王國飛，石 軍

(汾西礦業(yè)集團(tuán) 雙柳煤礦，山西 呂梁 033000)

煤層瓦斯壓力是煤與瓦斯突出的動(dòng)力。準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯壓力對(duì)礦井合理制定瓦斯防治措施,預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性, 都具有重要意義。一直以來, 國內(nèi)外測(cè)定煤層瓦斯壓力都是從巖巷向煤層打鉆孔, 用黃泥、砂漿等材料封孔。這種方法適用于封孔段堅(jiān)硬致密的巖層, 但是當(dāng)鉆孔內(nèi)出現(xiàn)涌水量較大及煤層間距較近的情況, 測(cè)出的瓦斯壓力值往往低于真實(shí)的煤層瓦斯壓力, 極易造成安全隱患。因此, 雙柳煤礦與中國礦業(yè)大學(xué)合作提出了長(zhǎng)距離測(cè)壓鉆孔封孔、近距離煤層測(cè)壓封孔和封堵含水層測(cè)壓封孔技術(shù)。

1 礦井概況

1.1 礦井基本情況

雙柳煤礦位于山西省柳林縣西北部的孟門鎮(zhèn)，行政區(qū)劃屬呂梁市柳林縣管轄。井田呈長(zhǎng)方形，南北走向長(zhǎng)4.70～5.05 km，東西傾斜寬4.45～7.45 km，面積29.607 2 km2. 批準(zhǔn)開采3#、4(3+4)#、8#、9(8+9)#煤層，目前開采4(3+4)#煤合并層。

1.2 礦井下組煤基本情況

下組煤二采區(qū)沿8#煤分別布置軌道下山、回風(fēng)下山，沿9#煤層布置帶式運(yùn)輸機(jī)下山，下組煤正在進(jìn)行大巷延伸，還未形成采掘工作面。本次瓦斯壓力測(cè)定主要針對(duì)下組煤8#和9(8+9)#煤層。

下組煤巷道距離上組煤巷道平均距離69.5 m，距離較大；主要含水層為L(zhǎng)1～L5薄層石灰?guī)r及少量砂巖層，灰?guī)r的平均厚度30.64 m. 據(jù)雙柳井田補(bǔ)充勘探試驗(yàn)資料，礦井頂板充水水源主要來自石炭系上統(tǒng)太原組L1～L5灰?guī)r水。2010—2013年，雙柳煤礦在下組煤實(shí)施太灰水探放工作，施工了多處太灰疏放孔，疏放太灰水量總計(jì)176.90萬m3.

2 煤層瓦斯壓力測(cè)定

煤層瓦斯壓力是煤層發(fā)生突出的動(dòng)力之一。因此，準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯壓力對(duì)于煤層的突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)十分重要。

2.1 瓦斯壓力測(cè)定原理

煤層瓦斯壓力測(cè)定的原理：由底板(頂板)巷道向煤層施工一鉆孔，穿過煤層，在鉆孔內(nèi)布置一根瓦斯管，封孔后在煤層內(nèi)形成測(cè)壓室。上表后，測(cè)壓室周圍無限大空間煤體內(nèi)的瓦斯不斷向測(cè)壓室運(yùn)移，保證封孔后凝固時(shí)期逸散的瓦斯得以補(bǔ)充，孔內(nèi)測(cè)定的瓦斯壓力接近煤層的原始瓦斯壓力。

2.2 下組煤瓦斯壓力測(cè)定存在的問題

雙柳煤礦在進(jìn)行下組煤水平延伸前，須按照《防突規(guī)定》要求布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)定瓦斯壓力進(jìn)行開拓前的區(qū)域預(yù)測(cè)，由于下組煤只在淺部施工有3條主要大巷，測(cè)壓存在以下問題：

1) 下組煤巷道距離上組煤巷道59.79～75.11 m，平均69.5 m，距離較大，下向鉆孔封孔測(cè)壓存在一定難度。

2) 施工測(cè)壓鉆孔過程中需穿過太原組灰?guī)r含水層，根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料可知，太原組灰?guī)r含水層涌水量可達(dá)30 m3/h，涌水會(huì)對(duì)測(cè)壓產(chǎn)生影響，測(cè)壓前須對(duì)出水的測(cè)壓鉆孔進(jìn)行封堵。

3) 區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)需分別對(duì)8#和9(8+9)#煤層進(jìn)行測(cè)壓，由于8#、9(8+9)#距離較近(層間距0.7～12.01 m)，測(cè)壓時(shí)須排除這兩層煤之間的相互干擾。

3 瓦斯壓力測(cè)定技術(shù)

3.1 長(zhǎng)距離、多煤層瓦斯壓力測(cè)定技術(shù)

針對(duì)下向鉆孔施工距離遠(yuǎn)封孔測(cè)壓困難，設(shè)計(jì)加工了專門的測(cè)壓裝置，見圖1.該裝置包括測(cè)壓?jiǎn)卧约坝糜诜舛聹y(cè)壓孔的封孔單元。測(cè)壓?jiǎn)卧▔毫Ρ砗托箟洪y；封孔單元包括篩孔管、軟管、固定件，軟管的一端與測(cè)壓?jiǎn)卧B通，軟管的另一端與篩孔管連通。封孔測(cè)壓時(shí)將封孔單元送入測(cè)壓孔內(nèi)，固定件在重力作用下將軟管和篩孔管下放至測(cè)壓孔內(nèi)的目的位置，然后進(jìn)行初次注漿，漿液初步凝固，形成初次注漿層，并將孔口用水泥漿液封堵，最后在初次注漿層和孔口封堵層之間進(jìn)行二次注漿，形成二次注漿層，待水泥漿完全凝固膨脹后形成密封注漿層；開啟測(cè)壓裝置，實(shí)現(xiàn)測(cè)壓孔內(nèi)煤層瓦斯壓力的測(cè)定。將封孔單元下放，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離封孔。測(cè)壓鉆孔施工過程中需穿過含水層，若有水涌出時(shí)，采取注漿堵水的方法鉆孔和含水層。針對(duì)雙柳煤礦8#、9(8+9)#距離近需要分別測(cè)壓的問題，在進(jìn)行9(8+9)#煤層測(cè)壓鉆孔施工時(shí)，采用注漿封堵8#煤層裂隙，測(cè)定9(8+9)#煤層瓦斯壓力。

3.2 8#煤層瓦斯壓力測(cè)定方法

8#煤層壓力測(cè)定具體流程：1) 施工下向孔，硬巖處退鉆。2) 下套管至孔底。3) 向鉆孔內(nèi)壓注水泥固孔，掃孔試壓。4) 換94 mm鉆孔從套管內(nèi)掃孔至孔底，再繼續(xù)鉆進(jìn)至含水層。5) 若有水涌出時(shí)，采取注漿堵水的方法把鉆孔和含水層隔離開，排除含水層的水壓對(duì)煤層瓦斯壓力測(cè)量的影響，之后掃孔鉆進(jìn)至8#煤層。6) 下放鉆孔測(cè)壓裝置后進(jìn)行封孔測(cè)壓，并觀測(cè)壓力變化情況。壓力測(cè)定示意圖見圖2.

圖1 煤層瓦斯壓力測(cè)定裝置示意圖

圖2 8#煤層壓力測(cè)定示意圖

3.3 9(8+9) #煤層瓦斯壓力測(cè)定方法

9(8+9)#煤層壓力測(cè)定具體流程：1) 施工下向孔，硬巖處退鉆。2) 下套管至孔底。3) 向鉆孔內(nèi)壓注水泥固孔，掃孔試壓。4) 掃孔后掘進(jìn)至含水層，若有水涌出時(shí)，采取注漿堵水的方法把鉆孔和含水層隔離開，排除含水層的水壓對(duì)煤層瓦斯壓力測(cè)量的影響，直到鉆孔內(nèi)無水涌出時(shí)再繼續(xù)掃孔鉆進(jìn)至8#煤層底板下方約1 m處后向孔內(nèi)注漿，封堵8#煤層裂隙，控制8#煤層瓦斯向鉆孔內(nèi)流動(dòng)。5) 掃孔鉆進(jìn)至9(8+9)#煤層底板1 m處后下放測(cè)壓裝置進(jìn)行封孔測(cè)壓。9(8+9)#煤層壓力測(cè)定示意圖見圖3.

4 測(cè)壓地點(diǎn)的選取

圖3 9(8+9) #煤層壓力測(cè)定示意圖

下組煤只在淺部施工有3條主要大巷，無法對(duì)深部煤層進(jìn)行布點(diǎn)測(cè)壓，上組煤4(3+4)#煤層已經(jīng)進(jìn)入深部開采，從4(3+4)#煤層巷道中施工垂直下向鉆孔可有效覆蓋8#、9(8+9)#深部煤層。根據(jù)相關(guān)測(cè)點(diǎn)布置要求及上組煤巷道情況，8#、9(8+9)#煤層分別設(shè)計(jì)了8個(gè)煤層瓦斯壓力測(cè)點(diǎn)，見圖4.

5 煤層瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果

8#、9(8+9)#煤層瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果見表1,表2.

由表1,2可得：8#、9(8+9)#煤層瓦斯壓力隨標(biāo)高增大而減小的變化規(guī)律，符合煤層瓦斯壓力梯度的規(guī)律及該礦的實(shí)際情況。

圖4 下組煤測(cè)點(diǎn)布置圖

在壓力測(cè)定過程中，出現(xiàn)封孔不嚴(yán)、漏氣等不可控因素，實(shí)測(cè)壓力可能低于煤層的真實(shí)壓力；待下組煤巷道具備測(cè)壓條件后對(duì)煤層瓦斯壓力進(jìn)行測(cè)定，收集數(shù)據(jù)與本次測(cè)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

6 結(jié) 論

1) 長(zhǎng)距離測(cè)壓鉆孔封孔、近距離煤層封孔測(cè)壓和封堵含水層封孔測(cè)壓技術(shù)成功地應(yīng)用于雙柳煤礦下組煤煤層瓦斯壓力。各鉆孔的煤層瓦斯壓力隨著煤層埋藏深度的增加而增大, 這符合煤層瓦斯壓力梯度的規(guī)律和礦井的實(shí)際情況。

表1 雙柳煤礦8#煤層瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果表

表2 9(8+9) #煤層瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果表

2) 該技術(shù)具有投入費(fèi)用較低、實(shí)際操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，采用該技術(shù)測(cè)定的煤層瓦斯壓力符合瓦斯壓力梯度的規(guī)律及該礦的實(shí)際情況。