煤層瓦斯參數(shù)測定

1、煤層瓦斯參數(shù)測定煤層瓦斯參數(shù)測定中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院瓦斯在煤層中賦存及流動規(guī)律瓦斯在煤層中賦存及流動規(guī)律瓦斯壓力測定的目的和意義瓦斯壓力測定的目的和意義 瓦斯壓力測定技術(shù)發(fā)展概況瓦斯壓力測定技術(shù)發(fā)展概況 瓦斯壓力測定國家標(biāo)準(zhǔn)瓦斯壓力測定國家標(biāo)準(zhǔn) 淮北礦區(qū)瓦斯測壓難點淮北礦區(qū)瓦斯測壓難點 淮北礦業(yè)集團(tuán)瓦斯壓力測定方法淮北礦業(yè)集團(tuán)瓦斯壓力測定方法 概述概述 1.11.11.21.31.41.51.61.71.1概述概述指煤孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，是決定瓦斯含量的主要因素，造成突出的重要壓力之一。多年來，面對淮北礦區(qū)復(fù)雜的地址條件，經(jīng)過不斷的探索和創(chuàng)新，總結(jié)出了一套

2、行之有效的鉆孔施工和封孔方法。煤層瓦斯賦存和流動規(guī)律，總結(jié)了前人煤層瓦斯壓力測定工藝，介紹了瓦斯壓力測定的國家標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)介紹淮北礦區(qū)測壓工序。1.1概述概述煤層瓦斯煤層瓦斯壓力壓力 淮北礦區(qū)淮北礦區(qū)瓦斯壓力瓦斯壓力測定概況測定概況 本節(jié)主要本節(jié)主要內(nèi)容內(nèi)容1.2 瓦斯在煤層中賦存及流動規(guī)律瓦斯在煤層中賦存及流動規(guī)律瓦斯的概念及來源；瓦斯的性質(zhì)；瓦斯的生成。瓦斯在煤層內(nèi)的存在狀態(tài)；煤層瓦斯賦存的垂向分帶；煤對瓦斯的吸附特性 ；影響煤層瓦斯賦存及含量的主要因素。瓦斯在煤層中運(yùn)移的基本規(guī)律；煤層中瓦斯流動狀態(tài)分類。1.2.1 1.2.1 瓦斯的性質(zhì)瓦斯的性質(zhì)及生成及生成1.2.2 1.2.2 煤層瓦

3、斯賦煤層瓦斯賦存存1.2.3 1.2.3 煤層瓦斯運(yùn)煤層瓦斯運(yùn)移的基本規(guī)律移的基本規(guī)律 1、瓦斯及性質(zhì)、瓦斯及性質(zhì) 廣義上講，礦井瓦斯是井下有害氣體的總稱。包括：甲廣義上講，礦井瓦斯是井下有害氣體的總稱。包括：甲烷（烷（CH4）、重?zé)N（）、重?zé)N（CnHm）、氫氣（）、氫氣（H2）、二氧化碳）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫）、二氧化硫（SO2）、硫化氫（）、硫化氫（H2S）、氡（）、氡（Rn）等。）等。 煤礦大部分瓦斯來自于煤層，而煤層中的瓦斯一般以甲煤礦大部分瓦斯來自于煤層，而煤層中的瓦斯一般以甲烷為主（可達(dá)烷為主（可達(dá)80%9

4、0%），它是威脅礦井安全的主要危險源，），它是威脅礦井安全的主要危險源，所以在煤礦狹義的瓦斯專指甲烷（所以在煤礦狹義的瓦斯專指甲烷（CH4）。）。 甲烷是無色、無味、無嗅、可以燃燒和爆炸的氣體。其爆甲烷是無色、無味、無嗅、可以燃燒和爆炸的氣體。其爆炸極限為炸極限為5%16%，它對人體的影響同氮相似，可使人窒息。，它對人體的影響同氮相似，可使人窒息。當(dāng)甲烷濃度為當(dāng)甲烷濃度為43時，空氣中相應(yīng)的氧濃度即降到時，空氣中相應(yīng)的氧濃度即降到12，人，人感到呼吸非常急促；當(dāng)甲烷濃度在空氣中達(dá)感到呼吸非常急促；當(dāng)甲烷濃度在空氣中達(dá)57時，相應(yīng)的時，相應(yīng)的氧濃度被沖淡到氧濃度被沖淡到9，人即可處于昏迷狀態(tài)，有

5、死亡危險。，人即可處于昏迷狀態(tài)，有死亡危險。2、瓦斯生成、瓦斯生成 在生物化學(xué)作用成氣時期是從腐植型有機(jī)物堆積在沼澤在生物化學(xué)作用成氣時期是從腐植型有機(jī)物堆積在沼澤相和三角洲相環(huán)境中開始的，在溫度不超過相和三角洲相環(huán)境中開始的，在溫度不超過65條件下，腐條件下，腐植體經(jīng)厭氧微生物分解成甲烷和二氧化碳，其模式可用下式植體經(jīng)厭氧微生物分解成甲烷和二氧化碳，其模式可用下式來概括：來概括： 在瓦斯生成的同時，芳香核進(jìn)一步縮合，碳元素進(jìn)一步在瓦斯生成的同時，芳香核進(jìn)一步縮合，碳元素進(jìn)一步集中在碳網(wǎng)中。隨著煤化變質(zhì)作用的加深，基本結(jié)構(gòu)單元中集中在碳網(wǎng)中。隨著煤化變質(zhì)作用的加深，基本結(jié)構(gòu)單元中縮聚芳香核的數(shù)

6、目不斷增加，到無煙煤時，主要由縮聚芳香縮聚芳香核的數(shù)目不斷增加，到無煙煤時，主要由縮聚芳香核組成。從褐煤到無煙煤，煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯核組成。從褐煤到無煙煤，煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯量也越多。量也越多。61054296247CH8COC H O3H OC H O 隔絕空氣1、煤層瓦斯賦存狀態(tài)、煤層瓦斯賦存狀態(tài) 游離瓦斯：由于甲烷分子的自由熱運(yùn)動，顯示出相應(yīng)的游離瓦斯：由于甲烷分子的自由熱運(yùn)動，顯示出相應(yīng)的瓦斯壓力，這種狀態(tài)的瓦斯服從氣體狀態(tài)方程；瓦斯壓力，這種狀態(tài)的瓦斯服從氣體狀態(tài)方程； 吸附瓦斯：存在在微孔表面上和在煤的粒子內(nèi)部占據(jù)著吸附瓦斯：存在在微孔表面上和在煤的粒子內(nèi)部占據(jù)

7、著煤分子結(jié)構(gòu)的孔穴或煤分子之間的空間。煤分子結(jié)構(gòu)的孔穴或煤分子之間的空間。 煤層中瓦斯除吸附和游離煤層中瓦斯除吸附和游離狀態(tài)以外，還有可能以瓦斯水狀態(tài)以外，還有可能以瓦斯水化物晶體形式存在，其結(jié)構(gòu)形化物晶體形式存在，其結(jié)構(gòu)形式為式為xMyH2O，其中，其中M代表代表烴；固溶態(tài)等。但現(xiàn)有開采水烴；固溶態(tài)等。但現(xiàn)有開采水平下，游離瓦斯僅占平下，游離瓦斯僅占512，其余為吸附瓦斯其余為吸附瓦斯2、煤層瓦斯垂向分帶、煤層瓦斯垂向分帶 煤層瓦斯沿垂向一煤層瓦斯沿垂向一般可分為兩個帶：瓦斯般可分為兩個帶：瓦斯風(fēng)化帶與甲烷帶。瓦斯風(fēng)化帶與甲烷帶。瓦斯風(fēng)化帶是風(fēng)化帶是CO2N2、N2與與N2CH4三個帶三個帶

8、的統(tǒng)稱，各帶不僅瓦斯的統(tǒng)稱，各帶不僅瓦斯組分不同而且瓦斯含量組分不同而且瓦斯含量也不相同。也不相同。2、煤層瓦斯垂向分帶、煤層瓦斯垂向分帶瓦斯風(fēng)化帶的下部邊界可按下列條件確定：瓦斯風(fēng)化帶的下部邊界可按下列條件確定： 甲烷及重?zé)N濃度之和甲烷及重?zé)N濃度之和80（按體積）；（按體積）； 瓦斯壓力瓦斯壓力P0.10.15MPa； 相對瓦斯涌出量相對瓦斯涌出量qCH423m3/t煤；煤； 煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量x1.01.5m3/t可燃物（長焰煤）可燃物（長焰煤） x1.52.0m3/t可燃物（氣煤）可燃物（氣煤） x2.02.5m3/t可燃物（肥、焦煤）可燃物（肥、焦煤） x2.53.0m3/t可燃

9、物（瘦煤）可燃物（瘦煤） x3.04.0m3/t可燃物（貧煤）可燃物（貧煤） x5.07.0m3/t可燃物（無焰煤）可燃物（無焰煤）2、煤層瓦斯垂向分帶、煤層瓦斯垂向分帶甲烷帶：甲烷帶： 位于瓦斯風(fēng)化帶下邊界以下的位于瓦斯風(fēng)化帶下邊界以下的屬于甲烷帶，煤層的瓦斯壓力、瓦屬于甲烷帶，煤層的瓦斯壓力、瓦斯含量隨埋藏深度的增加呈有規(guī)律斯含量隨埋藏深度的增加呈有規(guī)律的增長。的增長。 增長的梯度，在不同煤質(zhì)（煤增長的梯度，在不同煤質(zhì)（煤化程度）、不同地質(zhì)構(gòu)造與賦存條化程度）、不同地質(zhì)構(gòu)造與賦存條件有所不同。件有所不同。 瓦斯壓力梯度的變化范圍為瓦斯壓力梯度的變化范圍為0.0070.012MPa/m，近似

10、于靜水，近似于靜水壓力值。壓力值。3、煤對瓦斯的吸附特性、煤對瓦斯的吸附特性 煤是一種天然的吸附劑，具有良好的吸附性能。煤對瓦煤是一種天然的吸附劑，具有良好的吸附性能。煤對瓦斯的吸附屬于物理吸附，即瓦斯分子煤分子之間的作用力是斯的吸附屬于物理吸附，即瓦斯分子煤分子之間的作用力是剩余的表面自由力（范德華引力）。在一定條件下，瓦斯還剩余的表面自由力（范德華引力）。在一定條件下，瓦斯還可以從煤中解吸出來，吸附與解吸是可逆的?？梢詮拿褐薪馕鰜?，吸附與解吸是可逆的。4、瓦斯含量的主要影響因素、瓦斯含量的主要影響因素 壓力與溫度：壓力與溫度： 煤層瓦斯壓力越大，其含量越高；溫度溫度每升高煤層瓦斯壓力越大

11、，其含量越高；溫度溫度每升高1，吸附瓦斯的能力降低約吸附瓦斯的能力降低約8。 水分：水分： WXXdw31. 014、瓦斯含量的主要影響因素、瓦斯含量的主要影響因素 煤變質(zhì)程度的影響煤變質(zhì)程度的影響 ： 煤的煤化程度反映其比表面積大小與化學(xué)組成，一般講，煤的煤化程度反映其比表面積大小與化學(xué)組成，一般講，從揮發(fā)分為從揮發(fā)分為2026之間的煤到無煙煤，相應(yīng)的吸附量呈快速之間的煤到無煙煤，相應(yīng)的吸附量呈快速的增長。的增長。4、瓦斯含量的主要影響因素、瓦斯含量的主要影響因素 煤層和圍巖的透氣性：煤層和圍巖的透氣性： 一般情況下，煤層及圍一般情況下，煤層及圍巖透氣性越大，瓦斯越易流巖透氣性越大，瓦斯越易

12、流失，瓦斯含量越?。环粗?，失，瓦斯含量越?。环粗?，瓦斯易于保存，煤層的瓦斯瓦斯易于保存，煤層的瓦斯含量大，比如孔隙與裂隙發(fā)含量大，比如孔隙與裂隙發(fā)育的砂巖、礫巖和灰?guī)r的透育的砂巖、礫巖和灰?guī)r的透氣性非常大，它比致密而裂氣性非常大，它比致密而裂隙不發(fā)育的巖石的透氣系數(shù)隙不發(fā)育的巖石的透氣系數(shù)高百萬倍，在漫長的地質(zhì)年高百萬倍，在漫長的地質(zhì)年代中，會排放大量的瓦斯。代中，會排放大量的瓦斯。4、瓦斯含量的主要影響因素、瓦斯含量的主要影響因素 埋深及煤層傾角：埋深及煤層傾角： 一般情況下，隨著煤層埋深增加，煤層瓦斯含量也與隨一般情況下，隨著煤層埋深增加，煤層瓦斯含量也與隨之增大。在同一埋深下，煤層傾角越

13、小，煤層瓦斯含量越高。之增大。在同一埋深下，煤層傾角越小，煤層瓦斯含量越高。 例如芙蓉煤礦北翼煤層傾角陡（例如芙蓉煤礦北翼煤層傾角陡（4080），相對瓦斯），相對瓦斯涌出量約涌出量約20m3/t，無瓦斯突出現(xiàn)象；而南翼煤層傾角緩，無瓦斯突出現(xiàn)象；而南翼煤層傾角緩（612 ）相對瓦斯涌出量達(dá)）相對瓦斯涌出量達(dá)150m3/t，而且發(fā)生了煤與，而且發(fā)生了煤與瓦斯突出。瓦斯突出。4、瓦斯含量的主要影響因素、瓦斯含量的主要影響因素 煤層露頭：煤層露頭： 煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，露頭存在時間越長，煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，露頭存在時間越長，瓦斯排放越多；反之，地表無露頭的煤層，瓦斯含量越高。

14、瓦斯排放越多；反之，地表無露頭的煤層，瓦斯含量越高。 例如中梁山煤田，煤層無露頭，而且為背斜構(gòu)造，所以例如中梁山煤田，煤層無露頭，而且為背斜構(gòu)造，所以煤層瓦斯含量大。煤層瓦斯含量大。4、瓦斯含量的主要影響因素、瓦斯含量的主要影響因素 地質(zhì)構(gòu)造：地質(zhì)構(gòu)造： 煤系地層為沉積地層，煤系地層為沉積地層，各種巖石的透氣性有很大差各種巖石的透氣性有很大差別，在地層與地質(zhì)構(gòu)造的共別，在地層與地質(zhì)構(gòu)造的共同作用下，可能形成封閉型同作用下，可能形成封閉型地質(zhì)構(gòu)造或開放型地質(zhì)構(gòu)造。地質(zhì)構(gòu)造或開放型地質(zhì)構(gòu)造。封閉型地質(zhì)構(gòu)造有利于瓦斯封閉型地質(zhì)構(gòu)造有利于瓦斯儲存，開放型地質(zhì)構(gòu)造有利儲存，開放型地質(zhì)構(gòu)造有利于瓦斯排放。

15、于瓦斯排放。4、瓦斯含量的主要影響因素、瓦斯含量的主要影響因素 地質(zhì)構(gòu)造（地質(zhì)構(gòu)造（褶曲構(gòu)造）：）： 閉合而完整的背斜或穹窿又覆蓋有不透氣的地層是良好的儲存瓦斯閉合而完整的背斜或穹窿又覆蓋有不透氣的地層是良好的儲存瓦斯構(gòu)造，其軸部煤層內(nèi)往往積存高壓瓦斯，形成構(gòu)造，其軸部煤層內(nèi)往往積存高壓瓦斯，形成“氣頂氣頂”。在傾伏背斜的。在傾伏背斜的軸部，瓦斯?jié)舛韧ǔＲ哺哂谝聿?。但是?dāng)背斜軸頂部因張力形成連通地軸部，瓦斯?jié)舛韧ǔＲ哺哂谝聿?。但是?dāng)背斜軸頂部因張力形成連通地表的裂隙時，瓦斯易于流失，軸部瓦斯含量反而低于翼部。表的裂隙時，瓦斯易于流失，軸部瓦斯含量反而低于翼部。 向斜構(gòu)造存在兩種情況向斜構(gòu)造存在

16、兩種情況:一種情況下，因軸部受到強(qiáng)力擠壓，透氣性一種情況下，因軸部受到強(qiáng)力擠壓，透氣性差，使軸部的瓦斯含量高于翼部差，使軸部的瓦斯含量高于翼部:另一種情況下，由于向斜軸部瓦斯補(bǔ)給另一種情況下，由于向斜軸部瓦斯補(bǔ)給區(qū)域縮小，當(dāng)軸部裂隙發(fā)育，透氣性好時，有利于瓦斯流失，開采至向區(qū)域縮小，當(dāng)軸部裂隙發(fā)育，透氣性好時，有利于瓦斯流失，開采至向斜軸部時，相對瓦斯涌出量反而減少。斜軸部時，相對瓦斯涌出量反而減少。 受構(gòu)造影響形成局部變厚的大煤包時，也會出現(xiàn)瓦斯含量增高的現(xiàn)受構(gòu)造影響形成局部變厚的大煤包時，也會出現(xiàn)瓦斯含量增高的現(xiàn)象。這是因為煤包在構(gòu)造應(yīng)力作用下，周圍煤層被壓薄，上下透氣性差象。這是因為煤包

17、在構(gòu)造應(yīng)力作用下，周圍煤層被壓薄，上下透氣性差的巖層形成對大煤包的封閉條件。的巖層形成對大煤包的封閉條件。4、瓦斯含量的主要影響因素、瓦斯含量的主要影響因素 火成巖的侵入：火成巖的侵入： 巖漿侵入含煤巖系、煤層，使煤、巖層產(chǎn)生膨脹及壓縮?；鸪蓭r漿侵入含煤巖系、煤層，使煤、巖層產(chǎn)生膨脹及壓縮?；鸪蓭r侵入煤層對瓦斯賦存既有形成、保存瓦斯的作用，也有某些條巖侵入煤層對瓦斯賦存既有形成、保存瓦斯的作用，也有某些條件下使瓦斯逸散的可能。件下使瓦斯逸散的可能。 通常情況下，火成巖侵入帶與未侵入帶的過渡地帶瓦斯含量往通常情況下，火成巖侵入帶與未侵入帶的過渡地帶瓦斯含量往往較大，如淮北局的楊柳礦，皖北局的臥龍

18、湖礦。往較大，如淮北局的楊柳礦，皖北局的臥龍湖礦。 巖漿巖侵入帶易發(fā)生煤與瓦斯突出，如北票礦區(qū)，巖漿巖侵入巖漿巖侵入帶易發(fā)生煤與瓦斯突出，如北票礦區(qū)，巖漿巖侵入帶發(fā)生的突出（帶發(fā)生的突出（265）次占突出總數(shù)的）次占突出總數(shù)的25%。這是由于尤其是巖漿。這是由于尤其是巖漿巖侵入引起的煤層局部變質(zhì)帶，當(dāng)煤的變質(zhì)程度不一而形成混雜巖侵入引起的煤層局部變質(zhì)帶，當(dāng)煤的變質(zhì)程度不一而形成混雜狀態(tài)時，煤的力學(xué)性質(zhì)的變化，以及由此引起的應(yīng)力不均勻分布狀態(tài)時，煤的力學(xué)性質(zhì)的變化，以及由此引起的應(yīng)力不均勻分布更為明顯。更為明顯。4、瓦斯含量的主要影響因素、瓦斯含量的主要影響因素 煤化程度：煤化程度： 煤是天然吸

19、附體，煤層的煤化程度越高，其存貯瓦斯的能煤是天然吸附體，煤層的煤化程度越高，其存貯瓦斯的能力越強(qiáng)。在甲烷帶內(nèi)，在其它因素相同條件下，煤化程度不同力越強(qiáng)。在甲烷帶內(nèi)，在其它因素相同條件下，煤化程度不同的煤，其瓦斯含量不僅不同，而且隨深度增加其瓦斯含量增加的煤，其瓦斯含量不僅不同，而且隨深度增加其瓦斯含量增加也不同；也不同； 對于高變質(zhì)無煙煤（揮發(fā)分低于對于高變質(zhì)無煙煤（揮發(fā)分低于120mL/g）其瓦斯含量不服）其瓦斯含量不服從上述規(guī)律。這是因為這種煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化，其瓦斯從上述規(guī)律。這是因為這種煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化，其瓦斯含量很低，而且與埋深無關(guān)，例如湖南煤田礦區(qū)的文化村礦，含量很低，而

20、且與埋深無關(guān)，例如湖南煤田礦區(qū)的文化村礦，煤變質(zhì)已接近石墨（揮發(fā)分僅煤變質(zhì)已接近石墨（揮發(fā)分僅3.14%）,煤層瓦斯含量很低。煤層瓦斯含量很低。瓦斯在煤層中運(yùn)移的基本規(guī)律瓦斯在煤層中運(yùn)移的基本規(guī)律煤層的孔隙和裂隙的尺寸是不均勻的，因而在大裂隙帶中可煤層的孔隙和裂隙的尺寸是不均勻的，因而在大裂隙帶中可能出現(xiàn)紊流，而在微裂隙中則屬于層流運(yùn)動，在微孔中還存在能出現(xiàn)紊流，而在微裂隙中則屬于層流運(yùn)動，在微孔中還存在擴(kuò)散分子滑流。根據(jù)實驗室和在現(xiàn)場對瓦斯流動規(guī)律的測定，擴(kuò)散分子滑流。根據(jù)實驗室和在現(xiàn)場對瓦斯流動規(guī)律的測定，其流動規(guī)律主要是遵循達(dá)西定律，即是層流運(yùn)動。其流動規(guī)律主要是遵循達(dá)西定律，即是層流運(yùn)

21、動。在一般情況下，以達(dá)西定律為基礎(chǔ)來研究煤層瓦斯流動規(guī)律在一般情況下，以達(dá)西定律為基礎(chǔ)來研究煤層瓦斯流動規(guī)律還是可行的，但是在特殊情況下，如石門揭開煤層、瓦斯噴出還是可行的，但是在特殊情況下，如石門揭開煤層、瓦斯噴出或突出，則必須按當(dāng)時條件加以修正?；蛲怀?，則必須按當(dāng)時條件加以修正。瓦斯在中孔以上的孔隙或裂隙內(nèi)的運(yùn)移有層流和紊流兩種形瓦斯在中孔以上的孔隙或裂隙內(nèi)的運(yùn)移有層流和紊流兩種形式，而層流運(yùn)移通常又可分為線性和非線性滲透兩種，紊流一式，而層流運(yùn)移通常又可分為線性和非線性滲透兩種，紊流一般只有發(fā)生在瓦斯噴出和煤與瓦斯突出時的瓦斯流動，在原始般只有發(fā)生在瓦斯噴出和煤與瓦斯突出時的瓦斯流動，在

22、原始煤層中瓦斯的運(yùn)移是層流運(yùn)動。煤層中瓦斯的運(yùn)移是層流運(yùn)動。 線性滲透線性滲透 當(dāng)瓦斯在煤層中的流動為線性滲透時，即瓦斯流速與煤層當(dāng)瓦斯在煤層中的流動為線性滲透時，即瓦斯流速與煤層中瓦斯壓力梯度成正比時，呈線性規(guī)律，符合達(dá)西定律。中國中瓦斯壓力梯度成正比時，呈線性規(guī)律，符合達(dá)西定律。中國礦業(yè)大學(xué)在實驗室中對用煤粉壓制的圓柱形人工煤樣進(jìn)行的大礦業(yè)大學(xué)在實驗室中對用煤粉壓制的圓柱形人工煤樣進(jìn)行的大量瓦斯?jié)B透試驗表明：瓦斯在孔隙直徑較大的煤樣中流動時，量瓦斯?jié)B透試驗表明：瓦斯在孔隙直徑較大的煤樣中流動時，完全服從達(dá)西定律。即：完全服從達(dá)西定律。即：式中式中 q比流量，比流量，m3/(m2d) 透氣系

23、數(shù)，；透氣系數(shù)，； P1入口處瓦斯壓力平方，入口處瓦斯壓力平方，MPa P2出口處瓦斯壓力平方，出口處瓦斯壓力平方，MPa2； L煤樣長度，煤樣長度，m。非非線性滲透線性滲透 當(dāng)雷諾數(shù)大于一定值以后，瓦斯在煤層中的流動即處于非線性當(dāng)雷諾數(shù)大于一定值以后，瓦斯在煤層中的流動即處于非線性滲流而不服從達(dá)西定律。在非線性滲流條件下，比流量與壓力差之滲流而不服從達(dá)西定律。在非線性滲流條件下，比流量與壓力差之間關(guān)系可用指數(shù)方程表示，即：間關(guān)系可用指數(shù)方程表示，即： 式中式中 qn在在n點的比流量點的比流量m3/(m2 d)； m滲透指數(shù)滲透指數(shù)m12； dP瓦斯壓力平方的差，瓦斯壓力平方的差， ； dn與

24、瓦斯流動方向一致的某一極小長度，與瓦斯流動方向一致的某一極小長度，m； 透氣系數(shù)，透氣系數(shù)， 。 當(dāng)當(dāng)m1時，上式與達(dá)西定律相同；當(dāng)時，上式與達(dá)西定律相同；當(dāng)m1時，表明隨著雷諾時，表明隨著雷諾數(shù)增大，流體流動時在轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)大、縮小等局部阻力處引起的壓力數(shù)增大，流體流動時在轉(zhuǎn)彎、擴(kuò)大、縮小等局部阻力處引起的壓力損耗增大，致使比流量損耗增大，致使比流量 降低，此時流體在多孔介質(zhì)中的流動就表現(xiàn)降低，此時流體在多孔介質(zhì)中的流動就表現(xiàn)為非線性滲流。為非線性滲流。1.3 瓦斯壓力測定的目的和意義瓦斯壓力測定的目的和意義 瓦斯的概念及來源；瓦斯的性質(zhì)；瓦斯的生成。瓦斯在煤層內(nèi)的存在狀態(tài)；煤層瓦斯賦存的垂向分

25、帶；煤對瓦斯的吸附特性 ；影響煤層瓦斯賦存及含量的主要因素。瓦斯在煤層中運(yùn)移的基本規(guī)律；煤層中瓦斯流動狀態(tài)分類。1.2.1 1.2.1 瓦斯的性質(zhì)瓦斯的性質(zhì)及生成及生成1.2.2 1.2.2 煤層瓦斯賦煤層瓦斯賦存存1.2.3 1.2.3 煤層瓦斯運(yùn)煤層瓦斯運(yùn)移的基本規(guī)律移的基本規(guī)律 1.3 瓦斯壓力測定的目的和意義瓦斯壓力測定的目的和意義煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力是指煤層中瓦是指煤層中瓦斯所具有的氣斯所具有的氣體壓力，由游體壓力，由游離瓦斯形成。離瓦斯形成。煤層瓦斯煤層瓦斯含量大小含量大小煤層瓦煤層瓦斯流動斯流動動力源動力源煤與瓦斯煤與瓦斯突出重要突出重要因素因素 評價瓦斯儲量、評價瓦斯儲量、

26、瓦斯涌出量、瓦斯流瓦斯涌出量、瓦斯流量量的重要依據(jù)。的重要依據(jù)。 瓦斯流動動力瓦斯流動動力高低以及瓦斯動力高低以及瓦斯動力現(xiàn)象的潛能大小的現(xiàn)象的潛能大小的基本參數(shù)。基本參數(shù)。 瓦斯抽采與瓦斯突出問題瓦斯抽采與瓦斯突出問題中，掌握準(zhǔn)確可靠的瓦斯壓力中，掌握準(zhǔn)確可靠的瓦斯壓力數(shù)據(jù)最為重要。數(shù)據(jù)最為重要。1.4 瓦斯壓力測定技術(shù)發(fā)展概況瓦斯壓力測定技術(shù)發(fā)展概況黃泥封孔；普通水泥漿封孔；膠囊-粘液封孔；膠圈-粘液封孔；聚氨酯泡沫封孔。煤層原始瓦斯含量法；煤層瓦斯涌出量法；殘余瓦斯含量法；測壓地點深度估算法。壓力測壓力測定方法定方法1.4.11.4.1 瓦瓦斯壓力直斯壓力直接測定法接測定法1.4.21.

27、4.2瓦斯瓦斯壓力間接壓力間接測定法測定法1、黃泥封孔、黃泥封孔1980年以前，國內(nèi)外常用固體材料進(jìn)行封孔。黃泥封孔是常年以前，國內(nèi)外常用固體材料進(jìn)行封孔。黃泥封孔是常見的固體材料封孔方法（尤其在石門測壓時）的一種。對于孔見的固體材料封孔方法（尤其在石門測壓時）的一種。對于孔深深510m，孔徑，孔徑5075mm，傾角不大的鉆孔均可采用該方法，傾角不大的鉆孔均可采用該方法進(jìn)行封孔。該方法以質(zhì)地致密、富于可塑性的半干的黃泥或水進(jìn)行封孔。該方法以質(zhì)地致密、富于可塑性的半干的黃泥或水泥團(tuán)為封孔材料。泥團(tuán)為封孔材料。1-壓力表；2-三通；3-木楔；4-測壓管；5-擋板；6-煤層圖4-1 黃泥封孔測壓簡圖

28、2、普通水泥漿封孔、普通水泥漿封孔水泥漿液封孔是早期固體材料封孔方法的一種。由于其特殊水泥漿液封孔是早期固體材料封孔方法的一種。由于其特殊的物性特征和成本較低等優(yōu)點，致使該方法一直延用至今。水的物性特征和成本較低等優(yōu)點，致使該方法一直延用至今。水泥漿液封孔是用水泥漿液代替黃泥和水泥團(tuán)作為封孔材料密封泥漿液封孔是用水泥漿液代替黃泥和水泥團(tuán)作為封孔材料密封鉆孔，待其凝固后，使用測壓管檢測煤層的瓦斯壓力。這種封鉆孔，待其凝固后，使用測壓管檢測煤層的瓦斯壓力。這種封孔方法適用于深度超過孔方法適用于深度超過15m，傾角，傾角45度以上的鉆孔。度以上的鉆孔。3、膠囊、膠囊-粘液封孔粘液封孔該封孔方法是用兩

29、個高壓注水膠囊作為封孔段的封閉端，再該封孔方法是用兩個高壓注水膠囊作為封孔段的封閉端，再向膠囊間的密封段內(nèi)注入密封液的封孔方法。密封液中較大粒向膠囊間的密封段內(nèi)注入密封液的封孔方法。密封液中較大粒徑的骨料在膠囊充水后的壓力下堵在較大裂隙中，阻止密封液徑的骨料在膠囊充水后的壓力下堵在較大裂隙中，阻止密封液在較大裂隙中的流失；較小粒徑的骨料一次充填在較大骨料之在較大裂隙中的流失；較小粒徑的骨料一次充填在較大骨料之間形成了一個骨料塞，密封液中的粘液在高壓作用下滲過骨料間形成了一個骨料塞，密封液中的粘液在高壓作用下滲過骨料進(jìn)入孔壁微裂隙中。進(jìn)入孔壁微裂隙中。4、膠圈、膠圈-粘液封孔粘液封孔1980年中

30、國礦業(yè)大學(xué)的周世寧教授等研制成功膠圈粘液封孔年中國礦業(yè)大學(xué)的周世寧教授等研制成功膠圈粘液封孔器。其結(jié)構(gòu)圖器。其結(jié)構(gòu)圖見下圖見下圖，用膠圈，用膠圈-粘液封孔器封孔的方法被稱為膠粘液封孔器封孔的方法被稱為膠圈圈-粘液封孔法。它的主要封孔原理是：以可膨脹伸縮的膠圈作粘液封孔法。它的主要封孔原理是：以可膨脹伸縮的膠圈作為封孔設(shè)備，用它封閉高壓粘液，再由高壓粘液封高壓瓦斯，為封孔設(shè)備，用它封閉高壓粘液，再由高壓粘液封高壓瓦斯，由壓力表測定瓦斯壓力。膠圈之間充入的高壓粘液，還可以封由壓力表測定瓦斯壓力。膠圈之間充入的高壓粘液，還可以封堵周邊巖石的裂隙。堵周邊巖石的裂隙。5、聚氨酯泡沫封孔、聚氨酯泡沫封孔聚

31、氨酯泡沫封孔是近些年來出現(xiàn)的一種新型封孔方法。它的聚氨酯泡沫封孔是近些年來出現(xiàn)的一種新型封孔方法。它的封孔原理是利用聚氨酯的快速膨脹凝固特性實現(xiàn)鉆孔的快速密封孔原理是利用聚氨酯的快速膨脹凝固特性實現(xiàn)鉆孔的快速密封。封。 各種封孔方法的使各種封孔方法的使用條件及優(yōu)缺點用條件及優(yōu)缺點1、煤層原始含量：、煤層原始含量：法測定方法及原理法測定方法及原理 現(xiàn)場鉆屑瓦斯解吸現(xiàn)場鉆屑瓦斯解吸測量測量 瓦斯解吸時間的確瓦斯解吸時間的確定定 瓦斯損失量的計算瓦斯損失量的計算 根據(jù)鉆屑解吸速率根據(jù)鉆屑解吸速率r0 推算瓦斯推算瓦斯 損失量損失量 瓦斯量換算瓦斯量換算殘采空回采掘QQQQQVQX/V煤層瓦斯涌出量法

32、這種方法一般只適用于無鄰近這種方法一般只適用于無鄰近煤層的單一煤層，其優(yōu)點在于根煤層的單一煤層，其優(yōu)點在于根據(jù)通風(fēng)報表即可得出煤層瓦斯壓據(jù)通風(fēng)報表即可得出煤層瓦斯壓力值，不需專門進(jìn)行測壓工作；力值，不需專門進(jìn)行測壓工作；但其缺點是極其粗略。但其缺點是極其粗略。參與瓦斯含量這種測定方法的優(yōu)點是井下操這種測定方法的優(yōu)點是井下操作較少，且可適用于煤層測壓；作較少，且可適用于煤層測壓；但它的缺點是實驗室內(nèi)工作量大但它的缺點是實驗室內(nèi)工作量大，同時煤結(jié)構(gòu)有變化，且同時煤結(jié)構(gòu)有變化，且t0時間準(zhǔn)時間準(zhǔn)確性需商榷等。確性需商榷等。在在巖芯管開始采樣前，取樣開巖芯管開始采樣前，取樣開始立即計時，取出煤樣后迅速

33、放始立即計時，取出煤樣后迅速放入密封罐中，記錄從取樣倒放入入密封罐中，記錄從取樣倒放入罐中的時間罐中的時間t0；然后再到實驗室；然后再到實驗室中測出沒有的剩余瓦斯含量。測中測出沒有的剩余瓦斯含量。測完后再充以瓦斯達(dá)到某一瓦斯壓完后再充以瓦斯達(dá)到某一瓦斯壓力后，突然釋放瓦斯，放散瓦斯力后，突然釋放瓦斯，放散瓦斯的時間與的時間與t0相同，然后又測其剩相同，然后又測其剩余瓦斯含量。如此變換瓦斯壓力余瓦斯含量。如此變換瓦斯壓力重復(fù)這一操作幾次，繪制出真實重復(fù)這一操作幾次，繪制出真實瓦斯壓力和放散瓦斯時間瓦斯壓力和放散瓦斯時間t0后的后的剩余瓦斯含量關(guān)系曲線剩余瓦斯含量關(guān)系曲線，求出真，求出真實的瓦斯壓

34、力。實的瓦斯壓力。測壓地點深度估算法測壓地點深度估算法根據(jù)已開采深度范圍內(nèi)瓦斯壓力與開采深度之間的關(guān)系，估根據(jù)已開采深度范圍內(nèi)瓦斯壓力與開采深度之間的關(guān)系，估計未知開采深度的瓦斯壓力值，其關(guān)系式為：計未知開采深度的瓦斯壓力值，其關(guān)系式為：式中式中 P距基表距基表H深處的瓦斯壓力，深處的瓦斯壓力，MPa； k常數(shù)，由統(tǒng)計分析或經(jīng)驗得到，應(yīng)由具體礦井確定；常數(shù)，由統(tǒng)計分析或經(jīng)驗得到，應(yīng)由具體礦井確定； H距地表的深度，距地表的深度，m。 這一估計方法和我國某些瓦斯礦井的情況相符；但是，由于這一估計方法和我國某些瓦斯礦井的情況相符；但是，由于瓦斯壓力和地質(zhì)條件密切聯(lián)系，因此該方法也僅可作為參考。瓦斯

35、壓力和地質(zhì)條件密切聯(lián)系，因此該方法也僅可作為參考。PkH1.5 瓦斯壓力測定國家標(biāo)準(zhǔn)瓦斯壓力測定國家標(biāo)準(zhǔn)煤層瓦斯自然滲透，測壓室煤層瓦斯自然滲透，測壓室內(nèi)平衡的瓦斯壓力。內(nèi)平衡的瓦斯壓力。按測壓方式；按測壓方式；按封孔材料。按封孔材料。測定地點的選擇；測定地點的選擇； 測定方法的選擇；測定方法的選擇；鉆孔施工；鉆孔施工；封孔施工；封孔施工；瓦斯壓力觀測與確定。瓦斯壓力觀測與確定。測壓規(guī)范測壓規(guī)范1.5.11.5.1 測測定原理定原理1.5.21.5.2測壓測壓方法分類方法分類1.5.31.5.3瓦斯瓦斯壓力測定壓力測定工藝工藝 通過鉆孔揭露煤層，安設(shè)測定儀通過鉆孔揭露煤層，安設(shè)測定儀表并密封鉆

36、孔，利用煤層中瓦斯的自表并密封鉆孔，利用煤層中瓦斯的自然滲透原理測定在鉆孔揭露處達(dá)到平然滲透原理測定在鉆孔揭露處達(dá)到平衡的瓦斯壓力。衡的瓦斯壓力。按測壓方式按封孔材料1. 主動測壓法主動測壓法 鉆孔封完孔后，通過鉆孔向鉆孔封完孔后，通過鉆孔向被測煤層充入補(bǔ)償氣體達(dá)到瓦被測煤層充入補(bǔ)償氣體達(dá)到瓦斯壓力平衡而測定煤層瓦斯壓斯壓力平衡而測定煤層瓦斯壓力的測壓方法。補(bǔ)償氣體可選力的測壓方法。補(bǔ)償氣體可選用高壓氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。用高壓氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。補(bǔ)償氣體的充氣壓力應(yīng)略高于補(bǔ)償氣體的充氣壓力應(yīng)略高于預(yù)計煤層瓦斯壓力。預(yù)計煤層瓦斯壓力。2. 被動測壓法被動測壓法 鉆孔封完孔后，通過被測煤鉆孔封完孔

37、后，通過被測煤層瓦斯的自然滲透，達(dá)到瓦斯層瓦斯的自然滲透，達(dá)到瓦斯壓力平衡而測定其瓦斯壓力的壓力平衡而測定其瓦斯壓力的測壓方法測壓方法。1. 黃泥、水泥封孔測壓法黃泥、水泥封孔測壓法 封孔材料為黃泥，水泥或黃泥水泥封孔材料為黃泥，水泥或黃泥水泥混合物，封孔方式為手工操作，主混合物，封孔方式為手工操作，主要適用于石門揭煤的瓦斯壓力測定。要適用于石門揭煤的瓦斯壓力測定。2. 膠囊一密封粘液封孔測壓法膠囊一密封粘液封孔測壓法 封孔材料為膠囊、密封粘液，封孔封孔材料為膠囊、密封粘液，封孔方式為手工操作。適用于松軟巖層方式為手工操作。適用于松軟巖層或煤巷瓦斯壓力測定。或煤巷瓦斯壓力測定。3. 注漿封孔測

38、壓法注漿封孔測壓法 封孔材料為膨脹不收縮水泥漿加粘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液，封孔方式為壓氣注漿器或泥漿泵注漿封孔。適用于井下各種條件泵注漿封孔。適用于井下各種條件下的瓦斯壓力測定，特別適用于近下的瓦斯壓力測定，特別適用于近距離煤層群分煤層的瓦斯壓力測定。距離煤層群分煤層的瓦斯壓力測定。 測壓處巖石堅硬、少裂隙，可采用黃泥、水泥封孔測壓法；測壓處巖石堅硬、少裂隙，可采用黃泥、水泥封孔測壓法；在松軟巖層及煤巷中測定煤層的瓦斯壓力時，鉆孔長度在松軟巖層及煤巷中測定煤層的瓦斯壓力時，鉆孔長度15m時應(yīng)采用膠囊一密封粘液封孔測壓法；鉆孔長度時應(yīng)采用膠囊一密封粘液封孔

39、測壓法；鉆孔長度15m時應(yīng)采時應(yīng)采用注漿封孔測壓法。豎井揭煤可采用注漿封孔測壓法；測定鄰用注漿封孔測壓法。豎井揭煤可采用注漿封孔測壓法；測定鄰近煤層的瓦斯壓力或煤層群分層測壓應(yīng)采用注漿封孔測壓法；近煤層的瓦斯壓力或煤層群分層測壓應(yīng)采用注漿封孔測壓法；測壓時間充足時，宜采用被動測壓法；測壓時間較短時，應(yīng)采測壓時間充足時，宜采用被動測壓法；測壓時間較短時，應(yīng)采用主動測壓法。用主動測壓法。 鉆孔的開孔位置應(yīng)選在巖石鉆孔的開孔位置應(yīng)選在巖石(煤壁煤壁)完整的位置。鉆孔施工完整的位置。鉆孔施工應(yīng)保證鉆孔平直、孔形完整，穿層測壓鉆孔宜穿煤層全厚。應(yīng)保證鉆孔平直、孔形完整，穿層測壓鉆孔宜穿煤層全厚。鉆孔施工

40、好后，應(yīng)立即清洗鉆孔，保證鉆孔暢通。在鉆孔施鉆孔施工好后，應(yīng)立即清洗鉆孔，保證鉆孔暢通。在鉆孔施工中應(yīng)準(zhǔn)確記錄鉆孔方位、傾角、長度、鉆孔開始見煤長度工中應(yīng)準(zhǔn)確記錄鉆孔方位、傾角、長度、鉆孔開始見煤長度及鉆孔在煤層中長度煤層厚度，鉆孔開鉆時間、見煤時間及及鉆孔在煤層中長度煤層厚度，鉆孔開鉆時間、見煤時間及鉆畢時間。鉆畢時間。要求要求要求要求同一地點應(yīng)打兩個測壓鉆孔，鉆孔口距離應(yīng)在其相互影響范圍同一地點應(yīng)打兩個測壓鉆孔，鉆孔口距離應(yīng)在其相互影響范圍外，其見煤點的距離除石門測壓外應(yīng)不小于外，其見煤點的距離除石門測壓外應(yīng)不小于20m；除在煤巷中；除在煤巷中測定本煤層瓦斯壓力外，測定地點應(yīng)選擇在石門或巖

41、巷中；鉆測定本煤層瓦斯壓力外，測定地點應(yīng)選擇在石門或巖巷中；鉆孔應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動影響范圍；測孔應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動影響范圍；測定煤層原始瓦斯壓力的見煤點應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道、定煤層原始瓦斯壓力的見煤點應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道、采動及抽放等的影響范圍；選擇瓦斯壓力測定地點應(yīng)保證有足采動及抽放等的影響范圍；選擇瓦斯壓力測定地點應(yīng)保證有足夠的封孔深度；瓦斯壓力測定地點宜選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，行人少夠的封孔深度；瓦斯壓力測定地點宜選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，行人少且便于安設(shè)保護(hù)柵欄的地方。且便于安設(shè)保護(hù)柵欄的地方。要求要求p主動測壓法應(yīng)每天觀測一次，被動測壓法主動測壓

42、法應(yīng)每天觀測一次，被動測壓法應(yīng)至少應(yīng)至少3天觀測一次。在觀測中發(fā)現(xiàn)瓦斯壓力天觀測一次。在觀測中發(fā)現(xiàn)瓦斯壓力值變化較大，則應(yīng)增加觀測次數(shù)。值變化較大，則應(yīng)增加觀測次數(shù)。p采用主動測壓法時，當(dāng)煤層的瓦斯壓力小采用主動測壓法時，當(dāng)煤層的瓦斯壓力小于于4MPa時需時需510d；當(dāng)煤層的瓦斯壓力大于；當(dāng)煤層的瓦斯壓力大于4MPa時，則需時，則需2040d；被動測壓法時，則；被動測壓法時，則視煤層的瓦斯壓力及透氣性大小的不同，需視煤層的瓦斯壓力及透氣性大小的不同，需30d以上。以上。p將觀測結(jié)果繪制在以時間（將觀測結(jié)果繪制在以時間（d）為橫坐標(biāo)，瓦斯）為橫坐標(biāo)，瓦斯壓力（壓力（MPa）為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上，

43、當(dāng)測壓時間）為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上，當(dāng)測壓時間達(dá)到規(guī)定時，如壓力變化小于達(dá)到規(guī)定時，如壓力變化小于0.005 MPa/d，測壓，測壓工作即可結(jié)束；對于上向測壓鉆孔，在結(jié)束測壓工作即可結(jié)束；對于上向測壓鉆孔，在結(jié)束測壓工作、撤卸表頭時工作、撤卸表頭時(撤表頭時應(yīng)制定相應(yīng)的安全措撤表頭時應(yīng)制定相應(yīng)的安全措施施)，應(yīng)測量從鉆孔中放出的水量，根據(jù)鉆孔參數(shù)、，應(yīng)測量從鉆孔中放出的水量，根據(jù)鉆孔參數(shù)、封孔參數(shù)計算出鉆孔水的靜水壓力，并從測定壓封孔參數(shù)計算出鉆孔水的靜水壓力，并從測定壓力中扣除。對水平及下向測壓孔則以測定值作為力中扣除。對水平及下向測壓孔則以測定值作為瓦斯壓力值；同一地點以最高瓦斯壓力作為測定瓦

44、斯壓力值；同一地點以最高瓦斯壓力作為測定結(jié)果。結(jié)果。封孔深度封孔深度A. 封孔深度應(yīng)超過鉆孔施工地點巷道的影響范圍，并滿足以封孔深度應(yīng)超過鉆孔施工地點巷道的影響范圍，并滿足以下要求：下要求：a) 黃泥、水泥封孔測壓法的封孔深度應(yīng)不小于黃泥、水泥封孔測壓法的封孔深度應(yīng)不小于5m；b) 膠囊膠囊-粘液封孔測定本煤層瓦斯壓力的封孔深度應(yīng)不小于粘液封孔測定本煤層瓦斯壓力的封孔深度應(yīng)不小于10m ；c) 注漿封孔測壓法的封孔深度不小于注漿封孔測壓法的封孔深度不小于12m，煤層群分層測壓，煤層群分層測壓時則應(yīng)封堵至被測煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板；時則應(yīng)封堵至被測煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板；d) 應(yīng)盡可能加長測

45、壓鉆孔的封孔深度。應(yīng)盡可能加長測壓鉆孔的封孔深度。B. 本煤層測壓孔封孔應(yīng)保證其測壓氣室長不小于本煤層測壓孔封孔應(yīng)保證其測壓氣室長不小于1.5 m，穿，穿層測壓孔的封孔不宜超過被測煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板。層測壓孔的封孔不宜超過被測煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板。要求要求要求要求測壓測壓難點難點淮北礦區(qū)煤層頂?shù)装寤幢钡V區(qū)煤層頂?shù)装搴畬虞^多且破碎巖層含水層較多且破碎巖層較為發(fā)育，封孔時易漏較為發(fā)育，封孔時易漏漿，影響封孔質(zhì)量漿，影響封孔質(zhì)量。斷層和破斷層和破碎巖層多碎巖層多。鉆孔出水會增鉆孔出水會增加封孔難度，影加封孔難度，影響封孔效果響封孔效果鉆孔出水會增鉆孔出水會增加封孔難度，影加封孔難度，影響

46、封孔效果響封孔效果淮北礦區(qū)煤層淮北礦區(qū)煤層頂?shù)装搴畬虞^頂?shù)装搴畬虞^多，地層中巖石多，地層中巖石含水較大。含水較大。1.7.1測壓地點選擇測壓地點選擇1.7.2測壓方法選擇測壓方法選擇1.7.3鉆孔施工鉆孔施工1.7.4封孔工藝封孔工藝l仰孔封孔工藝仰孔封孔工藝l俯孔封孔工藝俯孔封孔工藝1.7.5瓦斯壓力觀測瓦斯壓力觀測l裝表測壓及補(bǔ)充氮?dú)庋b表測壓及補(bǔ)充氮?dú)?l測壓管理測壓管理l瓦斯壓力觀測瓦斯壓力觀測l瓦斯壓力確定方法瓦斯壓力確定方法測壓地點選擇的原則測壓地點選擇的原則同一地點應(yīng)施工不少于兩個測壓鉆孔，鉆孔口距離應(yīng)在其相同一地點應(yīng)施工不少于兩個測壓鉆孔，鉆孔口距離應(yīng)在其相互影響范圍外，其見

47、煤點的距離除石門測壓外應(yīng)不小于互影響范圍外，其見煤點的距離除石門測壓外應(yīng)不小于20m。石門揭煤瓦斯壓力測定按防治煤與瓦斯突出規(guī)定石門揭煤瓦斯壓力測定按防治煤與瓦斯突出規(guī)定(簡稱規(guī)簡稱規(guī)定定)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。除在煤巷中測定本煤層瓦斯壓力外，測定地點應(yīng)選擇在石門除在煤巷中測定本煤層瓦斯壓力外，測定地點應(yīng)選擇在石門或巖巷中或巖巷中鉆孔應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動影響范圍。鉆孔應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動影響范圍。測定煤層原始瓦斯壓力的見煤點應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷測定煤層原始瓦斯壓力的見煤點應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道、采動及抽放等的影響范圍。道、采動及抽放等的

48、影響范圍。測壓地點選擇的原則測壓地點選擇的原則選擇瓦斯壓力測定地點應(yīng)保證有足夠的封孔深度。選擇瓦斯壓力測定地點應(yīng)保證有足夠的封孔深度。瓦斯壓力測定地點宜選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，行人少且便于安設(shè)保瓦斯壓力測定地點宜選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，行人少且便于安設(shè)保護(hù)柵欄的地方。護(hù)柵欄的地方。在煤層頂?shù)装鍩o含水層、構(gòu)造帶、裂隙帶的測壓處，可采用在煤層頂?shù)装鍩o含水層、構(gòu)造帶、裂隙帶的測壓處，可采用速凝膨脹水泥封孔測壓法。在煤層頂?shù)匕逵泻畬拥臏y壓處，速凝膨脹水泥封孔測壓法。在煤層頂?shù)匕逵泻畬拥臏y壓處，可采用全孔注漿可采用全孔注漿掃孔掃孔注水泥漿封孔測壓法。注水泥漿封孔測壓法。 開孔選擇開孔選擇75mm的鉆頭鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中要

49、及時根據(jù)鉆的鉆頭鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中要及時根據(jù)鉆屑特征判斷鉆孔地質(zhì)情況，參照地質(zhì)柱狀圖比對分析屑特征判斷鉆孔地質(zhì)情況，參照地質(zhì)柱狀圖比對分析鉆孔的實際地質(zhì)構(gòu)造；鉆孔的實際地質(zhì)構(gòu)造； 要準(zhǔn)確記錄鉆孔情況，包括鉆進(jìn)速度，有無卡鉆、抱要準(zhǔn)確記錄鉆孔情況，包括鉆進(jìn)速度，有無卡鉆、抱鉆、頂鉆等情況；鉆、頂鉆等情況； 要準(zhǔn)確記錄鉆孔見煤時間、見煤點、穿煤長度等參數(shù)；要準(zhǔn)確記錄鉆孔見煤時間、見煤點、穿煤長度等參數(shù)； 鉆孔應(yīng)穿過煤層頂板鉆孔應(yīng)穿過煤層頂板0.5m（仰角）或底板（仰角）或底板0.5m（俯（俯角）。如遇煤層頂、底板含水，鉆孔也可不穿透煤層，角）。如遇煤層頂、底板含水，鉆孔也可不穿透煤層，防止頂?shù)装逅M(jìn)入測

50、壓腔影響測壓準(zhǔn)確性。防止頂?shù)装逅M(jìn)入測壓腔影響測壓準(zhǔn)確性。鉆孔位置及鉆鉆孔位置及鉆孔參數(shù)確定孔參數(shù)確定 鉆孔施工鉆孔施工 鉆孔清理鉆孔清理根據(jù)預(yù)測壓地點的根據(jù)預(yù)測壓地點的地質(zhì)說明書地質(zhì)說明書編制鉆孔設(shè)計，鉆編制鉆孔設(shè)計，鉆孔設(shè)計必須明確開孔位置、方位、角度、鉆進(jìn)深度；孔設(shè)計必須明確開孔位置、方位、角度、鉆進(jìn)深度；終孔后退出鉆具，必要時利用壓風(fēng)進(jìn)行清孔，將孔內(nèi)終孔后退出鉆具，必要時利用壓風(fēng)進(jìn)行清孔，將孔內(nèi)水和鉆屑排出鉆孔。水和鉆屑排出鉆孔。 開孔選擇開孔選擇113mm鉆頭鉆進(jìn)鉆頭鉆進(jìn)68m深停止，退出鉆具；深停止，退出鉆具； 清理凈鉆屑后，將孔口管送入孔內(nèi)，用速凝水泥固定，清理凈鉆屑后，將孔口管

51、送入孔內(nèi)，用速凝水泥固定，外露長度外露長度100200mm，再用泥漿泵注入水泥漿（水：，再用泥漿泵注入水泥漿（水：水泥水泥1：1.5）加固孔口管（）加固孔口管（40的仰角孔在孔口管的仰角孔在孔口管和孔壁之間插入和孔壁之間插入4分鐵管注漿，分鐵管注漿，40仰角孔和俯角孔在仰角孔和俯角孔在孔口管內(nèi)注漿），對于直到孔口管外不再漏漿為止；孔口管內(nèi)注漿），對于直到孔口管外不再漏漿為止； 待加固孔口管的水泥漿凝固后（一般待加固孔口管的水泥漿凝固后（一般24h），用），用75mm鉆頭掃孔到鉆頭掃孔到6.5m處停止鉆進(jìn)，退出鉆具；處停止鉆進(jìn)，退出鉆具； 用注漿泵注水對孔口管做耐壓試驗（耐壓用注漿泵注水對孔口管

52、做耐壓試驗（耐壓8MPa，穩(wěn)定，穩(wěn)定時間時間10min），試驗合格方可繼續(xù)鉆進(jìn)。否則，重新注），試驗合格方可繼續(xù)鉆進(jìn)。否則，重新注漿加固，重新試驗，直至試驗合格；漿加固，重新試驗，直至試驗合格； 鉆孔施工到接近煤層時停止鉆進(jìn)，退出鉆具。將孔口管鉆孔施工到接近煤層時停止鉆進(jìn)，退出鉆具。將孔口管封堵，連接注漿泵，再次進(jìn)行耐壓試驗；封堵，連接注漿泵，再次進(jìn)行耐壓試驗；鉆孔位置及鉆鉆孔位置及鉆孔參數(shù)確定孔參數(shù)確定 鉆孔施工鉆孔施工根據(jù)預(yù)測壓地點的根據(jù)預(yù)測壓地點的地質(zhì)說明書地質(zhì)說明書編制鉆孔設(shè)計，鉆孔設(shè)編制鉆孔設(shè)計，鉆孔設(shè)計必須明確開孔位置、方位、角度、鉆進(jìn)深度；計必須明確開孔位置、方位、角度、鉆進(jìn)深度

53、； 試驗合格后，利用注漿泵向孔內(nèi)注入水泥漿（耐壓試驗合格后，利用注漿泵向孔內(nèi)注入水泥漿（耐壓8MPa，水泥漿配比為，水：水泥，水泥漿配比為，水：水泥1：0.51：1.5）；）； 待水泥漿凝固后（一般待水泥漿凝固后（一般24h），以原孔方位、角度進(jìn)行），以原孔方位、角度進(jìn)行掃孔，用掃孔，用75mm鉆頭鉆進(jìn)至接近煤層處；鉆頭鉆進(jìn)至接近煤層處； 退出鉆具退出鉆具30min后觀察孔口是否有水流出。如有則重復(fù)后觀察孔口是否有水流出。如有則重復(fù) 上兩步驟，直至孔口不流水；上兩步驟，直至孔口不流水； 確定堵水成功后，繼續(xù)用確定堵水成功后，繼續(xù)用75mm鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔應(yīng)穿鉆頭鉆進(jìn)，鉆孔應(yīng)穿過煤層頂板過煤層頂板

54、0.5m（仰角）或底板（仰角）或底板0.5m（俯角）。如遇（俯角）。如遇煤層頂、底板含水，鉆孔也可不穿透煤層，防止頂?shù)酌簩禹?、底板含水，鉆孔也可不穿透煤層，防止頂?shù)装逅M(jìn)入測壓腔影響測壓準(zhǔn)確性。板水進(jìn)入測壓腔影響測壓準(zhǔn)確性。 鉆孔施工鉆孔施工 耐壓實驗?zāi)蛪簩嶒灲K孔后退出鉆具，必要時利用壓風(fēng)進(jìn)行清孔，將孔內(nèi)水和終孔后退出鉆具，必要時利用壓風(fēng)進(jìn)行清孔，將孔內(nèi)水和鉆屑排出鉆孔。鉆屑排出鉆孔。仰孔打好后，如果孔內(nèi)沒有出水可以實施測壓管路鋪設(shè)并實施注漿封仰孔打好后，如果孔內(nèi)沒有出水可以實施測壓管路鋪設(shè)并實施注漿封孔。具體操作步驟為：孔。具體操作步驟為：管路鋪設(shè)管路鋪設(shè) 密封孔口密封孔口 注漿封孔注漿封孔

55、 安安裝壓力表裝壓力表具體封孔施工步驟如下：具體封孔施工步驟如下： 管路鋪設(shè)要在封孔之前管路鋪設(shè)要在封孔之前完成。鋪設(shè)的管路包括：完成。鋪設(shè)的管路包括：A型測壓管、檢查管型測壓管、檢查管（又稱回漿管）、注漿（又稱回漿管）、注漿管。它們分別完成測定管。它們分別完成測定瓦斯壓力、標(biāo)定漿液在瓦斯壓力、標(biāo)定漿液在孔內(nèi)位置、向孔內(nèi)注入孔內(nèi)位置、向孔內(nèi)注入漿液。見右圖。具體施漿液。見右圖。具體施工步驟如下：工步驟如下：仰孔封孔測壓示意圖仰孔封孔測壓示意圖 管路鋪設(shè)管路鋪設(shè)具體施工步驟如下：具體施工步驟如下：根據(jù)鉆孔深度確定測壓管、回漿管的長度。根據(jù)鉆孔深度確定測壓管、回漿管的長度。測壓管應(yīng)進(jìn)入煤層，回漿管

56、長度小于測壓管測壓管應(yīng)進(jìn)入煤層，回漿管長度小于測壓管0.5m0.5m；回漿管每段之間用直通連接；回漿管每段之間用直通連接；將測壓管用將測壓管用1212號鐵絲綁扎在回漿管上送入孔號鐵絲綁扎在回漿管上送入孔內(nèi)，每隔內(nèi)，每隔2m2m綁定一次，確保不發(fā)生滑移；綁定一次，確保不發(fā)生滑移；將測壓管和回漿管送到預(yù)定位置后外露長度將測壓管和回漿管送到預(yù)定位置后外露長度不小于不小于300mm300mm；將注漿管送入孔內(nèi)，外露長度不小于將注漿管送入孔內(nèi)，外露長度不小于300mm300mm。 密封孔口密封孔口將浸透水的速凝水泥塞入孔中，用木棍將將浸透水的速凝水泥塞入孔中，用木棍將其向孔深處塞實，進(jìn)入孔內(nèi)其向孔深處塞

57、實，進(jìn)入孔內(nèi)0.50.7m，固，固定好孔口。定好孔口。 注漿封孔注漿封孔注漿封孔：待速凝水泥凝固后，向孔內(nèi)注注漿封孔：待速凝水泥凝固后，向孔內(nèi)注漿進(jìn)行封孔。水泥漿配比（重量比）：漿進(jìn)行封孔。水泥漿配比（重量比）： 特特種膨脹水泥：水種膨脹水泥：水110：80。安裝壓力表安裝壓力表待水泥漿凝固后（一般待水泥漿凝固后（一般24h）。）。封孔材料主要有水泥、棉絮及水玻璃，見下圖，鉆孔具體封孔步驟如下：封孔材料主要有水泥、棉絮及水玻璃，見下圖，鉆孔具體封孔步驟如下：俯俯孔孔封封孔孔測測壓壓示示意意 圖圖管路鋪設(shè)灌漿封孔密封孔口安裝壓力表管路鋪設(shè)管路鋪設(shè)根據(jù)鉆孔深度確定測壓管長度。測壓管應(yīng)進(jìn)入煤層；根據(jù)

58、鉆孔深度確定測壓管長度。測壓管應(yīng)進(jìn)入煤層；距測壓管底端距測壓管底端3000mm位置包纏棉紗，按照逆時針方向圍位置包纏棉紗，按照逆時針方向圍繞測壓管纏繞，形成馬尾狀，大小以能通過孔徑為宜；繞測壓管纏繞，形成馬尾狀，大小以能通過孔徑為宜；將測壓管送入預(yù)定位置后順時針旋轉(zhuǎn)并反復(fù)抽拉至穩(wěn)固，將測壓管送入預(yù)定位置后順時針旋轉(zhuǎn)并反復(fù)抽拉至穩(wěn)固，外露長度不小于外露長度不小于300mm。密封孔口密封孔口將浸透水的速凝水泥塞入孔中，用木棍將其向孔深處塞實，將浸透水的速凝水泥塞入孔中，用木棍將其向孔深處塞實，進(jìn)入孔內(nèi)進(jìn)入孔內(nèi)0.50.7m，固定好孔口，固定好孔口 注漿封孔注漿封孔注漿封孔：待速凝水泥凝固后，向孔內(nèi)

59、注漿進(jìn)行封孔。水注漿封孔：待速凝水泥凝固后，向孔內(nèi)注漿進(jìn)行封孔。水泥漿配比（重量比）：泥漿配比（重量比）： 特種膨脹水泥：水特種膨脹水泥：水110：80。安裝壓力表安裝壓力表待水泥漿凝固后（一般待水泥漿凝固后（一般24h）。）。用高壓膠管作為測壓管時，需要使用高壓膠管作為測壓管時，需要使用配套的連接配件連接。壓力開關(guān)連用配套的連接配件連接。壓力開關(guān)連接在三通的一端（如上圖所示）主要接在三通的一端（如上圖所示）主要作用是：當(dāng)裝好壓力表后，管內(nèi)可能作用是：當(dāng)裝好壓力表后，管內(nèi)可能存在少許積水，影響測量結(jié)果。這時存在少許積水，影響測量結(jié)果。這時候可以打開壓力開關(guān)，將水放出。還候可以打開壓力開關(guān)，將水

60、放出。還可用來連接氮?dú)饣蚨趸间撈?，向可用來連接氮?dú)饣蚨趸间撈?，向測壓室內(nèi)充入氮?dú)?。測壓室內(nèi)充入氮?dú)?。注漿封孔完成后，將壓力表連接到注漿封孔完成后，將壓力表連接到測壓管路上；連接壓力表三通上的一測壓管路上；連接壓力表三通上的一端與一個壓力表開關(guān)相連（如下圖）；端與一個壓力表開關(guān)相連（如下圖）；將高壓氮?dú)怃撈亢蛪毫Ρ黹_關(guān)相連；將高壓氮?dú)怃撈亢蛪毫Ρ黹_關(guān)相連；打開氮?dú)怃撈亢蛪毫Ρ黹_關(guān)立刻向孔打開氮?dú)怃撈亢蛪毫Ρ黹_關(guān)立刻向孔內(nèi)注入氮?dú)猓ㄒ灶A(yù)估煤層瓦斯壓力的內(nèi)注入氮?dú)猓ㄒ灶A(yù)估煤層瓦斯壓力的1.21.2倍為宜），然后關(guān)閉壓力表開關(guān)倍為宜），然后關(guān)閉壓力表開關(guān)閥，停止注氮。閥，停止注氮。前期（前期（