煤層瓦斯壓力測定方案設(shè)計

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摘要：在原套管-水泥封孔工藝的基礎(chǔ)上，對封孔套管及法蘭盤進(jìn)行改造加工，采用3次注漿法對鉆孔進(jìn)行封堵，最高承受6MPa高壓的注漿壓力。改進(jìn)的新封孔工藝封孔嚴(yán)密，高壓注漿作業(yè)操作簡單、安全，有效填充測試區(qū)域巖層裂隙，避免由于巖層裂隙的存在造成測壓失敗。

關(guān)鍵詞：瓦斯壓力；封孔；穿層鉆孔；瓦斯含量；瓦斯參數(shù)

0引言

能否準(zhǔn)確測試煤層瓦斯壓力取決于封孔質(zhì)量的優(yōu)劣，目前煤層壓力測試封孔主要有聚氨酯封孔，粘土-木塞封孔，套管-水泥封孔，本次作者在原套管-水泥封孔工藝的基礎(chǔ)上，對封孔套管及法蘭盤進(jìn)行改造加工。

1瓦斯壓力測定方案的選擇

聚氨酯、黏土-木塞封孔在操作過程中由于聚氨酯、粘土送不到位容易形成孔內(nèi)空腔和空隙，造成測壓失敗[2]。套管-水泥封孔對鉆孔的封堵較前者封孔更為嚴(yán)密，但是在測試區(qū)域巖層內(nèi)存在裂隙的情況下，不使用高壓注漿對巖層內(nèi)裂隙進(jìn)行填充同樣不能保證測壓成功。本文作者采用穿層鉆孔測試煤層壓力，測壓鉆孔孔口必須封孔嚴(yán)密，試驗鉆孔周邊的巖體裂隙也需高壓注實，使用傳統(tǒng)的鉆孔封孔工藝無法滿足高壓注漿填注巷道圍巖圈裂隙的要求，該申報成果通過對套管-水泥封孔工藝的改進(jìn)，解決鉆孔高壓注漿封孔的需求，對鉆孔周邊巖體裂隙也進(jìn)行有效填充。并且通過對封孔管和法蘭盤的改造，保證高壓注漿封孔過程中的安全性，有效杜絕封孔套管高壓注漿過程中因承受不住高壓而沖出傷人[3]。

2瓦斯壓力測定方案的實施

2.1設(shè)備加工改造

（1）4寸套管管口焊接法蘭盤，套管孔口退后0.1m位置焊接2個左右對稱的拴錨桿用把手，把手各加工一個能穿過錨桿的孔眼用于施工錨桿固定套管，錨桿拴住4寸鐵管左右把手后可牢牢固定套管避免高壓注漿狀態(tài)下套管傷人。（2）耐高壓法蘭盤加工1個4′孔，4′孔焊接0.1m長的4′管，并按順序分別連接耐高壓球閥、壓力表、注漿管。（3）測壓管使用1根4′鐵管，鐵管末端連接4m長花管（可用6′篩管），測壓管孔口端加工焊接三通，三通分別接測壓管、壓力表、球閥。

2.2測試鉆孔設(shè)計

為避免偶然因素造成誤差，鉆孔共布置2組12個，鉆孔仰角42°，見煤層頂板終孔，鉆孔距巷頂300mm，間距1.5m，平行布置[4]。

2.3注漿封孔操作步驟

（1）注漿固定孔口管首先使用直徑145mm的鉆頭打孔6m深，然后把4m長的4寸套管下入鉆孔內(nèi)，孔口外露100mm；孔口以里800mm套管使用聚氨酯包裹進(jìn)行封孔。在套管的左右兩邊拴錨桿用把手位置各打1根1m長錨桿，并用墊片拴牢鎖緊套管，防止注漿壓力過大時彈出傷人。待聚氨酯凝固后，套管外口安裝加工好的法蘭盤，進(jìn)行第一次注漿，壓力表達(dá)到1.5MPa時停止注漿，關(guān)閉閘閥，進(jìn)入保壓階段[5]。（2）高壓注漿填充鉆孔周邊圍巖裂隙鉆孔等待24h漿液凝固后，打開法蘭，采用ϕ94mm的鉆頭透孔，鉆孔施工到距15#煤層底板法距1m停止鉆進(jìn)，退出鉆桿安裝新法蘭盤進(jìn)行第二次注漿充填鉆孔圍巖裂隙，注漿壓力達(dá)到6MPa以上時，停止注漿，關(guān)閉閘閥，進(jìn)入保壓階段[6]。（3）注漿封孔測壓鉆孔漿液凝固48h后，打開法蘭，第二次使用ϕ94mm的鉆頭進(jìn)行掃孔，鉆孔打穿15#煤見頂板起鉆。鉆孔施工完成后，將4′測壓管安裝至鉆孔見煤點往里2.5m、外露孔口0.3m位置，測壓管孔口端安裝三通，三通分別連接測壓管、壓力表、球閥；測壓管最里端為4′花管，花管長度4m，纏上金屬網(wǎng)。將注漿管安裝至孔口往里1.5m、外露孔口0.3m位置，注漿管孔口端安裝球閥[7]。孔口使用聚氨酯包裹封堵，長度0.8m。待聚氨酯凝固后，用高壓膠管將注漿泵及孔口注漿管閥門連接好進(jìn)行第三次注漿封孔，測壓管返漿后，停止注漿，關(guān)閉注漿管球閥，待測壓管內(nèi)漿液流盡后，封孔結(jié)束。待水泥漿凝固后，關(guān)閉測壓管球閥，安裝測壓表，進(jìn)行測壓[8]。

3結(jié)論

（1）通過對套管-水泥封孔工藝的改造，滿足高壓注漿的需求，有效填充測試區(qū)域巖層裂隙，避免由于巖層裂隙的存在造成測壓失敗。（2）試驗過程中，改造的套管在高壓注漿狀態(tài)下固定牢固，杜絕封孔套管注漿過程中因承受不住高壓而沖出傷人的情況，具有可靠的安全效益。（3）在原未使用改進(jìn)的封孔工藝對測試區(qū)域進(jìn)行封孔過程中，由于封孔不嚴(yán)，封孔測壓成功率低，造成巨大的人工成本和材料成本的浪費，在使用本改進(jìn)的工藝后，測試區(qū)域2組12個鉆孔全部封孔成功，封孔測壓的成功率由70%提高到100%，按照施工一個12m的穿層鉆孔人工及材料成本3600元計算，平均每個鉆孔節(jié)省1080元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。（4）施工過程中，該成果由于需使用4m長套管進(jìn)行封孔，在巷道斷面寬帶、高度小于4m×4m的區(qū)域下套管較為困難，因此巷道寬帶較小區(qū)域（小于4m×4m）不適用，可適當(dāng)考慮減小套管長度。

參考文獻(xiàn)：

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［5］趙嶸，齊黎明.井下直接法測定煤層瓦斯壓力研究現(xiàn)狀及分析［J］.煤炭技術(shù)，2017（03）：202-203.

［6］褚開智.煤層瓦斯的形成及瓦斯災(zāi)害的預(yù)防［J］.山西科技，2008（01）：116-117.

［7］文朝生.晉城礦區(qū)煤層瓦斯地質(zhì)特征淺探［J］.煤，2003（05）：47-49.

［8］陸衛(wèi)東，魏國營，陶東東.階梯狀斷層控制煤層瓦斯分布特征［J］.煤炭技術(shù)，2017（07）：153-155.

作者：張海軍 單位：山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司