貴州湘能實業****
煤層瓦斯基礎引數測試技術
方案貴州湘能實業****
湖南省煤炭科學研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
2023年6月27日
貴州湘能實業****煤層瓦斯基礎引數測試技術方案
進行瓦斯基礎引數測試的煤礦需提供下列技術資料和圖紙：
1、礦井地質精查報告（含綜合柱狀圖）；
2、礦井設計說明書；
3、礦井採掘工程平面圖（電子版）；
4、礦井通風系統圖；
5、礦井近五年的瓦斯鑑定資料；
6、礦井歷史瓦斯引數測定資料；
7、測壓地點的平面圖、剖面圖；
8、礦井概況資料。
採用標準《aq/t1047-2007 煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》。採用主動測壓方法。
1、測壓方案及地點的選擇
測壓地點應選擇在煤層比較穩定、地質構造相對簡單的底板大巷或石門處，沿煤層走向方向布置2個測試點、沿煤層傾向方向布置3個測試點。測壓地點附近不能受採動和巷道布置的影響，測壓鑽孔見煤點與地質構造裂隙帶、採動影響範圍的距離至少要大於50m，且測壓地點離煤層的法線距離應大於15m。
2、測壓鑽孔的布置
為了保證測壓可靠，在每個測壓地點盡量布置2個測壓孔。測壓孔選擇在岩石較完整、開孔點及周圍50m的範圍內巷道距待測煤層的法線距離不小於15m的位置布孔。鑽孔和鑽孔見煤點應避開地質構造裂隙帶、巷道卸壓圈和採動影響。
兩個鑽孔見煤點應相距20m以上，鑽孔必須穿透煤層進入頂（底）板0.5m。為了便於封孔和保證封孔質量，鑽孔的傾角不得小於15°。
3、測壓器材
（1）壓力表：先根據礦井的瓦斯湧出情況估計煤層的瓦斯壓力，再選用量程大於估計壓力1.5倍的壓力表。壓力表的精度應優於1.6級。
（2）測壓管：每個鑽孔選用4′鍍鋅鐵管，每節長2m，用螺紋、直接頭聯接，最外一節接4′測壓球心閥，最裡一節與篩孔管相接。
（3）注漿管：採用6′鍍鋅鐵管，長約3m。
（4）封孔材料：採用膨脹水泥（如購買不到膨脹水泥，可以水泥砂漿、膨脹劑、速凝劑混合代替）封孔，封孔深度為全岩孔段。
（5）生膠帶：密封各測壓管街頭用。
（6）4′直接頭：連線各測壓管用。
4、鑽孔施工：採用zyg-150型油壓鑽機或礦方已有的其他岩石鑽機，鑽機的能力應達到100m，孔徑75～94mm，孔口2m的孔徑為105mm以上（便於固定孔口注漿管進行注漿封孔）。鑽孔方位和傾角應嚴格按設計施工，孔深以穿過煤層進入頂（底）0.
5m為準。
鑽孔施工過程中，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的長度，鑽孔開孔時間、見煤時間及鑽孔鑽畢時間。鑽孔施工完畢，用清水沖洗鑽孔岩柱段內碎屑。
5、封孔工藝：
鑽孔施工完後，24小時內進行封孔。在測壓孔內插入篩孔管，再逐節接入測壓管。為保證其氣密性，測壓管管接頭部分須採用生膠帶纏繞。
孔口2m段固定牢固後將膨脹水泥（或水泥、膨脹劑、速凝劑混合液）倒入攪拌桶，加入清水充分攪拌均勻，至呈粘稠狀為止。用注漿幫浦將攪拌好的膨脹水泥幫浦入孔內，待測壓管見漿液返出立即停幫浦，同時關閉設定在注漿管孔口的注漿閘閥，如圖1所示。
圖1 測壓鑽孔結構及封孔方式示意圖
6、注氣補償壓力損失：待水泥砂漿凝固牢固後利用井下壓風管路連線注氣裝置（圖2）對鑽孔氣體損失進行補償，以縮短壓力測試週期，節省時間。注氣時間不低於1個小時。
圖2 主動測壓裝置示意圖
7、資料觀測：注氣完成後即可安裝壓力表，之後每天觀測一次壓力表讀數，直至壓力表穩定4至5天。觀測時間的長短取決於煤層的瓦斯壓力與煤層的透氣性情況，一般需要乙個月，有的需要2～3個月。
表1 瓦斯壓力測定記錄表
7、煤層瓦斯壓力的確定
每個測壓鑽孔壓力表指標穩後的值加0.1mpa即為該測壓鑽孔的煤層絕對瓦斯壓力值，取兩個測壓孔的最高值為該測定地點的煤層瓦斯壓力值。
1、測定地點：選擇鑽孔瓦斯壓力測定成功的測壓孔進行煤層透氣性係數的測定。
2、測定方法
採用測鑽孔瓦斯流量計演算法。該方法是當測壓鑽孔的瓦斯壓力穩定後，即可開啟卸壓閥門，卸除承壓瓦斯，記錄卸壓時間，測定鑽孔瓦斯流量。在測定時要記錄時間即卸除瓦斯壓力的時間與每次測定瓦斯流量的時間，兩者時間差即為時間準數中的值。
當已知煤層原始瓦斯壓力、排放鑽孔半徑、煤孔長度、排放時間為t時的鑽孔煤壁單位面積瓦斯流量等引數，可按徑向不穩定流動理論計算煤層透氣性係數，計算公式如表2所示。
表2 徑向不穩定流動理論計算煤層透氣性係數公式
表中：p0—煤層原始絕對瓦斯壓力，即表壓力加0.1mpa；
p1—鑽孔內排放瓦斯時的壓力，p1=0.1mpa；
r1—排放孔半徑，m；
λ—煤層透氣性係數，m2/(mpa2·d)；
q—排放時間為t時鑽孔煤壁單位面積瓦斯流量，m3/(m2·d)，q=q/(2πr1l)；
q—時間t時的鑽孔流量，m3/d；
l—煤孔長度，穿層孔按煤厚算，m；
t—從開始排瓦斯到測量瓦斯流量q時的時間間隔，d；
α—煤層瓦斯含量係數，α=x/p0.5，m3/(m3·mpa0.5)；
x—煤層瓦斯體積含量，為煤層瓦斯含量與煤層視密度之積，m3/m3。
鑽孔瓦斯湧出量及其衰減係數是評價煤層瓦斯預抽難易程度的重要指標。試驗鑽孔瓦斯湧出量是利用測壓鑽孔測定的。選擇有代表性的上仰角鑽孔，在測壓結束，放掉其承壓瓦斯，接上流量計先測定其初始流量q0，經時間t後再測定其瓦斯流量qt。
然後用下式回歸其衰減係數：
測量儀器選用濕式流量計（或浮子流量計、煤氣表）進行測定，每個至少需測流量7次以上，將結果填入表3。
表3 鑽孔瓦斯湧出量測定結果
1、取樣地點：有條件的礦井應優先採用打測壓鑽孔時取煤芯樣。如取煤芯樣確有困難，即可選在該煤層測壓地點附近的煤巷掘進工作面取樣。
2、取樣方法：採掏槽取樣法（圖3）。在新露的掘進工作面先去掉表面風化層，再在煤層整個斷面上掏槽取樣。
掏槽位置位於巷道煤層的中心線處，槽高為巷道揭露煤層的全高，掏槽寬度為200mm，深100mm。取樣前先在煤壁下方放一塊風筒布，以接住掏下的煤塊，掏下的煤塊粒度以不大於50mm為宜。掏槽完畢後將風筒布上的煤塊充分混合後，再在其中取3kg作為煤樣。
如煤層有明顯的軟分層，則軟硬分層應單獨取樣。
3、取樣個數：每個測壓地點取煤樣1～2個。
4、煤樣的標識和包裝
取好的煤樣應盡快用不漏氣的塑料裝好，填寫好煤樣標籤，將標籤對折兩次後（字跡在裡）放在煤樣上，然後再在外麵包上兩層塑膠袋，放入編織袋內待運。
圖3 掏槽取樣方法示意圖
5、運送：煤樣取好後應盡快送到湖南省煤安檢測檢驗中心進行測試。
6、煤層瓦斯放散初速度指標（△p）的測定
採用撫順煤科分院生產的wt-1瓦斯放散初速度儀測定。引用標準《aq1024-2006 瓦斯放散初速度指標（△p）的測定方法》。
7、煤層吸附瓦斯a、b係數的測定
採用撫順煤科分院生產的wy-98瓦斯吸附常數測定。引用標準《mt/t752-1997煤的甲烷吸附量測定方法》
8、煤層硬度係數（f）的測定
採用落錘法測定。引用標準《mt/t49 煤的堅固性係數測定方法》。
9、煤層孔隙率
採用真視相對密度測定計算法。引用標準《mt/t918-2002工業型煤視相對密度及孔隙率測定方法》。
10、煤的工業分析
引用標準《gb/t212-2001煤的工業分析方法》。
在通過測定煤樣的瓦斯吸附常數、孔隙率、工業分析等指標後，根據朗格繆爾方程確定各煤層的吸附瓦斯量後，再加上游離瓦斯量即為煤層的瓦斯含量。計算公式為：
式中： w──煤層瓦斯含量，m3/t；
a，b──吸附常數；
p──煤層絕對瓦斯壓力，mpa；
ad──煤的灰分，%；
mad──煤的水分，%；
n──煤的孔隙率，%；
γ──煤的視密度，t/m3。
瓦斯壓力測定鑽孔施工安全技術措施
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順煤層瓦斯壓力測定方案設計 在進行順煤層瓦斯壓力測定時一般要考慮如下因素 1 預排瓦斯等值寬度 順煤層瓦斯壓力測定時需要考慮預排瓦斯等值寬度。測壓力孔的封孔長度應大於預排瓦斯等值寬度。已掘進完工的煤層巷道其預排瓦斯等值寬度隨時間的增加而加寬，一般可按b 0.808 t0.55來計算低變質程度煤的預排...
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