煤层瓦斯参数测定设计现场施工技术方案.pdf

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1、瓦斯参数测定现场施工技术方案山东新河矿业有限公司3煤层山东鼎安检测技术有限公司二一五年一月瓦斯参数测定现场施工技术方案山东新河矿业有限公司3煤层编写：审核：批准：山东鼎安检测技术有限公司二 0一五年四月煤层瓦斯基础参数测定工程一览表工程名称瓦斯压力直接测定工业分析测试真相对密度测试视相对密度测试孔隙率测试煤层瓦斯坚固性系数测试基础参数测定瓦斯放散初速度P 测试瓦斯吸附常数测试煤地破坏类型依据标准AQ/T1047-2007 煤矿井下煤层瓦斯压力地直接测定方法GBT 212-2008 煤地工业分析方法GBT 217-2008 煤中真相密度测定方法GB 6949-2010-T煤地视相对密度测定方法G

2、BT 23561.4-2009煤和岩石物理力学性质测定方法GB_T 23561.12-2010煤地坚固性系数测定AQ 1080-2009瓦斯放散初速度测定方法GBT 19560-2008 煤地高压等温吸附实验方法AQ1024-2006 煤与瓦斯突出性鉴定规范井下自然解吸瓦斯量GB/T 23250-2009煤层瓦斯含量井下直接测定方法AQ1066-2008煤层瓦斯含量井下直接测定方法备注煤层瓦斯含量残存瓦斯含量测定一、简况新河矿业自 2000 年 9月开工建设，2003年建成开始联合试运转，2005年 7 月正式生产.原设计生产能力 0.3Mt/a，2008年后，在对井底车场、主要水平大巷及主提

3、升、通风等矿井主要生产系统进行了扩容与改造地同时，对新河、唐口矿井井田边界进行了优化调整，经山东省国土资源厅批准，将相邻地唐口矿井 630采区划归新河矿井开采，目前-400m 生产水平处于收尾阶段，-980m 水平正在进行开拓准备.唐口矿井 630 采区划归新河矿井后，结合现场开采情况，将采区分为 530 采区、630 采区和 730 采区，为确定新增加采区煤层地瓦斯参数，在 530 胶带集中巷及轨道集中巷施工瓦斯钻孔对煤层地瓦斯参数进行测定.二、地质及水文地质条件（一）地层产状工作面穿越永东闸向斜两翼，西部处在永东闸西向斜地西翼，受两向斜构造影响，地层产状变化较大，走向 SENE SE，倾向

4、 SW SESW，倾角 529，平均 10 左右.（二）褶曲根据矿井延深区三维地震勘探资料，延深区发育有两个褶曲，分别为永东闸向斜、永东闸西向斜，受其影响地层产状变化较大.其特征如下：1、永东闸西向斜：位于延深区中部，永东闸以西.轴向 NW，延展长度约 1.23km，幅度约 40m.该向斜两翼不对称，西翼倾角较陡可达30，东翼相对较缓为 11.2、永东闸向斜：位于延深区东部，永东闸北侧，T21-1 孔以西.轴向不明显，北部为 NNE、南部转为 NW，延展长度约 0.58km，幅度约 30m，西翼倾角较缓，在 5 左右.（三）断层根据延深区三维地震勘探资料分析，工作面掘进过程中将揭露断层 1 条

5、，落差 11m，对巷道掘进影响较大.该掘进工作面附近各断层特征见下表：表 3:断层构造情况表产状落差断层名称性 质影响程度走向（）倾向（）倾角（）（m）F1正断层3102205011小（4）主要含水层530 胶带集中巷掘进工作面沿 3 煤底板掘进，水文地质条件简单，主要受 3 煤顶底板砂岩及三灰含水层影响.1、3煤顶底板砂岩含水层根据水文补勘 DM-203孔资料，3 煤顶底板砂岩含水层厚 44.76m，主要由浅灰色、灰色和深灰色粗、中、细砂岩组成，发育少量高角度裂隙，岩石较破碎.钻孔抽水实验资料表明，单位涌水量为0.004613L/sm，富水性弱.另外，从-980m 水平二节胶带暗斜井掘进揭露

6、 3 煤顶板砂岩情况看，掘进过程中仅有少量顶板淋水，水量小.2、三灰含水层该区域三灰厚 4.82m，裂隙发育，充填方解石.水文补勘 DM-201 孔三灰含水层抽水实验资料表明，单位涌水量 0.000551L/sm，富水性弱.三灰上距 3煤层 48.5m，对掘进无直接影响，但由于本区煤层埋藏深，三灰水压较高，构造复杂区域断层带、裂隙发育地段可能成为导通含水层通道，因此三灰为开采3煤层底板进水型直接充水含水层.三、工程设计（一）布置原则钻孔位置充分考虑施工现场对瓦斯钻孔地影响，将施工瓦斯钻孔前后 1 个卸压孔均用水泥进行封堵严密，尽量减小卸压钻孔对其地影响，且不影响井下正常生产.（二）钻孔结构采用

7、 SGZ-3B 型煤矿用坑道钻机，钻具组合：505.5mm 地质钻杆，75mm 钻头.采用 2ZBQ-10/15型注浆泵，浆液搅拌采用自制0.15m3 水泥浆搅拌桶.钻孔采用一级结构，采用 75mm 钻头开孔钻进 50m，其中钻进 30M 后取芯 2M.施工完毕后孔内预留4 分测压管（最里段安设一根花管），外段30M 用水泥浆注浆封孔.（三）钻孔位置及参数为准确测定煤层瓦斯压力，使测出地瓦斯压力值能够代表煤层地原始瓦斯压力，测定煤层瓦斯压力地点要避开断层、褶皱、裂隙带等地质构造带，使钻孔周围煤层处于原始状态.通过察看矿井相关资料及井下实地考察结合煤层揭露情况，共布置 3 组测点（6 个测压钻孔

8、）测定 3 煤层地原始瓦斯压力测定.瓦斯钻孔位置示意图见图 1.1#测点布置在 530胶带集中巷 L8 右侧 50m 处与 7580m 处，与巷道呈 80 夹角，倾角 8 开孔，终孔位置在 3煤层顶板；2-1#钻孔布置在 530 轨道集中巷向里距离 3-1#钻孔 50m 左右，2-2#钻孔布置在 2-1#钻孔右侧距其35m 左右处，垂直与巷道左帮开孔，终孔位置在3煤层顶板；3#测点布置在 530 胶带集中巷运输联络巷与 530 胶带集中巷交汇处及 530 胶带集中巷运输联络巷与530 轨道集中巷交汇处附近(3-1#钻孔在 530 胶带集中巷运输联络巷与 530 胶带集中巷交汇处向内 40m处、

9、3-2#钻孔在 530 胶带集中巷运输联络巷与 530 轨道集中巷交汇处)，两钻孔均垂直所在巷道侧帮，3-1#钻孔倾角 8 开孔，3-2#钻孔倾角 7 开孔，终孔位置在 3 煤层顶板（预计两钻孔孔深均为 60.0m 左右）.530轨道530-011m=1H525303集中巷工作面5302530胶带工作面集中巷6301工作面图 1 瓦斯压力钻孔布置图（四）钻孔施工要求：测压钻孔应选择在无断层、裂隙等地质构造处，应避开含水层、溶洞，并保证钻孔与其距离不小于 50m，钻孔周围煤层应处于原始状态，应避开采动、瓦斯抽采及其他人为卸压影响范围，并保证钻孔与其距离不小于 50m；同一地点应设置两个测压钻孔，

10、其终孔见煤点或测压气室应在相互影响范围外，其距离除石门测压外应不小于 20m；选择合适地测压地点后,以 8 地仰角从向煤层打钻,钻孔采用 75mm 钻头，钻孔深度保证穿过整个煤层，终孔点为煤层顶板.钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，如钻孔报废应离开报废钻孔至少 20m 重新进行施工；钻孔施工过程中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔在煤层中长度、钻孔开钻时间、见煤顶板距离及时间及钻孔完成时间.钻孔施工参数示意图见图2.（五）封孔（五）封孔由于煤层瓦斯是粘性很小地气体，其粘度系数=1.0810-6Pas，在高压作用下，可以说是无孔不入.钻孔孔壁内存在细微孔道，在高压瓦斯地作用下很可能连通起来，形

11、成瓦斯泄漏地立体交叉通道.在具有煤与瓦斯突出危险地煤层中，一般地应力高，煤层透气系数小；因此测压时微量地漏气，就能导致所测压力值地很大降低.在松软地煤层中测压时，钻孔周围往往具有卸压圈和裂隙网，发生漏气是显而易见地.页岩、砂质页岩中也往往裂隙发育，所以在页岩、砂质页岩和煤层中测定瓦斯压力要取得可靠地结果较为困难.而煤系地层大多为页岩和砂质页岩，这就是测压结果误差较大地主要原因.实践表明，封堵孔壁裂隙用固体物显然是不行地，只能用粘性液体(或流体)，为了抵抗高压瓦斯地排斥，粘性液体压力应始终高于瓦斯压力，这是准确测压地关键.本次压力测定决定采用水泥浆封堵测压钻孔.测压管均选用 161.5mm 无缝

12、钢管（普通 4 分管），为便于安装,取每根钢管长 1.5m 或 2.0m，根据现场实际情况用接箍联接成需要地长度；测压管根据需要一端位于测压室内（需加工成花管）,其露出钻孔一端接压力表.比例：1:10图 2 钻孔施工参数示意图钻孔打好以后，应在 24h 内进行封孔.封孔时将连接好地瓦斯测压管送入测压钻孔内，并送入钻孔内见煤点测压气室.在钻孔内测压管距孔口满足封孔深度要求处安设一个挡盘（缠绕棉纱）用于阻止封孔材料堵塞测压气室；根据预留封孔体积计算出所需封孔材料，利用棉纱塞住孔口，并快速注入水泥；封孔完成后，将引出孔外地测压管接上瓦斯压力表.封孔完成 24h 后关闭压力表阀门即开始进行瓦斯压力测定

13、，每 3d 记录一次瓦斯压力，连续观察 20d 后如瓦斯压力连续 3d 内变化小于 0.015MPa，则可认为这个稳定地压力就是煤层原始瓦斯压力；测压结束后,可以回收压力表.四、煤层瓦斯含量直接测定瓦斯含量直接测定分为现场煤芯取样解读、实验室解读两部分.根据现场瓦斯自然解吸量与实验室数据处理后得到地瓦斯解吸量，进行计算得出瓦斯含量.1 1、采样前准备、采样前准备煤样罐在使用前必须进行气密性检测；气密性检测可通过向煤样罐内注空气至表压 1.5MPa以上，关闭后搁置 12h，压力不降方可使用.禁止在丝扣及胶垫上涂润滑油.解吸仪在使用之前，将量管内灌满水，关闭底塞并倒置过来，放置 10min，量管内

14、水面不动为合格.2 2、煤芯采集、煤芯采集采样方式：在石门或岩石巷道可打穿层钻孔采取煤样，在新暴露煤巷中应首选煤芯采取器（简称煤芯管）或其他定点取样装置定点采集煤样.采样深度应按以下两种情况确定：测定煤层原始瓦斯含量时，采样深度应超过钻孔施工地点巷道地影响范围，并满足以下要求：在采掘工作面取样时，采样深度应根据采掘工作面地暴露时间来确定，但不应小于12m；在石门或岩石巷道采样时，距煤层地垂直距离应视岩性而定，但不得小于5m.采样时间：采样时间是指用于瓦斯含量测定地煤样从暴露到被装入煤样罐密封所用地实际时间不应超过 5min.3 3、井下自然解吸瓦斯量测定、井下自然解吸瓦斯量测定井下自然解吸瓦斯

15、量采用解吸仪测定.自然解读装置见图 3.煤样罐通过排气管5 与解吸仪连接后，打开弹簧夹 3，随即有从煤样泄出地瓦斯进入量管，用排水集气法将瓦斯收集在量管内.如果量管体积不足以容纳 60 min 内从煤样泄出地全部瓦斯，可以中途用弹簧夹3夹住排气管与解吸仪断开，重新迅速给解吸仪补足清水,然后打开弹簧夹 3连通解吸仪继续观测.如果在解吸仪观测中没有瓦斯泄出，应当检查排气管及煤样罐上部排气孔是否堵塞.如果没有堵塞，则是瓦斯含量过小所至，此时，即可终止观测，送实验室测定.图 3 解吸装置示意图煤样罐密封运到井上后，要进行试漏，将煤样罐沉入清水中，仔细观察 5min，检查有无气泡冒出.如果发现有气泡渗出

16、，则要更换煤样罐或胶垫重新取样.如不漏气，可以送实验室继续进行实验.4 4、实验室残存解吸、实验室残存解吸将经过自然瓦斯解吸过地煤样送至实验室，先检查各设备地气密性，若是气密性良好，再进行以下实验.将煤样罐与常压自然解读装置（见图4）连接，缓慢打开煤样罐阀门，测定粉碎前自然解读瓦斯量.测定完毕后，称量煤样总重，从中称取两份二次煤样，进行粉碎，并与常压自然解读装置连接，测定粉碎后自然解读瓦斯量.图 4 常压自然解读测定装置5 5、瓦斯含量计算、瓦斯含量计算根据现场瓦斯自然解吸量与实验室数据处理后得到地瓦斯解吸量，进行计算得出瓦斯含量.X=X1+X2+X3+X4+Xb式中：X 瓦斯含量，cm3/g

17、；X1 煤样地井下解吸瓦斯量，cm3/g；X2 煤样地瓦斯损失量，cm3/g；X3 煤样粉碎前解吸瓦斯量，cm3/g；X4 煤样粉碎后解吸瓦斯量，cm3/g；Xb 不可解读瓦斯量，cm3/g.五、煤样地采取1 1、煤样地采取目地、煤样地采取目地此过程为了煤层瓦斯含量和瓦斯放散初速度（P）地测定.煤层瓦斯含量地测算可通过采集新鲜煤样，先进行工业性分析；然后进行瓦斯含量地测定与计算等步骤来完成.煤地工业成份直接影响着煤层瓦斯含量地计算.因此，在预测煤层瓦斯含量时，应对煤地组分进行工业性分析.2 2、煤样地采取步骤、煤样地采取步骤煤样地取样方法为掏槽取样法，如图 5 所示，在掘进工作面或回采工作面地

18、刷切巷处地煤层断面上掏槽取煤样，掏槽位置巷道断面地中心线处，槽高为巷道高，宽200mm，深100mm，掏下地煤块地长、宽、高不大于 50mm.取样前，先在取样煤壁下方放一块风筒布用于接住掏下地煤块，其大小以能接住掏下地煤块为宜.掏槽完毕后，将风筒布上地煤块充分混合后，采用十字对角淘汰法取最后留下地约3.0kg（含大小煤块）作为所取煤样.图 5 掏槽取样方法示意图十字对角淘汰法是指将掏下地煤样充分混合后堆成一个园锥体，并在其上划一个正十字将其分成四分，然后将对角地两部分去掉，再将留下地煤样继续进行上述操作，直到留下大约 5.0kg地煤样即可.在矿井测压点附近地煤层巷道中采取各煤层地全层煤样和软分

19、层煤样，每个约 5.0kg左右.本次在该矿测压点附近地煤层巷道中共采取3 组煤样.煤样采取后应尽快用密封性好地塑料袋封装，并填写煤样标签.其中全层煤样用于测试吸附常数 a、b 值和进行工业分析，软分层煤样用于测试p 和煤地硬度 f值.六、需要配备物资1161.5mm无缝钢管（普通 4 分管）240m，加工成每根长 2.0m 级部分短接，两端车丝，其中 2m 花管（在钢管上间距 150mm 打对穿眼 11-12排）6 根，配套接箍 160个.2水泥 50袋，膨胀剂 20袋，速凝剂（锚杆药）100支.3棉纱、细铁丝若干.4采煤样用镐 1把.5准备工作服 2-4套（矿灯、靴子、安全帽、毛巾）.6、采

20、用 ZDY4000S型煤矿井下全液压钻机，配备 55KW电机.钻具组合：73mm 凹槽地质螺旋钻杆，75mm 钢体式复合片钻头.采用 3NB-320/8-30型泥浆泵，额定压力 8MPa，额定流量320L/min.七、安全技术措施1认真制定钻孔施工地安全技术措施，以保证钻孔过程中地施工安全；安全技术措施中要特别注意现场压力测试结束拆卸压力表时地人员地防护措施、工作过程中人员应处于压力表地上风侧，泄压喷口严禁冲向人员；安排专人注意观察卸压孔附近地状况，发现异常及时汇报处理.2测试人员应根据井下实际状况，随时注意安全；3测试和施工过程中应留意来往矿车，在保证安全地前提下正规操作；4 加强钻机附近段地巷道支护，保证施工安全.同时，钻机要安装牢固，以免改变钻孔方向和角度，造成钻孔偏移.5.钻进过程中如遇塌孔、构造破碎带和出现其它地孔内事故时，不可强行通过，可换径扩孔或注浆护壁后再复钻进.6.因处理孔内事故而需要扩孔时，须安设使用导向钻头，以避免孔斜，保证钻探工程地质量.7.严格钻具地检查，不合格钻具严禁下入孔内，以防孔内事故发生，因故停钻时，钻具必须提至安全孔段.8.钻进过程中因故停水、停电，应提前将钻具提出孔口或提至安全孔段，并经常提动钻具，并派专人值守，直至恢复供水、供电、排水，正常钻进.