近煤層的原始瓦斯壓力。從連接的壓力表上可以讀出孔內(nèi)氣體的壓力值，當(dāng)壓力值在一段時間內(nèi)沒有變化時，此時的數(shù)值便是煤層的瓦斯壓力值[6]。

2. 影響測壓結(jié)果因素

對井下煤層瓦斯壓力進行直接測量是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在現(xiàn)場測量煤層的瓦斯壓力時，測壓地點的選擇、施工工藝以及測量讀數(shù)等每個工序都很復(fù)雜，只有做好每一個工序，才有可能獲得有效的煤層瓦斯壓力[7]。尤其是斷層多、煤層頂?shù)装遢^為破碎松軟等地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的礦井，進行煤層瓦斯壓力的測量就變得更為復(fù)雜，對測量結(jié)果的造成明顯影響的因素就更多了。

2.1 測壓地點的選擇

在煤層瓦斯瓦力的測量過程中，測量地點的選擇尤為重要。需要考慮以下兩個因素：①測壓鉆孔見煤點與周圍巷道之間的相對位置關(guān)系[8]。由于巷幫由外到里存在巷道寬3倍～5倍的裂隙區(qū)[9]，因為在對測壓鉆孔進行布置時，必須將鉆孔的見煤點布置在裂隙區(qū)以外，使其不受圍巖裂隙的影響；②鉆孔的開孔地點、見煤點等不應(yīng)暴露在煤層卸壓范圍內(nèi)。煤層的卸壓范圍由具體實際煤層的賦存特征、煤面暴露時間和面積大小等因素共同決定[9～10]。

2.2 煤層賦存條件

不同礦井的地質(zhì)構(gòu)造差異較大，在構(gòu)造運動的作用下，部分煤層的產(chǎn)狀與整體差異性較大，導(dǎo)致鉆孔布置位置與設(shè)計要求不符，達不到預(yù)計地點或深度，影響測量結(jié)果。另一方面，礦井中的斷層或破碎帶等地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯壓力的測量也有較大影響，由于施工需求，必須在斷層、裂隙帶或破碎帶等區(qū)域進行瓦斯壓力測量時，應(yīng)該先對鉆孔周圍50m范圍內(nèi)的圍巖進行水泥漿或其他封堵材料封堵，減少裂隙的影響，這樣才能有效測量瓦斯壓力[6]。

2.2.1 煤層埋藏深度

隨著煤層埋藏深度的增加，巷道地應(yīng)力逐漸增大，煤層和圍巖在應(yīng)力的作用下，裂隙閉合程度增大，導(dǎo)致煤巖透氣性降低，瓦斯不易運移滲出，煤層中瓦斯的封存率較高。因此，掌握瓦斯壓力隨埋深的變化規(guī)律有益于了解煤層賦存情況[5]。

2.2.2 煤層頂?shù)装鍘r性

煤層的頂?shù)装鍘r層的巖性對測壓結(jié)果有較大的影響，巖性致密，將會對煤層中的瓦斯起到較好的密封作用，降低瓦斯的滲出，利于測壓工作的開展，同時縮短測量時間。

2.2.3 鉆孔周邊巖石裂隙

如果鉆孔周圍巖層含有較多裂隙、較大的裂隙時，可能會影響測壓結(jié)果，尤其是在封孔效果不好時尤為顯著。所以布孔時不要選擇地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶[5]。

2.2.4 水文地質(zhì)條件

礦井含煤巖系及圍巖中一般都含有地下水，其運移和賦存特征與煤巖的孔隙、裂隙通道息息相關(guān)。地下水豐富的區(qū)域，由于水的作用，煤層的中瓦斯?jié)B出量較大。這樣可以促進瓦斯的排放，進而降低了煤層瓦斯含量和瓦斯壓力[5]。通常情況下，處于承壓狀態(tài)的含水層都具有一定的壓力，如果測壓孔穿過了有壓的含水層，水壓與瓦斯壓力疊加會導(dǎo)致測量結(jié)果偏大[11～13]。

2.3 鉆孔參數(shù)

鉆孔參數(shù)主要包括傾角、方位、孔深、孔徑等。首先，合理設(shè)計鉆孔參數(shù)，現(xiàn)場控制時，盡量使測壓鉆孔不受采動應(yīng)力的影響。然后，做到合理控制參數(shù)，從而減少測壓工作量，降低成本，促使測壓工作更便捷，結(jié)果更準(zhǔn)確[8]。

2.4 封孔工藝[14]

目前，根據(jù)采用的封孔材料不同，測壓方法一般可分為黃泥（黏土）法，水泥砂漿封孔法，膠圈封孔器法，膠圈——壓力黏液封孔法，膠囊——壓力黏液封孔法等。按測壓封孔方法的不同，測定方法可分為填料法和封孔器法2類。

2.5 封孔深度

鉆孔測壓中鉆孔密封位置所達到的深度就是封孔深度。由于煤巖層中裂隙松散區(qū)域的存在，針對瓦斯抽采封孔和測壓封孔兩種對瓦斯密封有較高要求的技術(shù)，每次封孔深度都必須穿過這些區(qū)域達到煤巖的致密區(qū)，從而保證鉆孔不受采動應(yīng)力的影響。測壓鉆孔對封孔深度要求十分嚴(yán)苛，沒有超過裂隙松散區(qū)的封孔深度，可能使孔內(nèi)的瓦斯通過松動裂隙區(qū)流出，導(dǎo)致測量的瓦斯壓力偏低[8]。因而，鉆孔測壓時一定要確保封孔深度足夠。如果鉆孔經(jīng)過巖巷，鉆孔深度一般情況下都應(yīng)大于10m。

2.6 封孔時間

測壓鉆孔施工完后應(yīng)24h內(nèi)完成鉆孔的封孔工作，在完成封孔工作24h后進行測定工作[15]。對于鉆孔流量衰減系數(shù)較大的煤層，封孔要及時。

在古敘礦區(qū)觀文煤礦12406運輸順槽測定19號煤層瓦斯，布置兩個鉆孔，相距50m。5#鉆孔在鉆孔施工完后8h內(nèi)完成封孔；6#鉆孔在鉆孔施工完后16h內(nèi)完成封孔。在同樣的封孔條件下，測得的兩孔瓦斯壓力參數(shù)見表1。

3. 結(jié)論

（1）測定煤層瓦斯壓力時，測壓鉆孔的布置位置應(yīng)遠離采動影響的范圍，熟悉測壓鉆孔附近的煤巖地質(zhì)特征，避免諸如斷層、褶皺、鄰近煤層、水等其他因素的影響，防止瓦斯壓力測量結(jié)果不準(zhǔn)確甚至測壓失敗。

（2）對于鉆孔流量衰減系數(shù)較大的煤層，封孔要及時。在施工條件允許時，應(yīng)盡量做到鉆孔施工完后立即封孔以確保測量瓦斯壓力結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）合理整合和改進現(xiàn)有測壓方法，根據(jù)實際情況，分階段、分區(qū)域合理選擇測壓方法、布孔位置以及封孔方法等，促使鉆孔測壓的成功率大大提高，達到準(zhǔn)確測量煤層瓦斯壓力的目的。

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