探析煤层瓦斯压力测定方案设计

张海军

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西阳泉 045000）

0 引言

煤层的瓦斯压力是矿井瓦斯基本参数之一，它对于确定煤层瓦斯含量，进行矿井瓦斯涌出治理，瓦斯抽放以及煤与瓦斯突出的防治等工作均具有十分重要的意义[1]。能否准确测试煤层瓦斯压力取决于封孔质量的优劣，目前煤层压力测试封孔主要有聚氨酯封孔，粘土-木塞封孔，套管-水泥封孔，本次作者在原套管-水泥封孔工艺的基础上，对封孔套管及法兰盘进行改造加工。

1 瓦斯压力测定方案的选择

聚氨酯、黏土-木塞封孔在操作过程中由于聚氨酯、粘土送不到位容易形成孔内空腔和空隙，造成测压失败[2]。套管-水泥封孔对钻孔的封堵较前者封孔更为严密，但是在测试区域岩层内存在裂隙的情况下，不使用高压注浆对岩层内裂隙进行填充同样不能保证测压成功。

本文作者采用穿层钻孔测试煤层压力，测压钻孔孔口必须封孔严密，试验钻孔周边的岩体裂隙也需高压注实，使用传统的钻孔封孔工艺无法满足高压注浆填注巷道围岩圈裂隙的要求，该申报成果通过对套管-水泥封孔工艺的改进，解决钻孔高压注浆封孔的需求，对钻孔周边岩体裂隙也进行有效填充。并且通过对封孔管和法兰盘的改造，保证高压注浆封孔过程中的安全性，有效杜绝封孔套管高压注浆过程中因承受不住高压而冲出伤人[3]。

2 瓦斯压力测定方案的实施

2.1 设备加工改造

（1）4寸套管管口焊接法兰盘，套管孔口退后0.1 m位置焊接2个左右对称的拴锚杆用把手，把手各加工一个能穿过锚杆的孔眼用于施工锚杆固定套管，锚杆拴住4寸铁管左右把手后可牢牢固定套管避免高压注浆状态下套管伤人。

（2）耐高压法兰盘加工1个4′孔，4′孔焊接0.1m长的4′管，并按顺序分别连接耐高压球阀、压力表、注浆管。

（3）测压管使用1根4′铁管，铁管末端连接4 m长花管（可用6′筛管），测压管孔口端加工焊接三通，三通分别接测压管、压力表、球阀。

2.2 测试钻孔设计

为避免偶然因素造成误差，钻孔共布置2组12个，钻孔仰角42°，见煤层顶板终孔，钻孔距巷顶300 mm，间距1.5 m，平行布置[4]。

2.3 注浆封孔操作步骤

（1）注浆固定孔口管

首先使用直径145 mm的钻头打孔6 m深，然后把4 m长的4寸套管下入钻孔内，孔口外露100 mm；孔口以里800 mm套管使用聚氨酯包裹进行封孔。在套管的左右两边拴锚杆用把手位置各打1根1 m长锚杆，并用垫片拴牢锁紧套管，防止注浆压力过大时弹出伤人。待聚氨酯凝固后，套管外口安装加工好的法兰盘，进行第一次注浆，压力表达到1.5 MPa时停止注浆，关闭闸阀，进入保压阶段[5]。

（2）高压注浆填充钻孔周边围岩裂隙

钻孔等待24 h浆液凝固后，打开法兰，采用ϕ94 mm的钻头透孔，钻孔施工到距15#煤层底板法距1 m停止钻进，退出钻杆安装新法兰盘进行第二次注浆充填钻孔围岩裂隙，注浆压力达到6 MPa以上时，停止注浆，关闭闸阀，进入保压阶段[6]。

（3）注浆封孔测压

钻孔浆液凝固48 h后，打开法兰，第二次使用ϕ94 mm的钻头进行扫孔，钻孔打穿15#煤见顶板起钻。

钻孔施工完成后，将4′测压管安装至钻孔见煤点往里2.5 m、外露孔口0.3 m位置，测压管孔口端安装三通，三通分别连接测压管、压力表、球阀；测压管最里端为4′花管，花管长度4 m，缠上金属网。将注浆管安装至孔口往里1.5 m、外露孔口0.3 m位置，注浆管孔口端安装球阀[7]。孔口使用聚氨酯包裹封堵，长度0.8 m。

待聚氨酯凝固后，用高压胶管将注浆泵及孔口注浆管阀门连接好进行第三次注浆封孔，测压管返浆后，停止注浆，关闭注浆管球阀，待测压管内浆液流尽后，封孔结束。待水泥浆凝固后，关闭测压管球阀，安装测压表，进行测压[8]。

3 结论

（1）通过对套管-水泥封孔工艺的改造，满足高压注浆的需求，有效填充测试区域岩层裂隙，避免由于岩层裂隙的存在造成测压失败。

（2）试验过程中，改造的套管在高压注浆状态下固定牢固，杜绝封孔套管注浆过程中因承受不住高压而冲出伤人的情况，具有可靠的安全效益。

（3）在原未使用改进的封孔工艺对测试区域进行封孔过程中，由于封孔不严，封孔测压成功率低，造成巨大的人工成本和材料成本的浪费，在使用本改进的工艺后，测试区域2组12个钻孔全部封孔成功，封孔测压的成功率由70%提高到100%，按照施工一个12 m的穿层钻孔人工及材料成本3 600元计算，平均每个钻孔节省1 080元，经济效益显著。

（4）施工过程中，该成果由于需使用4 m长套管进行封孔，在巷道断面宽带、高度小于4 m×4 m的区域下套管较为困难，因此巷道宽带较小区域（小于4 m×4 m）不适用，可适当考虑减小套管长度。