矿井瓦斯基础理论及瓦斯压力测定

1、 第一章第一章 概述概述 煤层瓦斯压力是重要的瓦斯参数之一，瓦斯压力越大，煤层煤层瓦斯压力是重要的瓦斯参数之一，瓦斯压力越大，煤层瓦斯含量越大，煤与瓦斯突出危险性也越大。煤层瓦斯压力测瓦斯含量越大，煤与瓦斯突出危险性也越大。煤层瓦斯压力测定是煤矿的勘探和开采的重要工作之一。准确测定瓦斯压力，定是煤矿的勘探和开采的重要工作之一。准确测定瓦斯压力，对保证矿井安全生产具有重要意义。对保证矿井安全生产具有重要意义。 50多年来，淮北矿业集团下属的十几对煤矿，进行了大量的多年来，淮北矿业集团下属的十几对煤矿，进行了大量的煤层瓦斯压力的测定，积累了不少施工经验，也遇到了各种各煤层瓦斯压力的测定，积累了不少

2、施工经验，也遇到了各种各样的问题。经过不断的探索和创新，总结出了一套行之有效的样的问题。经过不断的探索和创新，总结出了一套行之有效的钻孔施工和封孔方法，解决了含水层和破碎岩层对瓦斯测压的钻孔施工和封孔方法，解决了含水层和破碎岩层对瓦斯测压的影响。影响。 本培训材料介绍了煤层瓦斯赋存和流动规律，强调了准确测本培训材料介绍了煤层瓦斯赋存和流动规律，强调了准确测定煤层瓦斯压力的重要意义，总结了前人煤层瓦斯压力测定工定煤层瓦斯压力的重要意义，总结了前人煤层瓦斯压力测定工艺，并对淮北矿业集团瓦斯压力测定的具体步骤、工序进行了艺，并对淮北矿业集团瓦斯压力测定的具体步骤、工序进行了详尽的说明。使煤层瓦斯压力

3、测定的过程的更加规范，从而确详尽的说明。使煤层瓦斯压力测定的过程的更加规范，从而确保瓦斯压力测量结果的准确性。保瓦斯压力测量结果的准确性。 第二章第二章 瓦斯在煤层中赋存及流动规律瓦斯在煤层中赋存及流动规律2.1瓦斯的性质及其生成瓦斯的性质及其生成l瓦斯的概念及来源瓦斯的概念及来源l瓦斯的性质瓦斯的性质l瓦斯的生成瓦斯的生成2.2煤层瓦斯赋存煤层瓦斯赋存l瓦斯在煤层内的存在状态瓦斯在煤层内的存在状态l煤层瓦斯赋存的垂向分带煤层瓦斯赋存的垂向分带l煤的吸附性能煤的吸附性能 l影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素2.3煤层瓦斯运移的基本规律煤层瓦斯运移的基本规律 l瓦斯

4、在煤层中运移的基本规律瓦斯在煤层中运移的基本规律l煤层中瓦斯流动状态分类煤层中瓦斯流动状态分类生物化学作用成气时期生物化学作用成气时期微生物OH3OHCCO8CH74269245106隔绝空气OHC（纤维素）（类烟煤）煤化变质作用成气煤化变质作用成气图图2-1煤化作用（碳含量煤化作用（碳含量83-92%）成气反应示意图成气反应示意图图图2-3各煤化阶段各煤化阶段 甲烷生成量曲线甲烷生成量曲线图图2-2腐质煤在煤化变质腐质煤在煤化变质阶段成气演化的一般模式阶段成气演化的一般模式 bpabpX1 式中式中 a吸附常数，表示在给定的温度下，单位质量固体的极限吸附量，对吸附常数，表示在给定的温度下，单

5、位质量固体的极限吸附量，对 煤体吸附瓦斯而言，该值一般为煤体吸附瓦斯而言，该值一般为1555m3/t； b吸附常数，一般为吸附常数，一般为0.55.0MPa1； p吸附平衡时的瓦斯压力，吸附平衡时的瓦斯压力，MPa； X在给定温度条件下，瓦斯压力为在给定温度条件下，瓦斯压力为P时单位质量固体表面吸附的瓦斯量时单位质量固体表面吸附的瓦斯量 温度每升高1，吸附瓦斯的能力降低约8。水分的增加使煤的吸附能力降低煤变质程度的影响 WXXdw31. 01 煤层和围岩的透气性煤层和围岩的透气性煤层倾角煤层倾角煤层露头煤层露头地质构造地质构造地质构造（地质构造（褶曲构造）地质构造（断层）地质构造（断层）火成岩

6、的侵入火成岩的侵入煤化程度煤化程度dndPq dndPq 第三章第三章 瓦斯压力测定的目的和意义瓦斯压力测定的目的和意义3.1煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力3.2瓦斯压力测定的目的瓦斯压力测定的目的 煤层瓦斯含量预测煤层瓦斯含量预测 瓦斯涌出量预测瓦斯涌出量预测 煤与瓦斯突出预测煤与瓦斯突出预测 dndPq 00/ TpVpTXy10010031. 0111)(000WAWebpabpTpVpTXXXttnXy式中式中X为煤的天然瓦斯含量为煤的天然瓦斯含量m3/t，其它符，其它符号意义同前。号意义同前。第四章第四章 瓦斯压力测定技术发展概况瓦斯压力测定技术发展概况4.1瓦斯压力直接测定法瓦斯压力直接

7、测定法l黄泥封孔黄泥封孔l普通水泥浆封孔普通水泥浆封孔l胶囊胶囊-粘液封孔粘液封孔l聚氨酯泡沫封孔聚氨酯泡沫封孔l特种膨胀水泥封孔法特种膨胀水泥封孔法4.2煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量l煤层原始瓦斯含量法煤层原始瓦斯含量法1-压力表；2-三通；3-木楔；4-测压管；5-挡板；6-煤层图4-1 黄泥封孔测压简图解吸瓦斯量按下式换算成保准条件解吸瓦斯量按下式换算成保准条件下体积：下体积： 式中式中 V0 标准状况下解吸瓦标准状况下解吸瓦斯体积，斯体积，mL； V量管内解吸瓦斯体积，量管内解吸瓦斯体积，mL； Pa测定地点大气压力，测定地点大气压力，Pa； t测定地点气温，测定地点气温，； Ps测定地点

8、气温下饱和水测定地点气温下饱和水蒸气压力，蒸气压力，Pa。解吸测定后的煤样送实验室进行真解吸测定后的煤样送实验室进行真空脱气与粉碎后再脱气测定煤体残空脱气与粉碎后再脱气测定煤体残余瓦斯体积，两次脱气的体积共为余瓦斯体积，两次脱气的体积共为V/。第五章第五章 瓦斯压力测定国家标准瓦斯压力测定国家标准5.1测定原理测定原理5.2测压方法分类测压方法分类l按测压方式按测压方式l按封孔材料按封孔材料5.3瓦斯压力测定工艺瓦斯压力测定工艺l测定地点的选择测定地点的选择 l测定方法的选择测定方法的选择l钻孔施工钻孔施工l封孔施工封孔施工l瓦斯压力观测与确定瓦斯压力观测与确定 通过钻孔揭露煤层，安设测定仪表

9、通过钻孔揭露煤层，安设测定仪表并密封钻孔，利用煤层中瓦斯的自然并密封钻孔，利用煤层中瓦斯的自然渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡的瓦斯压力。的瓦斯压力。1. 主动测压法主动测压法钻孔封完孔后，通过钻孔向被测煤钻孔封完孔后，通过钻孔向被测煤层充入补偿气体达到瓦斯压力平衡层充入补偿气体达到瓦斯压力平衡而测定煤层瓦斯压力的测压方法。而测定煤层瓦斯压力的测压方法。补偿气体可选用高压氮气或其他惰补偿气体可选用高压氮气或其他惰性气体。补偿气体的充气压力应略性气体。补偿气体的充气压力应略高于预计煤层瓦斯压力。高于预计煤层瓦斯压力。2. 被动测压法被动测压法钻孔封完孔后，通过被测

10、煤层瓦斯钻孔封完孔后，通过被测煤层瓦斯的自然渗透，达到瓦斯压力平衡而的自然渗透，达到瓦斯压力平衡而测定其瓦斯压力的测压方法。测定其瓦斯压力的测压方法。1. 黄泥、水泥封孔测压法黄泥、水泥封孔测压法封孔材料为黄泥，水泥或黄泥水泥混合物，封孔材料为黄泥，水泥或黄泥水泥混合物，封孔方式为手工操作，主要适用于石门揭封孔方式为手工操作，主要适用于石门揭煤的瓦斯压力测定。煤的瓦斯压力测定。2. 胶囊一密封粘液封孔测压法胶囊一密封粘液封孔测压法封孔材料为胶囊、密封粘液，封孔方式为封孔材料为胶囊、密封粘液，封孔方式为手工操作。适用于松软岩层或煤巷瓦斯压手工操作。适用于松软岩层或煤巷瓦斯压力测定。力测定。3.

11、注浆封孔测压法注浆封孔测压法封孔材料为膨胀不收缩水泥浆加粘液，封封孔材料为膨胀不收缩水泥浆加粘液，封孔方式为压气注浆器或泥浆泵注浆封孔。孔方式为压气注浆器或泥浆泵注浆封孔。适用于井下各种条件下的瓦斯压力测定，适用于井下各种条件下的瓦斯压力测定，特别适用于近距离煤层群分煤层的瓦斯压特别适用于近距离煤层群分煤层的瓦斯压力测定。力测定。 测压处岩石坚硬、少裂隙，可采用黄泥、水泥封孔测压法；测压处岩石坚硬、少裂隙，可采用黄泥、水泥封孔测压法；在松软岩层及煤巷中测定煤层的瓦斯压力时，钻孔长度在松软岩层及煤巷中测定煤层的瓦斯压力时，钻孔长度15m时应采用胶囊一密封粘液封孔测压法；钻孔长度时应采用胶囊一密封

12、粘液封孔测压法；钻孔长度15m时应采时应采用注浆封孔测压法。竖井揭煤可采用注浆封孔测压法；测定邻用注浆封孔测压法。竖井揭煤可采用注浆封孔测压法；测定邻近煤层的瓦斯压力或煤层群分层测压应采用注浆封孔测压法；近煤层的瓦斯压力或煤层群分层测压应采用注浆封孔测压法；测压时间充足时，宜采用被动测压法；测压时间较短时，应采测压时间充足时，宜采用被动测压法；测压时间较短时，应采用主动测压法。用主动测压法。 钻孔的开孔位置应选在岩石钻孔的开孔位置应选在岩石(煤壁煤壁)完整的位置。钻孔施工应保证完整的位置。钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，穿层测压钻孔宜穿煤层全厚。钻孔施工好后，钻孔平直、孔形完整，穿层测压钻孔

13、宜穿煤层全厚。钻孔施工好后，应立即清洗钻孔，保证钻孔畅通。在钻孔施工中应准确记录钻孔方应立即清洗钻孔，保证钻孔畅通。在钻孔施工中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长度及钻孔在煤层中长度煤层厚度，位、倾角、长度、钻孔开始见煤长度及钻孔在煤层中长度煤层厚度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间。钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间。要求要求要求要求同一地点应打两个测压钻孔，钻孔口距离应在其相互影响范围同一地点应打两个测压钻孔，钻孔口距离应在其相互影响范围外，其见煤点的距离除石门测压外应不小于外，其见煤点的距离除石门测压外应不小于20m；除在煤巷中；除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在

14、石门或岩巷中；钻测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中；钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；测孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；测定煤层原始瓦斯压力的见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道、定煤层原始瓦斯压力的见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道、采动及抽放等的影响范围；选择瓦斯压力测定地点应保证有足采动及抽放等的影响范围；选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度；瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少够的封孔深度；瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方。且便于安设保护栅栏的地方。要求要求p主动测压法应每天观测一次，被动测压法

15、主动测压法应每天观测一次，被动测压法应至少应至少3天观测一次。在观测中发现瓦斯压力天观测一次。在观测中发现瓦斯压力值变化较大，则应增加观测次数。值变化较大，则应增加观测次数。p采用主动测压法时，当煤层的瓦斯压力小采用主动测压法时，当煤层的瓦斯压力小于于4MPa时需时需510d；当煤层的瓦斯压力大于；当煤层的瓦斯压力大于4MPa时，则需时，则需2040d；被动测压法时，则；被动测压法时，则视煤层的瓦斯压力及透气性大小的不同，需视煤层的瓦斯压力及透气性大小的不同，需30d以上。以上。p将观测结果绘制在以时间（将观测结果绘制在以时间（d）为横坐标，瓦斯）为横坐标，瓦斯压力（压力（MPa）为纵坐标的坐

16、标图上，当测压时间）为纵坐标的坐标图上，当测压时间达到规定时，如压力变化小于达到规定时，如压力变化小于0.005 MPa/d，测压，测压工作即可结束；对于上向测压钻孔，在结束测压工作即可结束；对于上向测压钻孔，在结束测压工作、撤卸表头时工作、撤卸表头时(撤表头时应制定相应的安全措撤表头时应制定相应的安全措施施)，应测量从钻孔中放出的水量，根据钻孔参数、，应测量从钻孔中放出的水量，根据钻孔参数、封孔参数计算出钻孔水的静水压力，并从测定压封孔参数计算出钻孔水的静水压力，并从测定压力中扣除。对水平及下向测压孔则以测定值作为力中扣除。对水平及下向测压孔则以测定值作为瓦斯压力值；同一地点以最高瓦斯压力作

17、为测定瓦斯压力值；同一地点以最高瓦斯压力作为测定结果。结果。封孔深度封孔深度A. 封孔深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以封孔深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要求：下要求：a) 黄泥、水泥封孔测压法的封孔深度应不小于黄泥、水泥封孔测压法的封孔深度应不小于5m；b) 胶囊胶囊-粘液封孔测定本煤层瓦斯压力的封孔深度应不小于粘液封孔测定本煤层瓦斯压力的封孔深度应不小于10m ；c) 注浆封孔测压法的封孔深度不小于注浆封孔测压法的封孔深度不小于12m，煤层群分层测压，煤层群分层测压时则应封堵至被测煤层在钻孔侧的顶板或底板；时则应封堵至被测煤层在钻孔侧的顶板或底板；d) 应尽可

18、能加长测压钻孔的封孔深度。应尽可能加长测压钻孔的封孔深度。B. 本煤层测压孔封孔应保证其测压气室长不小于本煤层测压孔封孔应保证其测压气室长不小于1.5 m，穿，穿层测压孔的封孔不宜超过被测煤层在钻孔侧的顶板或底板。层测压孔的封孔不宜超过被测煤层在钻孔侧的顶板或底板。要求要求要求要求第六章第六章 淮北矿区瓦斯测压难点淮北矿区瓦斯测压难点p淮北矿区煤层顶底板含水层较多，地层中岩石含水较大。淮北矿区煤层顶底板含水层较多，地层中岩石含水较大。p断层和破碎岩层多。断层和破碎岩层多。p钻孔出水会对瓦斯测压带来两方面不利影响：钻孔出水会对瓦斯测压带来两方面不利影响： 钻孔出水会影响封孔效果，封孔设备放入孔内

19、困难，往往放不到孔内合适的钻孔出水会影响封孔效果，封孔设备放入孔内困难，往往放不到孔内合适的位置，封堵孔口时难度较大，密封质量难以保证，出水还会影响水泥浆液等封孔位置，封堵孔口时难度较大，密封质量难以保证，出水还会影响水泥浆液等封孔材料的凝固效果等。材料的凝固效果等。 钻孔有水会影响煤层瓦斯压力测量的准确性。如果含水层在原始条件下已经钻孔有水会影响煤层瓦斯压力测量的准确性。如果含水层在原始条件下已经与煤层相连通，表面水与瓦斯压力早已实现压力平衡，这时测出的水与瓦斯平衡与煤层相连通，表面水与瓦斯压力早已实现压力平衡，这时测出的水与瓦斯平衡压力即为原始瓦斯压力；当煤层与含水层之间具有良好的隔水层如

20、完整的粘土、压力即为原始瓦斯压力；当煤层与含水层之间具有良好的隔水层如完整的粘土、页岩、粉砂岩等时，因为水的压力与瓦斯压力未达平衡，此时测量出的压力不能页岩、粉砂岩等时，因为水的压力与瓦斯压力未达平衡，此时测量出的压力不能代表原始瓦斯压力；当水压高于瓦斯压力时，测出的瓦斯压力值将高于煤层真实代表原始瓦斯压力；当水压高于瓦斯压力时，测出的瓦斯压力值将高于煤层真实瓦斯压力。瓦斯压力。p淮北矿区煤层顶底板含水层较多且破碎岩层较为发育，给煤层瓦斯压力的测定淮北矿区煤层顶底板含水层较多且破碎岩层较为发育，给煤层瓦斯压力的测定带来了一定的困难。因此，有必要对煤层瓦斯压力测定方法进行探索与创新，在带来了一定

21、的困难。因此，有必要对煤层瓦斯压力测定方法进行探索与创新，在不同条件下选用合理的封孔测压工艺，克服以上困难，才能准确测出煤层真实的不同条件下选用合理的封孔测压工艺，克服以上困难，才能准确测出煤层真实的瓦斯压力。瓦斯压力。第七章第七章 瓦斯压力测定方法瓦斯压力测定方法7.1测压地点选择测压地点选择7.2钻孔施工钻孔施工l正常测压钻孔施工工序正常测压钻孔施工工序l遇含水层或破碎带时钻孔施工工序遇含水层或破碎带时钻孔施工工序7.3封孔工艺封孔工艺l仰孔封孔工艺仰孔封孔工艺l俯孔封孔工艺俯孔封孔工艺l近距离煤层群瓦斯压力测定方法近距离煤层群瓦斯压力测定方法7.4瓦斯压力观测瓦斯压力观测l装表测压及补充

22、氮气装表测压及补充氮气 l瓦斯压力观测瓦斯压力观测l瓦斯压力确定方法瓦斯压力确定方法7.5煤层透气性系数的测定煤层透气性系数的测定p 根据钻场地点和煤层位置，确定钻孔开口位置、钻孔角根据钻场地点和煤层位置，确定钻孔开口位置、钻孔角度、方位和深度等；度、方位和深度等；p 开孔后，一般选用开孔后，一般选用75mm的钻头钻进。钻进过程中，的钻头钻进。钻进过程中，及时根据钻屑判断钻孔地质情况，参照地质柱状图，比及时根据钻屑判断钻孔地质情况，参照地质柱状图，比对分析钻孔的实际地质构造；对分析钻孔的实际地质构造；p 孔时应及时记录钻孔情况，包括钻进尺度，有无卡钻、孔时应及时记录钻孔情况，包括钻进尺度，有无

23、卡钻、包钻、顶钻等情况；包钻、顶钻等情况；p 钻到煤层时，应及时记录见煤地点、见煤时间、煤层厚钻到煤层时，应及时记录见煤地点、见煤时间、煤层厚度、穿煤厚度等参数；度、穿煤厚度等参数；p 一般钻孔应穿过煤层一般钻孔应穿过煤层0.5m为终孔位置。（如遇煤层直为终孔位置。（如遇煤层直接顶含水，钻孔也可不穿透煤层，防止顶板水影响瓦斯接顶含水，钻孔也可不穿透煤层，防止顶板水影响瓦斯压力测定。）压力测定。）直接钻孔穿过煤层施工方案，主要针对煤层周围没有地质构造，岩层直接钻孔穿过煤层施工方案，主要针对煤层周围没有地质构造，岩层稳定完整，岩层无淋水等而设计的钻孔施工方案。具体的施工工序如稳定完整，岩层无淋水等

24、而设计的钻孔施工方案。具体的施工工序如下：下：钻孔位置及钻钻孔位置及钻孔参数确定孔参数确定 钻孔施工钻孔施工钻孔清理钻孔清理p根据钻场地点和煤层位置，确定钻孔开口位置、钻孔根据钻场地点和煤层位置，确定钻孔开口位置、钻孔角度、方位和深度等；角度、方位和深度等；p钻孔终孔后退出钻杆，钻孔终孔后退出钻杆，必要时要进行钻孔清孔。必要时要进行钻孔清孔。n扫净孔内岩屑后，将扫净孔内岩屑后，将108mm带法兰盘的孔口管送进孔内，孔口管露出钻带法兰盘的孔口管送进孔内，孔口管露出钻孔外长度孔外长度100300mm左右为宜；左右为宜；先用木楔、棉纱、快硬水泥把孔口管固定好，再用水泥浆（水：水泥先用木楔、棉纱、快硬

25、水泥把孔口管固定好，再用水泥浆（水：水泥1：1.5）加固孔口管；对于）加固孔口管；对于40以上的仰孔，在孔壁和孔口管之间插入以上的仰孔，在孔壁和孔口管之间插入4分铁管，分铁管，采用外壁注浆；采用外壁注浆；40以下仰孔及俯孔采用孔内注浆，将孔口管外端加上法兰以下仰孔及俯孔采用孔内注浆，将孔口管外端加上法兰盘向孔内注浆，直到孔口管外不再漏浆为止；盘向孔内注浆，直到孔口管外不再漏浆为止；根据地质资料判断钻孔位置可能要穿过破碎带，软煤层或含水层时，需要安设注根据地质资料判断钻孔位置可能要穿过破碎带，软煤层或含水层时，需要安设注浆加固孔口管，以便对孔内的破碎带、渗水岩层进行注浆封堵施工作准备。这种浆加固

26、孔口管，以便对孔内的破碎带、渗水岩层进行注浆封堵施工作准备。这种施工方案主要为处理钻孔经过岩层破碎带，孔壁渗水等情况，减小由此对钻孔钻施工方案主要为处理钻孔经过岩层破碎带，孔壁渗水等情况，减小由此对钻孔钻进和封孔测压造成的影响。进和封孔测压造成的影响。具体施工工序如下：具体施工工序如下：初次钻进初次钻进固定孔口固定孔口 初次扫孔初次扫孔初次试压初次试压p选好开孔位置后，选用选好开孔位置后，选用113mm钻头钻进钻头钻进56m深停止，退出钻杆；深停止，退出钻杆；p用注浆泵注水对孔口管做耐压试验。要求孔口管耐压用注浆泵注水对孔口管做耐压试验。要求孔口管耐压8MPa，耐压稳定，耐压稳定时间不少于时间

27、不少于10min；n待加固孔口管的水泥浆液凝固待加固孔口管的水泥浆液凝固2448小时后，用小时后，用75mm钻头扫孔到钻头扫孔到6.5m处停止钻进，退出钻杆；处停止钻进，退出钻杆；p待水泥浆充分凝固后，以原孔（轴心）为中心通过扫孔，二次施工待水泥浆充分凝固后，以原孔（轴心）为中心通过扫孔，二次施工小孔径（一般为小孔径（一般为75mm）至接近煤层处；）至接近煤层处；p退钻观察孔口是否有水流出或渗出退钻观察孔口是否有水流出或渗出30min。如果仍旧有水则需重复上。如果仍旧有水则需重复上面步骤，直至孔口不出水为止；面步骤，直至孔口不出水为止；p确定堵水成功后，继续钻孔施工至穿透煤层确定堵水成功后，继

28、续钻孔施工至穿透煤层0.5m终孔（如果煤层直终孔（如果煤层直接顶含水，钻孔也可以不穿透煤层进入顶板）。接顶含水，钻孔也可以不穿透煤层进入顶板）。继续钻进继续钻进再次试压再次试压 注浆注浆二次扫孔二次扫孔p耐压试验合格方可钻进，不合格则须重新注浆加固，重新耐压实耐压试验合格方可钻进，不合格则须重新注浆加固，重新耐压实验，直至孔口管耐压试验合格；验，直至孔口管耐压试验合格；p孔口管耐压实验合格后，用孔口管耐压实验合格后，用75mm钻头继续钻进；钻头继续钻进；p钻孔施工到接近煤层时停钻，退出钻杆。注意不要钻入煤层；钻孔施工到接近煤层时停钻，退出钻杆。注意不要钻入煤层；p孔口管接上法兰盘，再次试压；孔

29、口管接上法兰盘，再次试压；p根据钻孔大小和钻孔深度，确定注入水泥浆液的量；根据钻孔大小和钻孔深度，确定注入水泥浆液的量；p试压合格后，利用高压注浆泵向孔内注入水泥浆填满整个钻孔。注浆试压合格后，利用高压注浆泵向孔内注入水泥浆填满整个钻孔。注浆堵水压力不小于堵水压力不小于8 MPa。水泥浆配比为，水：水泥。水泥浆配比为，水：水泥1：0.51：1.5。水。水泥浆浓度可逐渐增加，初期用清水或稀水泥浆冲开裂隙通道；泥浆浓度可逐渐增加，初期用清水或稀水泥浆冲开裂隙通道；仰孔打好后，如果孔内没有出水可以实施测压管路铺设并实施注浆封仰孔打好后，如果孔内没有出水可以实施测压管路铺设并实施注浆封孔。具体操作步骤

30、为：孔。具体操作步骤为：管路铺设管路铺设 密封孔口密封孔口 注浆封孔。注浆封孔。具体封孔施工步骤如下：具体封孔施工步骤如下： 管路铺设要在封孔管路铺设要在封孔之前完成。铺设的之前完成。铺设的管路包括：测压管、管路包括：测压管、检查管（又称回浆检查管（又称回浆管）、注浆管。它管）、注浆管。它们分别完成测定瓦们分别完成测定瓦斯压力、标定浆液斯压力、标定浆液在孔内位置、向孔在孔内位置、向孔内注入浆液。如图内注入浆液。如图7-2所示。具体施工步所示。具体施工步骤如下：骤如下：图图7-2 仰孔封孔测压示意图仰孔封孔测压示意图 管路铺设管路铺设p回浆管为外径为回浆管为外径为20mm的的PVC塑料管。每段长

31、度为塑料管。每段长度为2m（根据巷道宽度而定），（根据巷道宽度而定），用两通连接；用两通连接；p在距离回浆管顶端在距离回浆管顶端4m的位置，的位置，PVC管连接处改用一个三通连接（如图管连接处改用一个三通连接（如图7-3），），使得注入的浆液到达此处时由三通返回孔口，起到检查注浆位置的作用；使得注入的浆液到达此处时由三通返回孔口，起到检查注浆位置的作用；p将测压胶管用铁丝绑扎在回浆管上送入孔内。测压管顶端要略微超过检查管顶将测压胶管用铁丝绑扎在回浆管上送入孔内。测压管顶端要略微超过检查管顶端（端（100mm左右），防止浆液进入测压管内；左右），防止浆液进入测压管内；p每送入一段（每送入一段（2

32、3m）回浆管和测压管，用铁丝绑定一次，使测压管与回浆管）回浆管和测压管，用铁丝绑定一次，使测压管与回浆管不发生滑移；不发生滑移；p将测压管和回浆管送到位置时，须保证两根管路在孔外露出足够长度（不小于将测压管和回浆管送到位置时，须保证两根管路在孔外露出足够长度（不小于300mm），以便后续装表操作；），以便后续装表操作；p打好钻孔后，根据钻孔长度确定送入孔内测压管和回浆管的长度；打好钻孔后，根据钻孔长度确定送入孔内测压管和回浆管的长度；p测压管是内径为测压管是内径为5mm的耐高压胶管。测压管顶端的耐高压胶管。测压管顶端500mm范围内的管壁上开一些范围内的管壁上开一些小孔，并包裹小孔，并包裹80

33、目的铁砂网，防止碎煤屑堵塞气孔；目的铁砂网，防止碎煤屑堵塞气孔；测压管测压管具体施工步骤如下：具体施工步骤如下：向孔口放入向孔口放入1m长的注浆管，同样露出孔口长的注浆管，同样露出孔口300mm为宜；为宜；向孔口内塞入木楔，固定管路。向孔口内塞入木楔，固定管路。回浆管注浆管注浆管 如果钻孔周边岩石没有裂隙，注浆施工步骤如下：如果钻孔周边岩石没有裂隙，注浆施工步骤如下： p 利用注浆泵，向孔内注入水泥浆液；利用注浆泵，向孔内注入水泥浆液；p如果孔口周围没有较大裂隙，浆液会很快达到回浆管的位置，从回浆管返回至孔如果孔口周围没有较大裂隙，浆液会很快达到回浆管的位置，从回浆管返回至孔口；口；p发现回浆

34、管口有浆液返回时，可立即关闭回浆管阀门，停止注浆；发现回浆管口有浆液返回时，可立即关闭回浆管阀门，停止注浆；p等待水泥浆液凝固（一般等待水泥浆液凝固（一般24h）后可以装压力表。）后可以装压力表。 密封孔口密封孔口完成管路铺设后，需要对钻孔孔口部位进行密封加固工作。首先将浸透水的快干水泥卷完成管路铺设后，需要对钻孔孔口部位进行密封加固工作。首先将浸透水的快干水泥卷塞入孔中，用木棍将其尽量向孔深处捣实，直至孔口。塞入孔中，用木棍将其尽量向孔深处捣实，直至孔口。 注浆封孔注浆封孔 密封孔口完成后，向孔内注入特种水泥浆液。密封孔口完成后，向孔内注入特种水泥浆液。 水泥浆的组成配比（重量比）可按如下两

35、种配比配制：水泥浆的组成配比（重量比）可按如下两种配比配制： 特种水泥：水特种水泥：水110：80： 注浆时水泥浆液不宜过稠或过稀，以用手捞出时浆液呈线状液滴为宜。注浆时水泥浆液不宜过稠或过稀，以用手捞出时浆液呈线状液滴为宜。u如果钻孔周边岩石有裂隙，注浆时周围出现漏浆时，应采取间歇式注浆，如果钻孔周边岩石有裂隙，注浆时周围出现漏浆时，应采取间歇式注浆，其施工步骤如下：其施工步骤如下：p 若孔口周边有明显裂隙，注浆时浆液会从孔口周围岩石的裂隙中漏出；这若孔口周边有明显裂隙，注浆时浆液会从孔口周围岩石的裂隙中漏出；这时先停止注浆；时先停止注浆；p向水泥浆液中掺混木屑或细沙，也可加入少量的粘稠剂（

36、如水玻璃）等，向水泥浆液中掺混木屑或细沙，也可加入少量的粘稠剂（如水玻璃）等，并搅拌均匀；并搅拌均匀；p 实施间歇式注浆，每隔实施间歇式注浆，每隔23分钟注一次浆，每次注浆量视周边裂隙发育情分钟注一次浆，每次注浆量视周边裂隙发育情况而定。一般注浆到周边裂隙开始连续漏浆为止；况而定。一般注浆到周边裂隙开始连续漏浆为止；p间歇注浆至周边裂隙不再有浆液漏浆时，可实施连续注浆至回浆管回浆为间歇注浆至周边裂隙不再有浆液漏浆时，可实施连续注浆至回浆管回浆为止；止；p回浆管返回浆液后，停止注浆泵，关闭注浆管球形阀，注浆施工完毕。回浆管返回浆液后，停止注浆泵，关闭注浆管球形阀，注浆施工完毕。p水泥浆液内掺入细

37、沙、木屑和粘稠剂等，实施间歇式注浆，可以有效使浆水泥浆液内掺入细沙、木屑和粘稠剂等，实施间歇式注浆，可以有效使浆液渗入周边裂隙中并凝固堵住周边裂隙。液渗入周边裂隙中并凝固堵住周边裂隙。封孔材料主要有水泥、棉絮及水玻璃，如图封孔材料主要有水泥、棉絮及水玻璃，如图7-4，钻孔具体封孔步骤如下：，钻孔具体封孔步骤如下：图图7-4 俯俯孔孔封封孔孔测测压压示示意意 图图钻孔施工钻孔施工 排水排渣排水排渣 包缠棉絮线、包缠棉絮线、连接管路连接管路 封孔封孔 钻孔具体封孔步骤如下：钻孔具体封孔步骤如下：1）钻孔施工：）钻孔施工：钻孔的开孔位置应钻孔的开孔位置应选择在岩石完整的位置；钻孔施工选择在岩石完整的

38、位置；钻孔施工应严格按设计钻孔参数进行，并保应严格按设计钻孔参数进行，并保证钻孔平直、孔形完整，穿透被测证钻孔平直、孔形完整，穿透被测煤层。在钻孔施工中，应准确记录煤层。在钻孔施工中，应准确记录钻孔参数、钻孔见煤深度，煤层厚钻孔参数、钻孔见煤深度，煤层厚度，以及钻孔开孔时间、见煤时间度，以及钻孔开孔时间、见煤时间及结束时间。及结束时间。2）排水排渣：排水排渣：将将4分测压铁管连分测压铁管连接并送入钻孔底部，利用压风将孔接并送入钻孔底部，利用压风将孔内水、煤渣和岩渣排出钻孔。排水内水、煤渣和岩渣排出钻孔。排水排渣时，应反复抽送直管，以将孔排渣时，应反复抽送直管，以将孔内的水和渣排出干净。内的水和

39、渣排出干净。3）包缠棉絮线、连接管路：）包缠棉絮线、连接管路：排水排渣排水排渣后，取出测压管，将后，取出测压管，将2m长的花管伸入钻孔，长的花管伸入钻孔，花管上端连接测压铁管，联接处包缠棉絮花管上端连接测压铁管，联接处包缠棉絮线（棉絮线尽量松散，以便将孔底端缠绕线（棉絮线尽量松散，以便将孔底端缠绕固定）。包缠的棉絮线不宜过厚，沿直管固定）。包缠的棉絮线不宜过厚，沿直管包缠以能通过孔径为宜。包缠以能通过孔径为宜。4）封孔：）封孔：将测压管送入钻孔底部，旋转并反将测压管送入钻孔底部，旋转并反复抽拉测压管，使处在孔底部的棉絮线能够缠复抽拉测压管，使处在孔底部的棉絮线能够缠绕包裹充填其所在的孔截面。判

40、断直管抽拉不绕包裹充填其所在的孔截面。判断直管抽拉不动的时候，开始配制水泥浆液（水泥浆液的配动的时候，开始配制水泥浆液（水泥浆液的配比：水泥：水：水玻璃比：水泥：水：水玻璃=5：6：1，或水泥浆液，或水泥浆液的配比：水泥：速凝剂：水的配比：水泥：速凝剂：水=25：1：35），开），开始先配制较稠的浆液，并迅速将和好的水泥浆始先配制较稠的浆液，并迅速将和好的水泥浆液倒入钻孔，然后配制正常浆液注入钻孔，直液倒入钻孔，然后配制正常浆液注入钻孔，直到钻孔外段只剩到钻孔外段只剩0.5m时停止，将准备好的快干时停止，将准备好的快干水泥卷或锚固剂填入孔口，再用湿的水泥卷将水泥卷或锚固剂填入孔口，再用湿的水泥

41、卷将孔口塞实，撒上干水泥粉，固定好孔口。孔口塞实，撒上干水泥粉，固定好孔口。 封孔完毕等待一段时间封孔完毕等待一段时间后，可进行装表测压。水泥后，可进行装表测压。水泥封孔需等待水泥浆液凝固封孔需等待水泥浆液凝固24小时后，方可装表测压。用小时后，方可装表测压。用高压胶管作为测压管时，需高压胶管作为测压管时，需要使用配套的连接配件连接。要使用配套的连接配件连接。如图如图7-6。 压力开关连接在三通压力开关连接在三通的一端（如图的一端（如图7-6所示）。所示）。其主要作用是：当装好压其主要作用是：当装好压力表后，管内可能存在少力表后，管内可能存在少许积水，影响测量结果。许积水，影响测量结果。这时候

42、可以打开压力开关，这时候可以打开压力开关，将水放出。将水放出。 还可用来连接氮气或二氧化碳钢瓶，还可用来连接氮气或二氧化碳钢瓶，向测压室内充入氮气，提高测压速向测压室内充入氮气，提高测压速度。度。p 注浆封孔完成后，按图注浆封孔完成后，按图7-6将压力将压力表连接到测压管路上；表连接到测压管路上；p 连接压力表三通上的一端与一个连接压力表三通上的一端与一个压力表开关相连（如图压力表开关相连（如图7-7）。）。p 高压胶管将高压氮气钢瓶和压力高压胶管将高压氮气钢瓶和压力表开关相连。高压胶管与管件的连表开关相连。高压胶管与管件的连接都通过螺纹挤压实现密封连接，接都通过螺纹挤压实现密封连接，保证在一

43、定气体压力下连接处不会保证在一定气体压力下连接处不会出现漏气；出现漏气；p 随后打开氮气钢瓶和压力表开关随后打开氮气钢瓶和压力表开关立刻向孔内释放氮气。注入氮气压立刻向孔内释放氮气。注入氮气压力一般以力一般以34MPa为宜，然后关为宜，然后关闭压力表开关阀，停止注氮。闭压力表开关阀，停止注氮。 应每天观测压力一次。初期一小班一次，后期每三天观测一次。应每天观测压力一次。初期一小班一次，后期每三天观测一次。在观测中发现瓦斯压力值变化较大，则应增加观测次数。在观测中发现瓦斯压力值变化较大，则应增加观测次数。瓦斯压力记录表的格式如表瓦斯压力记录表的格式如表7-1。a) 将观测结果绘制在以时将观测结果

44、绘制在以时间（间（d）为横坐标，瓦斯压）为横坐标，瓦斯压力（力（MPa）为纵坐标的坐标）为纵坐标的坐标图上，当测压时间达到的规图上，当测压时间达到的规定，如压力变化小于定，如压力变化小于0.005 MPa/d，测压工作即可结束；，测压工作即可结束；b）分析瓦斯压力分析瓦斯压力时间曲线，时间曲线，正常的情况应该是瓦斯压力逐正常的情况应该是瓦斯压力逐渐上升，在数天后达到稳定值，渐上升，在数天后达到稳定值，该值为真实的煤层瓦斯压力；该值为真实的煤层瓦斯压力；如果瓦斯压力上升很快，在不如果瓦斯压力上升很快，在不到一天的时间就达到稳定，并到一天的时间就达到稳定，并且钻孔有水，则可能是含水层且钻孔有水，则

45、可能是含水层承压水压力，不是真正的煤层承压水压力，不是真正的煤层瓦斯压力。瓦斯压力。c) 同一地点以最高瓦斯压力作为测定结果。同一地点以最高瓦斯压力作为测定结果。 煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志，是评价煤层瓦斯抽放难易煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志，是评价煤层瓦斯抽放难易程度和瓦斯突出防治的重要技术参数。可采用径向流量法测定煤层透气性系数。程度和瓦斯突出防治的重要技术参数。可采用径向流量法测定煤层透气性系数。 钻孔径向流量法测定煤层透气性系数的具体做法是：首先垂直煤层打一贯穿煤钻孔径向流量法测定煤层透气性系数的具体做法是：首先垂直煤层打一贯穿煤层的钻孔，密封钻孔并利用测

46、压仪测出煤层原始瓦斯压力。测完压力后，打开阀层的钻孔，密封钻孔并利用测压仪测出煤层原始瓦斯压力。测完压力后，打开阀门，使钻孔内压力降至大气压力，测出各个时刻钻孔自然瓦斯排放量，代入上述门，使钻孔内压力降至大气压力，测出各个时刻钻孔自然瓦斯排放量，代入上述相关公式，求出煤层透气性系数值。在实际测定中，钻孔径向流量法的测定要求相关公式，求出煤层透气性系数值。在实际测定中，钻孔径向流量法的测定要求在降压排瓦斯后的几天内进行，尽量延长测定时间，使流场扩大，测出来的值逐在降压排瓦斯后的几天内进行，尽量延长测定时间，使流场扩大，测出来的值逐渐稳定，最后取其稳定值作为测定地点煤层透气性系数。渐稳定，最后取其

47、稳定值作为测定地点煤层透气性系数。瓦斯流量记录如表瓦斯流量记录如表7-2所示。根据瓦斯流量所示。根据瓦斯流量测定结果即可计算得测定结果即可计算得出煤层透气性系数，出煤层透气性系数，如表如表7-3所示。所示。第八章第八章 资料汇总资料汇总8.1采区概况及测点布置采区概况及测点布置8.2测压钻孔设计测压钻孔设计8.3钻孔封孔施工记录钻孔封孔施工记录8.4瓦斯压力测量和记录瓦斯压力测量和记录8.5 瓦斯压力测定结果瓦斯压力测定结果 分析汇总分析汇总8.6煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量8.7煤层透气性系数煤层透气性系数8.8煤层百米钻孔瓦煤层百米钻孔瓦 斯流量衰减系数斯流量衰减系数8.9煤层可抽性分析煤层可

48、抽性分析8.10瓦斯涌出量预测瓦斯涌出量预测l回采工作面瓦斯涌出量预测回采工作面瓦斯涌出量预测 l掘进工作面瓦斯涌出量预测 8.11 突出参数及突出突出参数及突出危险性预测危险性预测 测压工作开始前，需叙测压工作开始前，需叙述采区地质概况、巷道布述采区地质概况、巷道布置、采煤工作面概况。根置、采煤工作面概况。根据测压地点选择原则，合据测压地点选择原则，合理布置测点。并将测压钻理布置测点。并将测压钻场及钻孔绘于测压地点示场及钻孔绘于测压地点示意图，如图意图，如图8-1为某矿测为某矿测压地点示意图。压地点示意图。图图8-1 测压地点示意图测压地点示意图 施工测压钻孔前需根据施工测压钻孔前需根据巷道

49、布局情况提前设计出巷道布局情况提前设计出钻孔参数，钻孔参数包括：钻孔参数，钻孔参数包括：钻孔开孔位置、钻孔孔径、钻孔开孔位置、钻孔孔径、钻孔倾角、钻孔方位角、钻孔倾角、钻孔方位角、钻孔孔深、见煤标高、封钻孔孔深、见煤标高、封孔深度等。如表孔深度等。如表8-1所示。所示。钻孔资料还应包括钻孔应钻孔资料还应包括钻孔应穿过岩层和煤层的柱状图，穿过岩层和煤层的柱状图，预测见煤深度等。某矿煤预测见煤深度等。某矿煤层柱状图如图层柱状图如图8-2所示。所示。 钻孔施工过程中需仔细对照钻孔岩性柱状图，观测出水情况，钻孔施工过程中需仔细对照钻孔岩性柱状图，观测出水情况，为下一步的钻孔封孔提供准确预判。其施工记录

50、及封孔记录可为下一步的钻孔封孔提供准确预判。其施工记录及封孔记录可按表按表8-2及表及表8-3、8-4来执行。来执行。 钻孔在封孔后前一星期内每天观测并记录压力表读数和观测的钻孔在封孔后前一星期内每天观测并记录压力表读数和观测的时间，以后每时间，以后每3天观测一次。直至瓦斯压力稳定为止。如表天观测一次。直至瓦斯压力稳定为止。如表8-5所示，并绘出某矿压力随时间的变化曲线，格式如图所示，并绘出某矿压力随时间的变化曲线，格式如图8-3所示。所示。 将各钻孔的测压结果进行汇总见表将各钻孔的测压结果进行汇总见表8-6，并对测压结果进行分，并对测压结果进行分析，根据压力表示数随时间的变化曲线可以判定测压

51、结果的准析，根据压力表示数随时间的变化曲线可以判定测压结果的准确性，利用准确可靠的测压结果绘制出某矿煤层瓦斯压力与见确性，利用准确可靠的测压结果绘制出某矿煤层瓦斯压力与见煤标高的关系曲线，如图煤标高的关系曲线，如图8-4所示。所示。baHp图图8-4 煤层煤层瓦斯压力与瓦斯压力与见煤标高的见煤标高的关系曲线关系曲线 baHp 于是，可拟合出某矿煤层瓦斯压力与煤层赋存标高关于是，可拟合出某矿煤层瓦斯压力与煤层赋存标高关系的线性回归曲线为：系的线性回归曲线为： 式中：式中： p煤层瓦斯压力，煤层瓦斯压力，MPa； H煤层赋存标高，煤层赋存标高，m。根据煤层瓦斯压力梯度线可以得到各标高处煤层瓦斯压根

52、据煤层瓦斯压力梯度线可以得到各标高处煤层瓦斯压力推算值，记录结果见表力推算值，记录结果见表8-7。 瓦斯压力测定结束后，采集新鲜煤样送至实验室，利用高压吸附法测瓦斯压力测定结束后，采集新鲜煤样送至实验室，利用高压吸附法测定煤的吸附常数吸附常数定煤的吸附常数吸附常数a、b值，并进行工业分析，然后进行瓦斯含量值，并进行工业分析，然后进行瓦斯含量的测定与计算等步骤来完成。煤样的工业分析结果及吸附常数测试结果的测定与计算等步骤来完成。煤样的工业分析结果及吸附常数测试结果分别见表分别见表8-8、表、表8-9所示。利用吸附常数所示。利用吸附常数a、b值、工业分析结果和煤层值、工业分析结果和煤层瓦斯压力值带

53、入公式（瓦斯压力值带入公式（4-1）（4-5）（见）（见4.2节）就可计算煤层瓦斯含节）就可计算煤层瓦斯含量。煤层瓦斯含量包括游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量。测算结果见表量。煤层瓦斯含量包括游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量。测算结果见表8-10所示所示 。 瓦斯流量记录表及煤层透气性记录格式分别见表瓦斯流量记录表及煤层透气性记录格式分别见表8-11和和8-12。 不受采动影响条件下，煤层内钻孔的瓦斯流量随时间呈衰减变化的特征系数称为不受采动影响条件下，煤层内钻孔的瓦斯流量随时间呈衰减变化的特征系数称为钻孔瓦斯流量衰减系数。它可以作为评价煤层预抽瓦斯难易程度的一个指标，其计钻孔瓦斯流量衰减系数。它可以作为评价煤层预抽瓦斯难易程度的一个指标，其计算公式如下：算公式如下： 式中：式中：qt百米钻孔经百米钻孔经t日排放时的瓦斯流