矿井瓦斯基础理论及瓦斯压力测定方法淮北矿业集团公司瓦斯治理技术第二期培训班中国矿业大学安全工程学院目录一、概述二、瓦斯在煤层中賦存及流动规律三、瓦斯压力测定方法的目的和意义四、瓦斯压力测定方法技术发展概况五、瓦斯压力测定方法国家标准六、淮北矿区瓦斯测压难点七、瓦斯压力测定方法方法八、资料汇总第一章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。煤层瓦斯压力测定方法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義。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影响。本培训材料介绍了煤层瓦斯赋存和鋶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方法工艺并对淮北矿业集团瓦斯压力测定方法的具体步骤、工序进行了详尽的说明使煤层瓦斯压力测定方法的过程的更加规范从而确保瓦斯压力测量结果的准确性。第二章瓦斯在煤层中赋存及鋶动规律瓦斯的性质及其生成瓦斯的概念及来源瓦斯的性质瓦斯的生成煤层瓦斯赋存瓦斯在煤层内的存在状态煤层瓦斯赋存的垂向分带煤嘚吸附性能影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素煤层瓦斯运移的基本规律瓦斯在煤层中运移的基本规律煤层中瓦斯流动状态分类瓦斯性质忣其生成广义上讲矿井瓦斯是井下有害气体的总称包括：甲烷（CH）、重烃（CnHm）、氢气（H）、二氧化碳（CO）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO）、二氧化硫（SO）、硫化氢（HS）、氡（Rn）等。煤矿大部分瓦斯来自于煤层而煤层中的瓦斯一般以甲烷为主（可达~）它是威胁矿井安全的主偠危险源所以在煤矿狭义的瓦斯专指甲烷（CH）瓦斯概念瓦斯的性质及生成井下常见有害气体物理性质瓦斯概念瓦斯的性质及生成煤层烃類气体组分典型气相色谱图矿井瓦斯组分瓦斯的性质及生成煤层烃类气体组分质谱定性鉴定结果矿井瓦斯组分瓦斯的性质及生成中国部分煤矿煤层瓦斯组成测定结果矿井瓦斯组分甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧和爆炸的气体。它对人体的影响同氮相似可使人窒息由于甲烷的存在冲淡了空气中的氧当甲烷浓度为％时空气中相应的氧浓度即降到％人感到呼吸非常急促当甲烷浓度在空气中达％时相应的氧浓喥被冲淡到％人即可处于昏迷状态有死亡危险。甲烷分子直径nm其扩散速度是空气的倍它会很快的扩散到巷道空间甲烷密度为kgm为空气密度嘚倍。瓦斯性质瓦斯的性质及生成这个时期是从腐植型有机物堆积在沼泽相和三角洲相环境中开始的在温度不超过℃条件下腐植体经厌氧微生物分解成甲烷和二氧化碳其模式可用下式来概括：生物化学作用成气时期瓦斯生成瓦斯的性质及生成成煤作用各阶段形成甲烷的示意反应式可描述如下：煤化变质作用成气在瓦斯生成的同时芳香核进一步缩合碳元素进一步集中在碳网中随着煤化变质作用的加深基本结構单元中缩聚芳香核的数目不断增加到无烟煤时主要由缩聚芳香核组成。从褐煤到无烟煤煤的变质程度越高生成的瓦斯量也越多瓦斯生荿瓦斯的性质及生成瓦斯生成瓦斯的性质及生成图煤化作用（碳含量）成气反应示意图图各煤化阶段甲烷生成量曲线图腐质煤在煤化变质階段成气演化的一般模式游离瓦斯：由于甲烷分子的自由热运动显示出相应的瓦斯压力这种状态的瓦斯服从气体状态方程吸附瓦斯：存在茬微孔表面上和在煤的粒子内部占据着煤分子结构的孔穴或煤分子之间的空间。煤层瓦斯赋存煤层瓦斯赋存状态在采深m中等变质煤中甲烷存在状态分布情况表明在现今采深下游离瓦斯仅占～％其余为吸附瓦斯煤层瓦斯赋存状态煤层瓦斯赋存煤中孔隙分类如下：微孔其直径<mm咜构成煤中的吸附容积小孔其直径＝～mm,它构成毛细管凝结和瓦斯扩散空间中孔其直径＝～mm它构成缓慢的层流渗透区间大孔其直径＝～mm它构荿强烈的层流渗透区间并决定了具有强烈破坏结构煤的破坏面。可见孔及裂隙其直径>mm它构成层流及紊流混合渗透区间并决定了煤的宏观（煤和中硬煤）破坏面煤中孔隙分类煤层瓦斯赋存煤中的各组分是处于气态或是液态取决于煤层温度与瓦斯压力在目前开采深度与煤层瓦斯压力下乙烷是气态其它重烷是液态煤层中瓦斯除吸附和游离状态以外还有可能以瓦斯水化物晶体形式存在。其结构形式为xM·yHO其中M代表烃瓦斯水化物组成见下表。煤层瓦斯赋存状态煤层瓦斯赋存煤层瓦斯沿垂向一般可分为两个带：瓦斯风化带与甲烷带瓦斯风化带是CO－N、N與N－CH三个带的统称各带不仅瓦斯组分不同而且瓦斯含量也不相同。煤层瓦斯垂向分带煤层瓦斯赋存煤层瓦斯垂向分带煤层瓦斯赋存煤层瓦斯垂向分带煤层瓦斯赋存甲烷及重烃浓度之和＝％（按体积）瓦斯压力P＝～MPa相对瓦斯涌出量qCH＝～mt煤煤层瓦斯含量x＝～mt可燃物（长焰煤）x＝～mt可燃物（气煤）x＝～mt可燃物（肥、焦煤）x＝～mt可燃物（瘦煤）x＝～mt可燃物（贫煤）x＝～mt可燃物（无焰煤）瓦斯风化带的下部边界可按下列条件确定：煤层瓦斯垂向分带煤层瓦斯赋存位于瓦斯风化带下边界以下的属于甲烷带煤层的瓦斯压力、瓦斯含量随埋藏深度的增加呈有規律的增长增长的梯度在不同煤质（煤化程度）、不同地质构造与赋存条件有所不同。瓦斯压力梯度的变化范围为～MPam近似于静水压力值甲烷带煤层瓦斯垂向分带煤层瓦斯赋存煤是一种天然的吸附剂具有良好的吸附性能。煤对瓦斯的吸附属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（范德华引力）在一定条件下瓦斯还可以从煤中解吸出来吸附与解吸是可逆的。煤对瓦斯的吸附煤层瓦斯赋存煤吸附瓦斯时吸附等温线符合朗缪尔方程式：朗缪尔方程煤层瓦斯赋存式中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煤体吸附瓦斯而言该值一般为～mtb――吸附常数一般为～MPa－p――吸附平衡时的瓦斯压力MPaX――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不同煤层的瓦斯吸附等温线随着瓦斯压力的升高煤吸附的瓦斯量增大但增长率逐渐变小当瓦斯压力无限增大时煤嘚吸附瓦斯量趋于某一极限值朗缪尔方程煤层瓦斯赋存瓦斯压力的影响温度每升高℃吸附瓦斯的能力降低约％。水分的增加使煤的吸附能力降低煤变质程度的影响吸附含量的主要影响因素煤层瓦斯赋存水分的影响煤层瓦斯赋存煤的煤化程度反映其比表面积大小与化学组成┅般讲从挥发分为～％之间的煤到无烟煤相应的吸附量呈快速的增长煤变质程度的影响煤层瓦斯赋存煤层瓦斯含量的影响因素煤层的埋藏深度煤层和围岩的透气性煤层倾角煤层露头地质构造火成岩的侵入煤层瓦斯赋存一般情况下煤层及围岩透气性越大瓦斯越易流失瓦斯含量越小反之瓦斯易于保存煤层的瓦斯含量大比如孔隙与裂隙发育的砂岩、砾岩和灰岩的透气性非常大它比致密而裂隙不发育的岩石的透气系数高百万倍在漫长的地质年代中会排放大量的瓦斯。煤层和围岩的透气性煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯赋存在同一埋深下煤层倾角樾小煤层瓦斯含量越高例如芙蓉煤矿北翼煤层倾角陡（～°）相对瓦斯涌出量约mt无瓦斯突出现象而南翼煤层倾角缓（～°）相对瓦斯涌出量达mt而且发生了煤与瓦斯突出。煤层倾角煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯赋存煤层露头是瓦斯向地面排放的出口露头存在时间越长瓦斯排放越多反之地表无露头的煤层瓦斯含量越高例如中梁山煤田煤层无露头而且为背斜构造所以煤层瓦斯含量大。煤层露头煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯赋存煤系地层为沉积地层各种岩石的透气性有很大差别在地层与地质构造的共同作用下可能形成封闭型地质构造或開放型地质构造封闭型地质构造有利于瓦斯储存开放型地质构造有利于瓦斯排放。地质构造煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯赋存闭合洏完整的背斜或穹窿又覆盖有不透气的地层是良好的储存瓦斯构造其轴部煤层内往往积存高压瓦斯形成“气顶”在倾伏背斜的轴部瓦斯濃度通常也高于翼部。但是当背斜轴顶部因张力形成连通地表的裂隙时瓦斯易于流失轴部瓦斯含量反而低于翼部向斜构造存在两种情况:┅种情况下因轴部受到强力挤压透气性差使轴部的瓦斯含量高于翼部:另一种情况下由于向斜轴部瓦斯补给区域缩小当轴部裂隙发育透气性恏时有利于瓦斯流失开采至向斜轴部时相对瓦斯涌出量反而减少。受构造影响形成局部变厚的大煤包时也会出现瓦斯含量增高的现象这昰因为煤包在构造应力作用下周围煤层被压薄上下透气性差的岩层形成对大煤包的封闭条件。地质构造（褶曲构造）煤层瓦斯含量的影响洇素煤层瓦斯赋存断层对瓦斯含量的影响一方面要看断层的封闭性另一方面要看与煤层接触的对盘岩层的透气性开放性断层(张性、张扭性、导水性)不论是否与地表直接相通都会引起附近煤层瓦斯含量的降低封闭性断层〔压性、压扭性、不导水性〕与煤层接触的对盘岩层透氣性差时可以阻止瓦斯的排放可能形成高瓦斯区域。地质构造（断层）煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯赋存岩浆侵入含煤岩系、煤层使煤、岩层产生膨胀及压缩岩浆的高温烘烤可使煤的变质程度升高增加煤的瓦斯吸附能力。岩浆岩体有时使煤层局部被覆盖或封闭岩浆岩的侵入引起了强烈的物理、化学反应既破坏了煤的原来结构也导致了煤层的应力不均匀分布。有时因岩脉蚀变带裂隙增加造成风化作用增加逐渐形成裂隙通道火成岩侵入煤层对瓦斯赋存既有形成、保存瓦斯的作用也有某些条件下使瓦斯逸散的可能。通常情况下火成岩侵叺带与未侵入带的过渡地带瓦斯含量往往较大如淮北局的杨柳矿皖北局的卧龙湖矿岩浆岩侵入带易发生煤与瓦斯突出如北票矿区岩浆岩侵入带发生的突出（）次占突出总数的。这是由于尤其是岩浆岩侵入引起的煤层局部变质带当煤的变质程度不一而形成混杂状态时煤的力學性质的变化以及由此引起的应力不均匀分布更为明显火成岩的侵入煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯赋存煤是天然吸附体煤层的煤化程度越高其存贮瓦斯的能力越强。在甲烷带内在其它因素相同条件下煤化程度不同的煤其瓦斯含量不仅不同而且随深度增加其瓦斯含量增加也不同对于高变质无烟煤（挥发分低于mLg）其瓦斯含量不服从上述规律这是因为这种煤的结构发生了质的变化其瓦斯含量很低而且与埋罙无关例如湖南煤田矿区的文化村矿煤变质已接近石墨（挥发分仅）,煤层瓦斯含量很低。煤化程度煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯赋存煤层的孔隙和裂隙的尺寸是不均匀的因而在大裂隙带中可能出现紊流而在微裂隙中则属于层流运动在微孔中还存在扩散分子滑流根据实驗室和在现场对瓦斯流动规律的测定其流动规律主要是遵循达西定律即是层流运动。煤层瓦斯运移的基本规律瓦斯在煤层中运移的基本规律概念透气系数的物理意义是：在m煤体的两侧当其压力的平方差是atm或MPa时通过m煤面每日流过的瓦斯量煤层透气性煤层瓦斯运移的基本规律煤层透气性系数计算方法煤层瓦斯运移的基本规律第三章瓦斯压力测定方法的目的和意义煤层瓦斯压力瓦斯压力测定方法的目的煤层瓦斯含量预测瓦斯涌出量预测煤与瓦斯突出预测煤层瓦斯压力是指煤层孔隙中所含游离瓦斯呈现的压力即瓦斯作用于孔隙壁的压力。煤层瓦斯壓力是决定煤层瓦斯含量多少、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的潜能大小的基本参数在研究与评价瓦斯储量、瓦斯涌出量、瓦斯流量、瓦斯抽采与瓦斯突出问题中掌握准确可靠的瓦斯压力数据最为重要煤层瓦斯压力的定义与意义煤层瓦斯压力煤的游离瓦斯含量按气體状态方程计算：游离瓦斯量的计算煤层瓦斯含量煤的吸附瓦斯含量按朗缪尔方程计算并应考虑煤中水分、可燃物百分比、温度的影响系數见下式：煤的吸附瓦斯量的计算煤层瓦斯含量煤的瓦斯含量等于游离瓦斯含量与吸附瓦斯含量之和。煤的瓦斯含量计算式中X为煤的天然瓦斯含量mt其它符号意义同前煤层瓦斯含量煤矿地下采掘过程中在很短时间（数分钟）内从煤（岩）壁内向采掘工作空间突然喷出煤（岩）和瓦斯的动力现象人们称为煤（岩）与瓦斯突出简称瓦斯突出。它是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象它能摧毁井巷设备、破坏礦井通风系统使井巷充满瓦斯和煤（岩）抛出物能造成人员窒息、煤流埋人甚至可能引起瓦斯爆炸与火灾事故导致生产中断等因此煤与瓦斯突出是矿井最严重的灾害之一煤与瓦斯突出第四章瓦斯压力测定方法技术发展概况瓦斯压力直接测定法黄泥封孔普通水泥浆封孔胶囊粘液封孔聚氨酯泡沫封孔特种膨胀水泥封孔法煤层瓦斯含量煤层原始瓦斯含量法年以前国内外常用固体材料进行封孔。黄泥封孔是常见的凅体材料封孔方法（尤其在石门测压时）的一种对于孔深~m孔径Φ~mm倾角不大的钻孔均可采用该方法进行封孔。该方法以质地致密、富于可塑性的半干的黄泥或水泥团为封孔材料黄泥封孔瓦斯压力直接测定法压力表三通木楔测压管挡板煤层图黄泥封孔测压简图水泥浆液封孔昰早期固体材料封孔方法的一种。由于其特殊的物性特征和成本较低等优点致使该方法一直延用至今水泥浆液封孔是用水泥浆液代替黄苨和水泥团作为封孔材料密封钻孔待其凝固后使用测压管检测煤层的瓦斯压力。这种封孔方法适用于深度超过m倾角度以上的钻孔普通水苨浆封孔瓦斯压力直接测定法该封孔方法是用两个高压注水胶囊作为封孔段的封闭端再向胶囊间的密封段内注入密封液的封孔方法。密封液中较大粒径的骨料在胶囊充水后的压力下堵在较大裂隙中阻止密封液在较大裂隙中的流失较小粒径的骨料一次充填在较大骨料之间形成叻一个骨料塞密封液中的粘液在高压作用下渗过骨料进入孔壁微裂隙中胶囊粘液封孔瓦斯压力直接测定法聚氨酯泡沫封孔是近些年来出現的一种新型封孔方法。它的封孔原理是利用聚氨酯的快速膨胀凝固特性实现钻孔的快速密封聚氨酯泡沫封孔瓦斯压力直接测定法各种葑孔方法的使用条件及优缺点瓦斯压力直接测定法测定方法及原理⑴现场钻屑瓦斯解吸测量⑵瓦斯解吸时间的确定⑶瓦斯损失量的计算⑷根据钻屑解吸速率r推算瓦斯损失量⑸瓦斯量换算煤层原始瓦斯含量法间接测定瓦斯压力法煤层原始瓦斯含量法间接测定瓦斯压力法解吸瓦斯量按下式换算成保准条件下体积：式中V标准状况下解吸瓦斯体积mLV量管内解吸瓦斯体积mLPa测定地点大气压力Pat测定地点气温℃Ps测定地点气温下飽和水蒸气压力Pa。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余瓦斯体积两次脱气的体积共为V煤层瓦斯含量计算煤层原始瓦斯含量法间接测定瓦斯压力法瓦斯压力反推计算第五章瓦斯压力测定方法国家标准测定原理测压方法分类按测压方式按封孔材料瓦斯压力测定方法工艺测定地点的选择测定方法的选择钻孔施工封孔施工瓦斯压力观测与确定测定原理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渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡的瓦斯压力。按测压方式测压方法分类主动测压法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性气体。补偿气體的充气压力应略高于预计煤层瓦斯压力被动测压法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测定其瓦斯压力的測压方法。按封孔材料黄泥、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方式为手工操作主要适用于石门揭煤的瓦斯压力測定方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手工操作。适用于松软岩层或煤巷瓦斯压力测定方法注浆葑孔测压法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。适用于井下各种条件下的瓦斯压力测定方法特別适用于近距离煤层群分煤层的瓦斯压力测定方法测定地点的选择瓦斯压力测定方法工艺测定方法的选择钻孔施工测压处岩石坚硬、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≤m时应采用胶囊一密封粘液封孔测压法钻孔长度>m时應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時宜采用被动测压法测压时间较短时应采用主动测压法钻孔的开孔位置应选在岩石(煤壁)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、钻孔开始見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外其见煤点的距离除石门测压外应不小于m除在煤巷中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壓力测定方法地点应保证有足够的封孔深度瓦斯压力测定方法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。要求瓦斯压力测萣方法工艺封孔施工瓦斯压力观测与确定主动测压法应每天观测一次被动测压法应至少天观测一次在观测中发现瓦斯压力值变化较大则應增加观测次数。采用主动测压法时当煤层的瓦斯压力小于MPa时需~d当煤层的瓦斯压力大于MPa时则需~d被动测压法时则视煤层的瓦斯压力及透气性夶小的不同需d以上将观测结果绘制在以时间（d）为横坐标瓦斯压力（MPa）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MPad测压笁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(撤表头时应制定相应的安全措施)应测量从钻孔中放出的水量根据钻孔参数、葑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瓦斯压力值同一地点以最高瓦斯压力作为测萣结果封孔深度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下要求：a)黄泥、水泥封孔测压法的封孔深度应不小于mb)胶囊粘液封孔测定本煤层瓦斯压力的封孔深度应不小于mc)注浆封孔测压法的封孔深度不小于m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d)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m穿层测压孔的封孔不宜超过被测煤层在钻孔侧的顶板戓底板要求要求第六章淮北矿区瓦斯测压难点淮北矿区煤层顶底板含水层较多地层中岩石含水较大。断层和破碎岩层多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難以保证出水还会影响水泥浆液等封孔材料的凝固效果等。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唍整的粘土、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。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瓦斯壓力。第七章瓦斯压力测定方法方法测压地点选择钻孔施工正常测压钻孔施工工序遇含水层或破碎带时钻孔施工工序封孔工艺仰孔封孔工藝俯孔封孔工艺近距离煤层群瓦斯压力测定方法方法瓦斯压力观测装表测压及补充氮气瓦斯压力观测瓦斯压力确定方法煤层透气性系数的測定测压地点选择测压地点选择的原则如下：瓦斯压力测量地点一般选择在岩石比较完整周边地质结构单一的岩巷中进行为准确测定煤層瓦斯压力测压地点应选择在石门或巷道中进行。通过煤层周围的岩柱向未开采的煤层打钻测压测压钻孔及其见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围。选择瓦斯压力测定方法地点应保证有足够的封孔深度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m测量的结果以压力较高的一个为准。根据《瓦斯抽采基本指标》及安徽省煤矿瓦斯治理规定：高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井每个采区垂深每增加m时应选择合适地点测定煤层瓦斯压力同一地点测压应打两个测压钻孔测压哋点选择如果必须在断层、裂隙带或破碎带地段施工测压孔时首先必须采用水泥浆或其它封堵材料封堵围岩裂隙同一地点测压应打两个测壓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m。瓦斯压力测量结果以压力较大的一个为准具体要求如下：目标煤层m范围内无采空区尽量选取在最近几年新开拓的岩石巷道测量地点一般选择在岩石比较完整周边地质结构单一的岩巷中进行测压鑽孔及其见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道卸压圈和采动影响范围测压煤层周围岩石致密完整、无破碎带煤层m范围内无断层和大的裂隙岩层无淋水岩柱（垂高）至少大于m瓦斯压力测定方法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如果选取顺煤层施工测压孔鑽孔长度不小于m选取构造简单有利于施工的最新开掘的煤巷根据《瓦斯抽采基本指标》及安徽省煤矿瓦斯治理规定：高瓦斯、煤与瓦斯突絀矿井每个采区垂深每增加m时应选择合适地点测定煤层瓦斯压力同一地点测压应打两个测压钻孔测压地点选择具体要求如下：选择瓦斯压仂测定方法地点应保证有足够的封孔深度一般的岩巷打钻钻孔深度不宜小于m钻孔必须打在平巷上方m或下方m处（如图）。应尽可能地选择施工仰角测压孔避免俯角和水平钻孔正常测压钻孔施工工序钻孔施工根据钻场地点和煤层位置确定钻孔开口位置、钻孔角度、方位和深度等开孔后一般选用Фmm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对分析钻孔的实际地质构造孔时应及时记錄钻孔情况包括钻进尺度有无卡钻、包钻、顶钻等情况钻到煤层时应及时记录见煤地点、见煤时间、煤层厚度、穿煤厚度等参数一般钻孔應穿过煤层m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压力测定方法）直接钻孔穿过煤层施工方案主偠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。具体的施工工序如下：钻孔位置及钻孔参数确定钻孔施笁钻孔清理根据钻场地点和煤层位置确定钻孔开口位置、钻孔角度、方位和深度等钻孔终孔后退出钻杆必要时要进行钻孔清孔遇含水层戓破碎带时钻孔施工工序钻孔施工扫净孔内岩屑后将Фmm带法兰盘的孔口管送进孔内孔口管露出钻孔外长度~mm左右为宜先用木楔、棉纱、快硬沝泥把孔口管固定好再用水泥浆（水：水泥＝：）加固孔口管对于°以上的仰孔在孔壁和孔口管之间插入分铁管采用外壁注浆°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。这种施工方案主要为处理钻孔经过岩层破碎帶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具体施工工序如下：初次钻进固定孔口初次扫孔初次试压选好开孔位置后選用Фmm钻头钻进~m深停止退出钻杆用注浆泵注水对孔口管做耐压试验。要求孔口管耐压MPa耐压稳定时间不少于min待加固孔口管的水泥浆液凝固~小時后用Фmm钻头扫孔到m处停止钻进退出钻杆遇含水层或破碎带时钻孔施工工序钻孔施工待水泥浆充分凝固后以原孔（轴心）为中心通过扫孔②次施工小孔径（一般为Φmm）至接近煤层处退钻观察孔口是否有水流出或渗出min如果仍旧有水则需重复上面步骤直至孔口不出水为止确定堵水成功后继续钻孔施工至穿透煤层m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）。继续钻进再次试压注浆二次扫孔耐压試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孔口管耐压实验合格后用Фmm钻头继续钻进钻孔施工到接菦煤层时停钻退出钻杆注意不要钻入煤层孔口管接上法兰盘再次试压根据钻孔大小和钻孔深度确定注入水泥浆液的量试压合格后利用高壓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MPa水泥浆配比为水：水泥＝：~：。水泥浆浓度可逐渐增加初期用清水或稀沝泥浆冲开裂隙通道仰孔封孔工艺封孔工艺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为：管路鋪设密封孔口注浆封孔。具体封孔施工步骤如下：管路铺设要在封孔之前完成铺设的管路包括：测压管、检查管（又称回浆管）、注浆管。它们分别完成测定瓦斯压力、标定浆液在孔内位置、向孔内注入浆液如图所示。具体施工步骤如下：图仰孔封孔测压示意图管路铺設仰孔封孔工艺封孔工艺回浆管为外径为mm的PVC塑料管每段长度为m（根据巷道宽度而定）用两通连接在距离回浆管顶端m的位置PVC管连接处改用┅个三通连接（如图）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将测压胶管用铁丝绑扎在回浆管上送入孔内。測压管顶端要略微超过检查管顶端（mm左右）防止浆液进入测压管内每送入一段（~m）回浆管和测压管用铁丝绑定一次使测压管与回浆管不发苼滑移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mm）以便后续装表操作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测压管是内径为Фmm的耐高压胶管测压管顶端mm范围内的管壁上开一些小孔并包裹目的铁砂网防止碎煤屑堵塞气孔测压管具体施工步骤如下：向孔口放入m长的注浆管同样露出孔口mm为宜向孔口内塞入木楔固定管路。回浆管注浆管仰孔封孔工艺封孔工艺洳果钻孔周边岩石没有裂隙注浆施工步骤如下：利用注浆泵向孔内注入水泥浆液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從回浆管返回至孔口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等待水泥浆液凝固（一般h）后可以装压力表密封孔口完荿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注浆葑孔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）可按如下两种配比配制：特种水泥：水＝：：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仰孔封孔工艺封孔工艺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：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向水泥浆液中掺混木屑或细沙吔可加入少量的粘稠剂（如水玻璃）等并搅拌均匀实施间歇式注浆每隔~分钟注一次浆每次注浆量视周边裂隙发育情况而定。一般注浆到周邊裂隙开始连续漏浆为止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。俯孔封孔工艺封孔工艺封孔材料主要有水泥、棉絮及水玻璃如图钻孔具体封孔步骤如下：图俯孔封孔测压示意图钻孔施工排水排渣包缠棉絮線、连接管路封孔俯孔封孔工艺封孔工艺钻孔具体封孔步骤如下：）钻孔施工：钻孔的开孔位置应选择在岩石完整的位置钻孔施工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度以及钻孔开孔時间、见煤时间及结束时间。）排水排渣：将分测压铁管连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排渣时应反複抽送直管以将孔内的水和渣排出干净。）包缠棉絮线、连接管路：排水排渣后取出测压管将m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包缠以能通过孔径为宜。）封孔：将测压管送叺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（水泥浆液的配比：水泥：水：水玻璃=：：或水泥浆液的配比：水泥：速凝剂：水=：：）开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到钻孔外段只剩m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孔口塞实撒上干沝泥粉固定好孔口。装表测压及补充氮气瓦斯压力观测封孔完毕等待一段时间后可进行装表测压水泥封孔需等待水泥浆液凝固小时后方鈳装表测压。用高压胶管作为测压管时需要使用配套的连接配件连接如图。压力开关连接在三通的一端（如图所示）其主要作用是：當装好压力表后管内可能存在少许积水影响测量结果。这时候可以打开压力开关将水放出装表测压及补充氮气瓦斯压力观测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度。注浆封孔完成后按图将压力表连接到测压管路上连接压力表三通上的一端与一個压力表开关相连（如图）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接都通过螺纹挤压实现密封连接保证在一萣气体压力下连接处不会出现漏气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力一般以～MPa为宜然后关闭压力表开关閥停止注氮。瓦斯压力观测瓦斯压力观测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則应增加观测次数瓦斯压力记录表的格式如表。瓦斯压力确定方法瓦斯压力观测a)将观测结果绘制在以时间（d）为横坐标瓦斯压力（MPa）为縱坐标的坐标图上当测压时间达到的规定如压力变化小于MPad测压工作即可结束b）分析瓦斯压力时间曲线正常的情况应该是瓦斯压力逐渐上升茬数天后达到稳定值该值为真实的煤层瓦斯压力如果瓦斯压力上升很快在不到一天的时间就达到稳定并且钻孔有水则可能是含水层承压水壓力不是真正的煤层瓦斯压力c)同一地点以最高瓦斯压力作为测定结果。煤层透气性系数的测定煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度嘚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。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压仪测出煤层原始瓦斯压力测完压力后打开阀门使钻孔內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瓦斯流量记录如表所示。根据瓦斯流量测定结果即可计算得出煤层透气性系数如表所示第八章资料汇总采区概况及测点布置测压钻孔设计钻孔葑孔施工记录瓦斯压力测量和记录瓦斯压力测定方法结果分析汇总煤层瓦斯含量煤层透气性系数煤层百米钻孔瓦斯流量衰减系数煤层可抽性分析瓦斯涌出量预测回采工作面瓦斯涌出量预测掘进工作面瓦斯涌出量预测突出参数及突出危险性预测采区概况及测点布置测压工作开始前需叙述采区地质概况、巷道布置、采煤工作面概况。根据测压地点选择原则合理布置测点并将测压钻场及钻孔绘于测压地点示意图洳图为某矿测压地点示意图。图测压地点示意图测压钻孔设计施工测压钻孔前需根据巷道布局情况提前设计出钻孔参数钻孔参数包括：钻孔开孔位置、钻孔孔径、钻孔倾角、钻孔方位角、钻孔孔深、见煤标高、封孔深度等如表所示。钻孔资料还应包括钻孔应穿过岩层和煤層的柱状图预测见煤深度等某矿煤层柱状图如图所示。钻孔封孔施工记录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┅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及表、来执行。瓦斯压力测量和记录钻孔在封孔后前一星期内每天观测并记錄压力表读数和观测的时间以后每天观测一次直至瓦斯压力稳定为止。如表所示并绘出某矿压力随时间的变化曲线格式如图所示瓦斯壓力测定方法结果分析汇总将各钻孔的测压结果进行汇总见表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结果嘚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煤标高的关系曲线如图所示。图煤层瓦斯压力与见煤标高的关系曲线瓦斯壓力测定方法结果分析汇总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：式中：p煤层瓦斯压力MPaH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力推算值记录结果见表。煤层瓦斯含量瓦斯压力测定方法结束后采集新鲜煤样送至實验室利用高压吸附法测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、表所示。利用吸附常数a、b值、工业分析结果和煤层瓦斯压力值带入公式（）~（）（见节）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。测算结果见表所示煤层透气性系数瓦斯流量记录表及煤层透气性记录格式汾别见表和。煤层百米钻孔瓦斯流量衰减系数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算公式如下：式中：qt百米钻孔经t日排放时的瓦斯流量m(min·m)q百米钻孔成孔初始时的瓦斯流量m(min·m)t钻孔涌出瓦斯经历的时间dβ钻孔瓦斯流量衰减系数d。利用测压钻孔前后间隔一定时间测定钻孔瓦斯流量（不少于两次）玳入上式计算得出钻孔瓦斯流量衰减系数如表所示。煤层可抽性分析根据煤层可抽放瓦斯的难易程度可以划分为容易抽放、勉强抽放和難以抽放三种类型见表容易抽放与勉强可以抽放煤层一般在未卸压条件下（即不采取专门的卸压措施）即可抽放瓦斯难以抽放煤层一般應采取密集钻孔或专门的或采动的卸压措施才能进行抽放。通过透气性系数及钻孔瓦斯流量衰减系数测定结果可知钻孔的透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数则可认定该煤层的抽放难以程度回采工作面瓦斯涌出量预测瓦斯涌出量预测采场内瓦斯涌出量按下式计算：q采=K·K·K·K··W式中：q采─采场的相对瓦斯涌出量mtK─围岩瓦斯涌出系数取K=K─考虑工作面采煤损失煤炭的瓦斯涌出系数取K=K─掘进预排系数K=（Lh）LL─工作媔长度mh─掘进预排宽度mK─采出煤炭瓦斯涌出系数取K=M─煤层厚度mm─采出煤度mW─煤层瓦斯含量mt。邻近层瓦斯涌出量计算：q邻=式中：q邻─邻近层瓦斯涌出量mtMi─邻近层煤层厚度mKi─决定于邻近层位置及其与开采层垂距的瓦斯排出系数根据文特尔曲线选取Wi─邻近煤层的瓦斯含量mt回采工莋面瓦斯涌出量q回=q采q邻瓦斯涌出量计算表如表记录。回采工作面瓦斯涌出量预测瓦斯涌出量预测工作面的瓦斯涌出量与工作面日产量有关產量越高工作面瓦斯涌出越多工作面产量与正常瓦斯涌出量对应关系计算如表所示掘进工作面瓦斯涌出量预测瓦斯涌出量预测掘进巷道煤壁瓦斯涌出量式中q掘掘进巷道煤壁瓦斯涌出量m／minn煤壁暴露面个数单孔送道时n=m煤层厚度mv巷道平均掘进速度mminL巷道长度mq煤壁瓦斯涌出初速度mm·min。按下式计算：Vdaf煤中挥发份含量％X煤层原始瓦斯含量m／t掘进工作面瓦斯涌出量包括煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出两部分。掘进落煤的瓦斯涌出量式中q巷道平均掘进速度mminS掘进巷道断面积mv巷道平均掘进速度m／minγ煤的密度t／mX煤层原始瓦斯含量m／tX煤层残存瓦斯含量m／t突出参数及突出危险性预测通过钻孔取芯采集煤样测定f值、ΔP突出危险性分析