煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法
煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法
1 範圍
本標準規定了煤礦井下直接測定煤層瓦斯壓力的原理、設備材料、儀表以及打鑽、封孔、測壓等工藝的要求。
本標準適用於煤礦井下直接測定煤層瓦斯壓力(簡稱瓦斯壓力測定)。
2 引用標準
下列標準包含的條文，通過在本標準中引用而構成為本標準的條文。本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。
JJG 52—71 工業用單圈管彈簧式壓力表、真空表和真空壓力表檢定01manbetx 國家技術監督局
防治煤與瓦斯突出細則 1995—05—01 煤炭工業部
氣瓶安全監察01manbetx 1989—12—22 勞動部
3 測定原理
通過鑽孔揭露煤層，安設測定儀表並密封鑽孔，利用煤層中瓦斯的自然滲透原理測定在鑽孔揭露處達到平衡的瓦斯壓力。
4 方法分類
4.1 按測壓方式分
4.1.1 主動測壓法
鑽孔封完孔後，通過鑽孔向被測煤層充入補償氣體達到瓦斯壓力平衡而測定煤層瓦斯壓力的測壓方法。補償氣體可選用高壓氮氣(N2)，高壓二氧化碳氣體(CO2)或其他惰性氣體。補償氣體的充氣壓力應略高於預計煤層瓦斯壓力。
4.1.2 被動測壓法
鑽孔封完孔後，通過被測煤層瓦斯的自然滲透，達到瓦斯壓力平衡而測定其瓦斯壓力的測壓方法。
4.2 按封孔材料分
4.2.1 黃泥、水泥封孔測壓法
封孔材料為黃泥，水泥或黃泥水泥混合物，封孔方式為手工操作，主要適用於石門揭煤的瓦斯壓力測定。
4.2.2 膠囊—密封粘液封孔測壓法
封孔材料為膠囊、密封粘液，封孔方式為手工操作。適用於鬆軟岩層或煤巷瓦斯壓力測定。
4.2.3 注漿封孔測壓法
封孔材料為膨脹不收縮水泥漿加粘液，封孔方式為壓氣注漿器或泥漿泵注漿封孔。適用於井下各種條件下的瓦斯壓力測定，特別適用於近距離煤層群分煤層的瓦斯壓力測定。
5 設備材料、儀表及工具
5.1 鑽孔設備：
打鑽孔用的鑽機可根據實際情況選用，其能力必須應滿足測壓鑽孔長度的要求，鑽頭直徑選用φ650～90mm。
5.2 材料：
木楔，壓力表聯接頭，密封墊，密封帶以及真空密封膏。
5.3 儀表：
壓力表 量程為預計煤層瓦斯壓力的1.5倍，準確度優於1.5級，必須符合JJG 52的規定。
5.4 工具：
管鉗，扳手，剪刀，皮尺，水桶，螺絲刀，手工封孔送料管。
5.5 用黃泥、水泥封孔測壓法時，還需：
黃泥 將質地致密可塑性好的粘土製成兩端頭呈球狀，通過陰幹，烤或曬，使其外皮半幹，裏麵濕軟;
水泥 不低於425#;
黃泥水泥混合物 由黃泥和水泥按適當比例混合;
速凝水泥 凝結時間≤20min;
管材φ6×1 mm紫銅管，φ6mm尼龍管，φ3mm鐵管，以及相應聯接頭; 其他 木塞，擋板，鐵絲，肥皂。
5.6 用膠囊—密封粘液封孔測壓法時，還需：密封粘液;
密封粘液罐和壓力水罐 用於預計的煤層瓦斯壓力小於5 MPa時的封孔，液壓和水壓由液態CO2提供;封孔器組件 進液管、進水管、測壓管、膠囊及測定儀表。
5.7 用注漿封孔測壓法時，還需:手搖注液泵;壓氣注漿器 用於測壓鑽孔長度小於20m時的封孔注漿，其容量應大於封20m鑽孔所需的水泥漿容量，動力為井下壓縮空氣; 泥漿泵 宜用柱塞泥漿泵，其流量為20～50L/min，壓力為3～4MPa;密封粘液 密封粘液由骨料、填料和粘液混合而成。密封粘液(封堵間隙為不大於4 mm)的配方為：化學漿糊粉(澱粉+防腐劑)與水的比例(質量比)1：16製成粘液，骨料與粘液的比例(體積比)為1：8，填料與粘液的比例(體積比)為1：16。其中骨料由粒度為0.5～1.0，1.0～2.5，2.5～5.0mm的爐渣按體積比1：2：3混合而成;填料由0.25～0.5，0.5～1，1.0～2.5 mm的鋸末按體積比1：1：1均勻混合而成; 膨脹不收縮水泥漿 由膨脹不收縮水泥與水(井下清潔水)按一定比例製成;測壓管、注漿管(φ13 mm鐵管)及附件。
5.8 用主動測壓法時，還需：
高壓儲氣罐 必須符合勞動部《氣瓶安全監察01manbetx 》的要求;
充氣聯接裝置 必須聯接方便、可靠;
補償氣體 高壓N2，高壓CO2氣體或其他惰性氣體。
6 瓦斯壓力測定工藝
6.1 測定地點的選擇
6.1.1 同一地點應打兩個測壓鑽孔，鑽孔口距離應在其相互影響範圍外，其見煤點的距離除石門測壓外應不小於20m。石門揭煤瓦斯壓力測定按《防治煤與瓦斯突出細則》(簡稱《細則》)的有關規定進行。
6.1.2 除在煤巷中測定本煤層瓦斯壓力外，測定地點應選擇在石門或岩巷中。
6.1.3 鑽孔應避開地質構造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動影響範圍。
6.1.4 測定煤層原始瓦斯壓力的見煤點應避開地質構造裂隙帶、巷道、采動及抽放等的影響範圍。
6.1.5 選擇瓦斯壓力測定地點應保證有足夠的封孔深度。
6.1.6 瓦斯壓力測定地點宜選擇在進風係統，行人少且便於安設保護柵欄的地方。
6.2 測定方法的選擇
6.2.1 測壓處岩石堅硬、少裂隙，可采用黃泥、水泥封孔測壓法。
6，2.2 在鬆軟岩層及煤巷中測定煤層的瓦斯壓力時：
鑽孔長度≤15m時應采用膠囊—密封粘液封孔測壓法;
鑽孔長度>15m時應采用注漿封孔測壓法。
6.2.3 豎井揭煤可采用注漿封孔測壓法。
石門揭煤的測壓，按《細則》的有關規定進行。
6.2.4 測定鄰近煤層的瓦斯壓力或煤層群分層測壓應采用注漿封孔測壓法。
6.2.5 測壓時間充足時，宜采用被動測壓法。
測壓時間較短時，應采用主動測壓法。
6.3 鑽孔施工
6.3.1 鑽孔的開孔位置應選在岩石(煤壁)完整的位置。
6.3.2 鑽孔施工應保證鑽孔平直、孔形完整，穿層測壓鑽孔宜穿煤層全厚。
6.3.3 鑽孔施工好後，應立即清洗鑽孔，保證鑽孔暢通。
6.3.4 在鑽孔施工中應準確記錄鑽孔方位、傾角、長度、鑽孔開始見煤長度及鑽孔在煤層中長度，鑽孔開鑽時間、見煤時間及鑽畢時間。
6.4 封孔
6.4.1 鑽孔施工完後應在24h內完成封孔工作。
6.4.2 準備工作：
6.4.2.1 按選用的封孔方法準備好封孔材料、儀表、工具等。
6.4.2.2 檢查測壓管是否通暢及其與壓力表聯接的氣密性。
6，4.2.3 鑽孔為下向孔時應將鑽孔水排除。
6.4.3 封孔深度：
6.4.3.1 封孔深度應超過鑽孔施工地點巷道的影響範圍，並滿足以下要求：
a)黃泥、水泥封孔測壓法的封孔深度應不小於5m;
b)膠囊—密封粘液封孔測定本煤層瓦斯壓力的封孔深度應不小於10m;
c)注漿封孔測壓法的封孔深度不小於12m，煤層群分層測壓時則應封堵至被測煤層在鑽孔側的頂板或底板;
d)應盡可能加長測壓鑽孔的封孔深度。
6.4.3.2 本煤層測壓孔封孔應保證其測壓氣室長不小於1.5m，穿層測壓孔的封孔不宜超過被測煤層在鑽孔側的頂板或底板。
6.4.4 黃泥、水泥封孔測壓法封孔步驟：
a)如圖1所示，將擋板固定在測壓管的端頭，然後送至預定的封孔深度;
b)用送料管將封孔材料送至擋板處，輕輕搗實將測壓管固定住，然後將黃泥或水泥團逐步送入孔中，並用送料管將其搗實，一直到孔口。在封孔的過程中，每隔1 m左右打入一個木塞;
c)在距孔口0.5m處用速凝水泥封孔，孔口用木楔固定;
d)封孔24h後，安裝壓力表。
6.4.5 膠囊—密封粘液封孔測壓法封孔步驟：
a)如圖2所示，在測壓地點先將封孔器組裝好，將其放入預計的封孔深度，在鑽孔孔口安裝好阻退楔，聯接好封孔器與密封粘液罐、壓力水罐，裝上各種控製閥，安裝好壓力表;
b)啟動壓力水罐開關向膠囊充壓力水，待膠囊膨脹封住鑽孔後開啟密封粘液罐往鑽孔的密封段注入密封粘液，密封粘液的壓力應略高於煤層預計的瓦斯壓力。
1—三通;2—壓力表;3—密封粘液罐;4—阻退楔;5—輸液管;6—膠囊1;7—密封粘液;8—膠囊2;9—壓力水罐;10—鑽孔
圖2 膠囊—密封粘液封孔測壓示意圖
6.4.6 注漿封孔測壓法封孔步驟：
鑽孔直徑為φ65～75 mm，鑽孔長度為15～70m。封孔步驟為：
a)如圖3所示，將測壓管安裝至預定的封孔深度，在孔口用木楔封住，並安裝好注漿管;
b)根據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將封孔水泥漿注入鑽孔內;
c)注漿48h後，通過測壓管用手搖注液泵將粘液注入鑽孔內;
d)撤下手搖注液泵，在孔口安裝三通及壓力表。
圖3 注漿封孔測壓封孔示意圖
7 瓦斯壓力觀測與確定
7.1 測壓管理
7.1.1 必須設專人負責瓦斯壓力的測定工作。
7.1.2 在瓦斯壓力測定過程中，應作好各種參數及施工情況的記錄。
7.2 觀測
主動測壓法應每天觀測一次，被動測壓法應至少3天觀測一次。
在觀測中發現瓦斯壓力值變化較大，則應增加觀測次數。
記錄表的格式如表1。
7.3 瓦斯壓力觀測時間
采用主動測壓法時，當煤層的瓦斯壓力小於4 MPa時需5～10d;當煤層的瓦斯壓力大於4 MPa時，則需20～40d。
被動測壓法時，則視煤層的瓦斯壓力及透氣性大小的不同，需30d以上。
7.4 瓦斯壓力的確定
7.4.1 將觀測結果繪製在以時間(d)為橫坐標，瓦斯壓力(MPa)為縱坐標的坐標圖上，當測壓時間達到7.3的規定，如壓力變化小於0.005MPa/d，測壓工作即可結束;否則，應延長測壓時間。
7.4.2 對於上向測壓鑽孔，在結束測壓工作、撤卸表頭時(撤表頭時應製定相應的安全措施)，應測量從鑽孔中放出的水量，根據鑽孔參數、封孔參數計算出鑽孔水的靜水壓力，並從測定壓力中扣除。
對水平及下向測壓孔則以測定值作為瓦斯壓力值。
7.4.3 同一地點以最高瓦斯壓力作為測定結果。
