瓦斯压力测定技术方案.docx
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瓦斯压力测定技术方案
贵州湘能实业有限公司
煤层瓦斯基础参数测试
技
术
方
案
贵州湘能实业有限公司
湖南省煤炭科学研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
2011年6月27日
贵州湘能实业有限公司煤层瓦斯基础参数测试技术方案
一、矿井瓦斯基础资料的收集
进行瓦斯基础参数测试的煤矿需提供下列技术资料和图纸：
1、矿井地质精查报告（含综合柱状图）；
2、矿井设计说明书；
3、矿井采掘工程平面图（电子版）；
4、矿井通风系统图；
5、矿井近五年的瓦斯鉴定资料；
6、矿井历史瓦斯参数测定资料；
7、测压地点的平面图、剖面图；
8、矿井概况资料。
二、煤层瓦斯压力测定
采用标准《AQ/T1047-2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》。
采用主动测压方法。
1、测压方案及地点的选择
测压地点应选择在煤层比较稳定、地质构造相对简单的底板大巷或石门处，沿煤层走向方向布置2个测试点、沿煤层倾向方向布置3个测试点。
测压地点附近不能受采动和巷道布置的影响，测压钻孔见煤点与地质构造裂隙带、采动影响范围的距离至少要大于50m，且测压地点离煤层的法线距离应大于15m。
2、测压钻孔的布置
为了保证测压可靠，在每个测压地点尽量布置2个测压孔。
测压孔选择在岩石较完整、开孔点及周围50m的范围内巷道距待测煤层的法线距离不小于15m的位置布孔。
钻孔和钻孔见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道卸压圈和采动影响。
两个钻孔见煤点应相距20m以上，钻孔必须穿透煤层进入顶（底）板。
为了便于封孔和保证封孔质量，钻孔的倾角不得小于15°。
3、测压器材
（1）压力表：
先根据矿井的瓦斯涌出情况估计煤层的瓦斯压力，再选用的压力表。
压力表的精度应优于1.6级。
（2）测压管：
每个钻孔选用4′镀锌铁管，每节长2m，用螺纹、直接头联接，最外一节接4′测压球心阀，最里一节与筛孔管相接。
（3）注浆管：
采用6′镀锌铁管，长约3m。
（4）封孔材料：
采用膨胀水泥（如购买不到膨胀水泥，可以水泥砂浆、膨胀剂、速凝剂混合代替）封孔，封孔深度为全岩孔段。
（5）生胶带：
密封各测压管街头用。
（6）4′直接头：
连接各测压管用。
4、钻孔施工：
采用ZYG-150型油压钻机或矿方已有的其他岩石钻机，钻机的能力应达到100m，孔径75～94mm，孔口2m的孔径为105mm以上（便于固定孔口注浆管进行注浆封孔）。
钻孔方位和倾角应严格按设计施工，孔深以穿过煤层进入顶（底）为准。
钻孔施工过程中，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的长度，钻孔开孔时间、见煤时间及钻孔钻毕时间。
钻孔施工完毕，用清水冲洗钻孔岩柱段内碎屑。
5、封孔工艺：
钻孔施工完后，24小时内进行封孔。
在测压孔内插入筛孔管，再逐节接入测压管。
为保证其气密性，测压管管接头部分须采用生胶带缠绕。
孔口2m段固定牢固后将膨胀水泥（或水泥、膨胀剂、速凝剂混合液）倒入搅拌桶，加入清水充分搅拌均匀，至呈粘稠状为止。
用注浆泵将搅拌好的膨胀水泥泵入孔内，待测压管见浆液返出立即停泵，同时关闭设置在注浆管孔口的注浆闸阀，如图1所示。
图1测压钻孔结构及封孔方式示意图
6、注气补偿压力损失：
待水泥砂浆凝固牢固后利用井下压风管路连接注气装置（图2）对钻孔气体损失进行补偿，以缩短压力测试周期，节省时间。
注气时间不低于1个小时。
图2主动测压装置示意图
7、数据观测：
注气完成后即可安装压力表，之后每天观测一次压力表读数，直至压力表稳定4至5天。
观测时间的长短取决于煤层的瓦斯压力与煤层的透气性情况，一般需要一个月，有的需要2～3个月。
表1瓦斯压力测定记录表
矿井
测压地点
煤层名称
煤层厚度
煤层倾角
见煤标高
见煤深度
开钻时间
见煤时间
钻毕时间
封孔时间
封孔深度
孔
号
钻孔参数
岩孔长
（m）
煤孔长
（m）
封孔长
（m）
备
注
方位
倾角
长度
时 间
压力（MPa）
时 间
压力（MPa）
7、煤层瓦斯压力的确定
每个测压钻孔压力表指针稳后的值MPa即为该测压钻孔的煤层绝对瓦斯压力值，取两个测压孔的最高值为该测定地点的煤层瓦斯压力值。
三、煤层透气性系数测定
1、测定地点：
选择钻孔瓦斯压力测定成功的测压孔进行煤层透气性系数的测定。
2、测定方法
采用测钻孔瓦斯流量计算法。
该方法是当测压钻孔的瓦斯压力稳定后，即可打开卸压阀门，卸除承压瓦斯，记录卸压时间，测定钻孔瓦斯流量。
在测定时要记录时间即卸除瓦斯压力的时间与每次测定瓦斯流量的时间，两者时间差即为时间准数中的值。
当已知煤层原始瓦斯压力、排放钻孔半径、煤孔长度、排放时间为t时的钻孔煤壁单位面积瓦斯流量等参数，可按径向不稳定流动理论计算煤层透气性系数，计算公式如表2所示。
表2径向不稳定流动理论计算煤层透气性系数公式
流量准数
Y
时间准数
F0=Bλ
系数a
系数
b
煤层透气性系数
λ
常数
A
常数
B
Y=A/λ=aF0b
10-2~1
1~10
10~102
102~103
103~105
105~107
1
1
λ=AB1/
λ=A1.39B1/
λ=B
λ=B1/
λ=B1/9
λ=B1/
表中：
P0—煤层原始绝对瓦斯压力，即表压力加MPa；
P1—钻孔内排放瓦斯时的压力，P1；
r1—排放孔半径，m；
λ—煤层透气性系数，m2/（MPa2·d）；
q—排放时间为t时钻孔煤壁单位面积瓦斯流量，m3/（m2·d），q=Q/（2πr1L）；
Q—时间t时的钻孔流量，m3/d；
L—煤孔长度，穿层孔按煤厚算，m；
t—从开始排瓦斯到测量瓦斯流量q时的时间间隔，d；
α—煤层瓦斯含量系数，α=X/P，m3/（m3·MPa）；
X—煤层瓦斯体积含量，为煤层瓦斯含量与煤层视密度之积，m3/m3。
四、钻孔瓦斯涌出量及其衰减系数的测定
钻孔瓦斯涌出量及其衰减系数是评价煤层瓦斯预抽难易程度的重要指标。
试验钻孔瓦斯涌出量是利用测压钻孔测定的。
选择有代表性的上仰角钻孔，在测压结束，放掉其承压瓦斯，接上流量计先测定其初始流量q0，经时间t后再测定其瓦斯流量qt。
然后用下式回归其衰减系数
：
测量仪器选用湿式流量计（或浮子流量计、煤气表）进行测定，每个至少需测流量7次以上，将结果填入表3。
表3钻孔瓦斯涌出量测定结果
测定地点
时间（d）
瓦斯涌出量（m3/min）
百米钻孔瓦斯涌出量（m3/min·100m）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
五、煤样的实验室测定
1、取样地点：
有条件的矿井应优先采用打测压钻孔时取煤芯样。
如取煤芯样确有困难，即可选在该煤层测压地点附近的煤巷掘进工作面取样。
2、取样方法：
采掏槽取样法（图3）。
在新露的掘进工作面先去掉表面风化层，再在煤层整个断面上掏槽取样。
掏槽位置位于巷道煤层的中心线处，槽高为巷道揭露煤层的全高，掏槽宽度为200mm，深100mm。
取样前先在煤壁下方放一块风筒布，以接住掏下的煤块，掏下的煤块粒度以不大于50mm为宜。
掏槽完毕后将风筒布上的煤块充分混合后，再在其中取3kg作为煤样。
如煤层有明显的软分层，则软硬分层应单独取样。
3、取样个数：
每个测压地点取煤样1～2个。
4、煤样的标识和包装
取好的煤样应尽快用不漏气的塑料装好，填写好煤样标签，将标签对折两次后（字迹在里）放在煤样上，然后再在外面包上两层塑料袋，放入编织袋内待运。
图3掏槽取样方法示意图
5、运送：
煤样取好后应尽快送到湖南省煤安检测检验中心进行测试。
6、煤层瓦斯放散初速度指标（△P）的测定
采用抚顺煤科分院生产的WT-1瓦斯放散初速度仪测定。
引用标准《AQ1024-2006瓦斯放散初速度指标（△P）的测定方法》。
7、煤层吸附瓦斯a、b系数的测定
采用抚顺煤科分院生产的WY-98瓦斯吸附常数测定。
引用标准《MT/T752-1997煤的甲烷吸附量测定方法》
8、煤层硬度系数（f）的测定
采用落锤法测定。
引用标准《MT/T49煤的坚固性系数测定方法》。
9、煤层孔隙率
采用真视相对密度测定计算法。
引用标准《MT/T918-2002工业型煤视相对密度及孔隙率测定方法》。
10、煤的工业分析
引用标准《GB/T212-2001煤的工业分析方法》。
六、瓦斯含量计算
在通过测定煤样的瓦斯吸附常数、孔隙率、工业分析等指标后，根据朗格缪尔方程确定各煤层的吸附瓦斯量后，再加上游离瓦斯量即为煤层的瓦斯含量。
计算公式为：
式中：
W──煤层瓦斯含量，m3/t；
a，b──吸附常数；
P──煤层绝对瓦斯压力，MPa；
Ad──煤的灰分，%；
Mad──煤的水分，%；
n──煤的孔隙率，%；
γ──煤的视密度，t/m3。
当煤矿井下实在不具备实测瓦斯压力条件的情况下，采取实测煤层瓦斯含量，反算瓦斯压力的方法进行。
井下瓦斯含量测定采取钻屑解吸法进行，引用标准《GBT23250-2009煤层瓦斯含量井下直接测定方法》。
七、进度安排
2011年7月10日前：
制订技术方案，确定测压地点、取样地点，确定煤层瓦斯基础参数测试的实施方案；
2011年7～8：
完成现场钻孔施工、现场测试、采取煤样工作；
2011年9月：
完成煤样实验室测试，编写测试报告；
八、试验设备和材料准备
测压钻孔施工和瓦斯参数测定试验所需的设备、材料及工具见表4。
表4项目所需设备、仪表及工具一览表
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
钻机
ZYG-150或其它
台
1
钻机能力150m
2
注浆泵
或其它
台
1
3
膨胀水泥
根据各个矿井实际情况确定
4
管钳
把
2
拧4′铁管用
5
手钳
个
1
6
扳手
个
2
安装压力表用
7
搅拌桶
Φ500～Φ700×600
个
2
油桶改制
8
高压胶管
6′
m
3
注浆用
9
牛皮垫
在矿加工
10
压力表
度盘100mm
只
10
量程根据各矿条件确定
11
湿式流量计
LML-1普通型1台
台
1
煤气表
台
1
12
测压管
4′、2m/根
根
100
每个孔按30m计算，两端加工管螺纹的铁管
13
注浆管
6′、3m/根
根
8
一端加工螺纹的铁管
14
筛孔管
2m/根
根
8
一端加工管螺纹，一端压扁，边上钻若干小孔
15
注浆球阀
6′
个
8
与注浆管相接
16
测压闸阀
4′
个
8
与测压管与压力表接头相接（铜质）
17
管接头
4′
个
100
测压管之间的连接
18
压力表接头
与压力表配套
购买
19
流量接头
与压力表、流量计配套
个
2
购买
20
生料带
卷
15
21
采样袋
5kg
个
5
注：
表中材料为每层煤所需的材料。
九、双方分工及人员安排
（1）双方分工
1）矿方
a、参与项目实施方案的制定；
b、负责钻孔工程的施工及安全工作；
c、负责所需设备、材料，以及现场测试所需的其它材料及配件的准备，负责现材料加工；
d、按要求提供矿井地质、通风、瓦斯等相关资料；
e、负责观测瓦斯压力，取样；
2）湖南省煤炭科学研究所
a、负责项目实施方案制定；
b、负责煤层瓦斯参数测试的技术培训，并进行现场指导；
c、负责瓦斯流量测定，指导取样，煤样送检；
d、负责项目所需的实验室测定工作；
e、负责现场考察资料的分析整理，编写项目总结报告。
2、项目现场施工人员安排
1）矿方
a、钻孔施工及封孔操作人员12～15人（钻孔施工采用轮班制，以加快施工进度）；
b、电工1人；
c、参数测定操作2～3人；
d、瓦检员1人；
e、地质技术人员1人；
f、施工管理与组织（技术人员）1～2人。
2）湖南省煤炭科学研究所
现场工作人员1～2人，实验室3～4人。
人员安排如表7。
表5贵州湘能实业有限公司煤层瓦斯基本参数测定项目人员表
姓名
职称/职务
单位
联系方式
黄渊跃
高级工程师
湖南省煤炭科学研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
周松元
高级工程师
湖南省煤炭科学研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
徐东方
工程师/博士
湖南省煤炭科学研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
方前程
工程师/博士
湖南省煤炭科学研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
王诚湘
高级工程师
湖南省煤炭科学研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
马合意
工程师/硕士
湖南省煤炭科学研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
徐全
工程师/硕士
湖南省煤炭科学研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
杨静
工程师/硕士
湖南省煤炭科学研究所
湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心
龚加齐
高级工程师
湖南省煤安检测检验中心
郑越
高级工程师
湖南省煤安检测检验中心
邹立娥
高级工程师
湖南省煤安检测检验中心
贵州湘能实业有限公司
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贵州湘能实业有限公司
贵州湘能实业有限公司
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以上缺少的请公司补充
十、材料加工示意图
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