山東新河礦業(yè)有限公司3煤層瓦斯參數(shù)測定現(xiàn)場施工技術(shù)方案山東鼎安檢測技術(shù)有限公司二〇一五年一月山東新河礦業(yè)有限公司3煤層瓦斯參數(shù)測定現(xiàn)場施工技術(shù)方案編寫：審核：批準(zhǔn)：山東鼎安檢測技術(shù)有限公司二0一五年四月煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定工程一覽表工程名稱依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)備注煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定瓦斯壓力直接測定AQ/T1047-2007煤礦井下煤層瓦斯壓力地直接測定方法工業(yè)分析測試GBT212-2008煤地工業(yè)分析方法真相對密度測試GBT217-2008煤中真相密度測定方法視相對密度測試GB6949-2010-T煤地視相對密度測定方法孔隙率測試GBT23561.4-2009煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測定方法堅固性系數(shù)測試GB_T23561.12-2010煤地堅固性系數(shù)測定瓦斯放散初速度△P測試AQ1080-2009瓦斯放散初速度測定方法瓦斯吸附常數(shù)測試GBT19560-2008煤地高壓等溫吸附實驗方法煤地破壞類型AQ1024-2006煤與瓦斯突出性鑒定規(guī)范煤層瓦斯含量井下自然解吸瓦斯量GB/T23250-2009煤層瓦斯含量井下直接測定方法AQ1066-2008煤層瓦斯含量井下直接測定方法殘存瓦斯含量測定一、簡況新河礦業(yè)自2000年9月開工建設(shè)，2003年建成開始聯(lián)合試運轉(zhuǎn)，2005年7月正式生產(chǎn).原設(shè)計生產(chǎn)能力0.3Mt/a，2008年后，在對井底車場、主要水平大巷及主提升、通風(fēng)等礦井主要生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)容與改造地同時，對新河、唐口礦井井田邊界進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)山東省國土資源廳批準(zhǔn)，將相鄰地唐口礦井630采區(qū)劃歸新河礦井開采，目前-400m生產(chǎn)水平處于收尾階段，-980m水平正在進(jìn)行開拓準(zhǔn)備.唐口礦井630采區(qū)劃歸新河礦井后，結(jié)合現(xiàn)場開采情況，將采區(qū)分為530采區(qū)、630采區(qū)和730采區(qū)，為確定新增加采區(qū)煤層地瓦斯參數(shù)，在530膠帶集中巷及軌道集中巷施工瓦斯鉆孔對煤層地瓦斯參數(shù)進(jìn)行測定.二、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件（一）地層產(chǎn)狀工作面穿越永東閘向斜兩翼，西部處在永東閘西向斜地西翼，受兩向斜構(gòu)造影響，地層產(chǎn)狀變化較大，走向SE～NE～SE，傾向SW～SE～SW，傾角5～29°，平均10°左右.（二）褶曲根據(jù)礦井延深區(qū)三維地震勘探資料，延深區(qū)發(fā)育有兩個褶曲，分別為永東閘向斜、永東閘西向斜，受其影響地層產(chǎn)狀變化較大.其特征如下：1、永東閘西向斜：位于延深區(qū)中部，永東閘以西.軸向NW，延展長度約1.23km，幅度約40m.該向斜兩翼不對稱，西翼傾角較陡可達(dá)30°，東翼相對較緩為11°.2、永東閘向斜：位于延深區(qū)東部，永東閘北側(cè)，T21-1孔以西.軸向不明顯，北部為NNE、南部轉(zhuǎn)為NW，延展長度約0.58km，幅度約30m，西翼傾角較緩，在5°左右.（三）斷層根據(jù)延深區(qū)三維地震勘探資料分析，工作面掘進(jìn)過程中將揭露斷層1條，落差11m，對巷道掘進(jìn)影響較大.該掘進(jìn)工作面附近各斷層特征見下表：表3:斷層構(gòu)造情況表斷層名稱性質(zhì)產(chǎn)狀落差（m）影響程度走向（°）傾向（°）傾角（°）F1正斷層3102205011?。?）主要含水層530膠帶集中巷掘進(jìn)工作面沿3煤底板掘進(jìn)，水文地質(zhì)條件簡單，主要受3煤頂?shù)装迳皫r及三灰含水層影響.1、3煤頂?shù)装迳皫r含水層根據(jù)水文補勘DM-203孔資料，3煤頂?shù)装迳皫r含水層厚44.76m，主要由淺灰色、灰色和深灰色粗、中、細(xì)砂巖組成，發(fā)育少量高角度裂隙，巖石較破碎.鉆孔抽水實驗資料表明，單位涌水量為0.004613L/s·m，富水性弱.另外，從-980m水平二節(jié)膠帶暗斜井掘進(jìn)揭露3煤頂板砂巖情況看，掘進(jìn)過程中僅有少量頂板淋水，水量小.2、三灰含水層該區(qū)域三灰厚4.82m，裂隙發(fā)育，充填方解石.水文補勘DM-201孔三灰含水層抽水實驗資料表明，單位涌水量0.000551L/s·m，富水性弱.三灰上距3煤層48.5m，對掘進(jìn)無直接影響，但由于本區(qū)煤層埋藏深，三灰水壓較高，構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域斷層帶、裂隙發(fā)育地段可能成為導(dǎo)通含水層通道，因此三灰為開采3煤層底板進(jìn)水型直接充水含水層.三、工程設(shè)計（一）布置原則鉆孔位置充分考慮施工現(xiàn)場對瓦斯鉆孔地影響，將施工瓦斯鉆孔前后1個卸壓孔均用水泥進(jìn)行封堵嚴(yán)密，盡量減小卸壓鉆孔對其地影響，且不影響井下正常生產(chǎn).（二）鉆孔結(jié)構(gòu)采用SGZ-3B型煤礦用坑道鉆機(jī)，鉆具組合：φ50×5.5mm地質(zhì)鉆桿，φ75mm鉆頭.采用2ZBQ-10/15型注漿泵，漿液攪拌采用自制0.15m3水泥漿攪拌桶.鉆孔采用一級結(jié)構(gòu)，采用φ75mm鉆頭開孔鉆進(jìn)50m，其中鉆進(jìn)30M后取芯2M.施工完畢后孔內(nèi)預(yù)留4分測壓管（最里段安設(shè)一根花管），外段30M用水泥漿注漿封孔.（三）鉆孔位置及參數(shù)為準(zhǔn)確測定煤層瓦斯壓力，使測出地瓦斯壓力值能夠代表煤層地原始瓦斯壓力，測定煤層瓦斯壓力地點要避開斷層、褶皺、裂隙帶等地質(zhì)構(gòu)造帶，使鉆孔周圍煤層處于原始狀態(tài).通過察看礦井相關(guān)資料及井下實地考察結(jié)合煤層揭露情況，共布置3組測點（6個測壓鉆孔）測定3煤層地原始瓦斯壓力測定.瓦斯鉆孔位置示意圖見圖1.1#測點布置在530膠帶集中巷L(fēng)8右側(cè)50m處與75～80m處，與巷道呈80°夾角，傾角8°開孔，終孔位置在3煤層頂板；2-1#鉆孔布置在530軌道集中巷向里距離3-1#鉆孔50m左右，2-2#鉆孔布置在2-1#鉆孔右側(cè)距其35m左右處，垂直與巷道左幫開孔，終孔位置在3煤層頂板；3#測點布置在530膠帶集中巷運輸聯(lián)絡(luò)巷與530膠帶集中巷交匯處及530膠帶集中巷運輸聯(lián)絡(luò)巷與530軌道集中巷交匯處附近(3-1#鉆孔在530膠帶集中巷運輸聯(lián)絡(luò)巷與530膠帶集中巷交匯處向內(nèi)40m處、3-2#鉆孔在530膠帶集中巷運輸聯(lián)絡(luò)巷與530軌道集中巷交匯處)，兩鉆孔均垂直所在巷道側(cè)幫，3-1#鉆孔傾角8°開孔，3-2#鉆孔傾角7°開孔，終孔位置在3煤層頂板（預(yù)計兩鉆孔孔深均為60.0m左右）.圖1瓦斯壓力鉆孔布置圖（四）鉆孔施工要求：①測壓鉆孔應(yīng)選擇在無斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造處，應(yīng)避開含水層、溶洞，并保證鉆孔與其距離不小于50m，鉆孔周圍煤層應(yīng)處于原始狀態(tài)，應(yīng)避開采動、瓦斯抽采及其他人為卸壓影響范圍，并保證鉆孔與其距離不小于50m；②同一地點應(yīng)設(shè)置兩個測壓鉆孔，其終孔見煤點或測壓氣室應(yīng)在相互影響范圍外，其距離除石門測壓外應(yīng)不小于20m；③選擇合適地測壓地點后,以8°地仰角從向煤層打鉆,鉆孔采用φ75mm鉆頭，鉆孔深度保證穿過整個煤層，終孔點為煤層頂板.鉆孔施工應(yīng)保證鉆孔平直、孔形完整，如鉆孔報廢應(yīng)離開報廢鉆孔至少20m重新進(jìn)行施工；鉆孔施工過程中應(yīng)準(zhǔn)確記錄鉆孔方位、傾角、長度、鉆孔在煤層中長度、鉆孔開鉆時間、見煤頂板距離及時間及鉆孔完成時間.鉆孔施工參數(shù)示意圖見圖2.（五）封孔由于煤層瓦斯是粘性很小地氣體，其粘度系數(shù)μ=1.08×10-6Pa·s，在高壓作用下，可以說是無孔不入.鉆孔孔壁內(nèi)存在細(xì)微孔道，在高壓瓦斯地作用下很可能連通起來，形成瓦斯泄漏地立體交叉通道.在具有煤與瓦斯突出危險地煤層中，一般地應(yīng)力高，煤層透氣系數(shù)小；因此測壓時微量地漏氣，就能導(dǎo)致所測壓力值地很大降低.在松軟地煤層中測壓時，鉆孔周圍往往具有卸壓圈和裂隙網(wǎng)，發(fā)生漏氣是顯而易見地.頁巖、砂質(zhì)頁巖中也往往裂隙發(fā)育，所以在頁巖、砂質(zhì)頁巖和煤層中測定瓦斯壓力要取得可靠地結(jié)果較為困難.而煤系地層大多為頁巖和砂質(zhì)頁巖，這就是測壓結(jié)果誤差較大地主要原因.實踐表明，封堵孔壁裂隙用固體物顯然是不行地，只能用粘性液體(或流體)，為了抵抗高壓瓦斯地排斥，粘性液體壓力應(yīng)始終高于瓦斯壓力，這是準(zhǔn)確測壓地關(guān)鍵.本次壓力測定決定采用水泥漿封堵測壓鉆孔.測壓管均選用Φ16×1.5mm無縫鋼管（普通4分管），為便于安裝,取每根鋼管長1.5m或2.0m，根據(jù)現(xiàn)場實際情況用接箍聯(lián)接成需要地長度；測壓管根據(jù)需要一端位于測壓室內(nèi)（需加工成花管）,其露出鉆孔一端接壓力表.圖2鉆孔施工參數(shù)示意圖鉆孔打好以后，應(yīng)在24h內(nèi)進(jìn)行封孔.封孔時將連接好地瓦斯測壓管送入測壓鉆孔內(nèi)，并送入鉆孔內(nèi)見煤點測壓氣室.在鉆孔內(nèi)測壓管距孔口滿足封孔深度要求處安設(shè)一個擋盤（纏繞棉紗）用于阻止封孔材料堵塞測壓氣室；根據(jù)預(yù)留封孔體積計算出所需封孔材料，利用棉紗塞住孔口，并快速注入水泥；封孔完成后，將引出孔外地測壓管接上瓦斯壓力表.封孔完成24h后關(guān)閉壓力表閥門即開始進(jìn)行瓦斯壓力測定，每3d記錄一次瓦斯壓力，連續(xù)觀察20d后如瓦斯壓力連續(xù)3d內(nèi)變化小于0.015MPa，則可認(rèn)為這個穩(wěn)定地壓力就是煤層原始瓦斯壓力；測壓結(jié)束后,可以回收壓力表.四、煤層瓦斯含量直接測定瓦斯含量直接測定分為現(xiàn)場煤芯取樣解讀、實驗室解讀兩部分.根據(jù)現(xiàn)場瓦斯自然解吸量與實驗室數(shù)據(jù)處理后得到地瓦斯解吸量，進(jìn)行計算得出瓦斯含量.1、采樣前準(zhǔn)備煤樣罐在使用前必須進(jìn)行氣密性檢測；氣密性檢測可通過向煤樣罐內(nèi)注空氣至表壓1.5MPa以上，關(guān)閉后擱置12h，壓力不降方可使用.禁止在絲扣及膠墊上涂潤滑油.解吸儀在使用之前，將量管內(nèi)灌滿水，關(guān)閉底塞并倒置過來，放置10min，量管內(nèi)水面不動為合格.2、煤芯采集采樣方式：在石門或巖石巷道可打穿層鉆孔采取煤樣，在新暴露煤巷中應(yīng)首選煤芯采取器（簡稱煤芯管）或其他定點取樣裝置定點采集煤樣.采樣深度應(yīng)按以下兩種情況確定：測定煤層原始瓦斯含量時，采樣深度應(yīng)超過鉆孔施工地點巷道地影響范圍，并滿足以下要求：①在采掘工作面取樣時，采樣深度應(yīng)根據(jù)采掘工作面地暴露時間來確定，但不應(yīng)小于12m；②在石門或巖石巷道采樣時，距煤層地垂直距離應(yīng)視巖性而定，但不得小于5m.采樣時間：采樣時間是指用于瓦斯含量測定地煤樣從暴露到被裝入煤樣罐密封所用地實際時間不應(yīng)超過5min.3、井下自然解吸瓦斯量測定井下自然解吸瓦斯量采用解吸儀測定.自然解讀裝置見圖3.煤樣罐通過排氣管5與解吸儀連接后，打開彈簧夾3，隨即有從煤樣泄出地瓦斯進(jìn)入量管，用排水集氣法將瓦斯收集在量管內(nèi).如果量管體積不足以容納60min內(nèi)從煤樣泄出地全部瓦斯，可以中途用彈簧夾3夾住排氣管與解吸儀斷開，重新迅速給解吸儀補足清水,然后打開彈簧夾3連通解吸儀繼續(xù)觀測.如果在解吸儀觀測中沒有瓦斯泄出，應(yīng)當(dāng)檢查排氣管及煤樣罐上部排氣孔是否堵塞.如果沒有堵塞，則是瓦斯含量過小所至，此時，即可終止觀測，送實驗室測定.圖3解吸裝置示意圖煤樣罐密封運到井上后，要進(jìn)行試漏，將煤樣罐沉入清水中，仔細(xì)觀察5min，檢查有無氣泡冒出.如果發(fā)現(xiàn)有氣泡滲出，則要更換煤樣罐或膠墊重新取樣.如不漏氣，可以送實驗室繼續(xù)進(jìn)行實驗.4、實驗室殘存解吸將經(jīng)過自然瓦斯解吸過地煤樣送至實驗室，先檢查各設(shè)備地氣密性，若是氣密性良好，再進(jìn)行以下實驗.將煤樣罐與常壓自然解讀裝置（見圖4）連接，緩慢打開煤樣罐閥門，測定粉碎前自然解讀瓦斯量.測定完畢后，稱量煤樣總重，從中稱取兩份二次煤樣，進(jìn)行粉碎，并與常壓自然解讀裝置連接，測定粉碎后自然解讀瓦斯量.圖4常壓自然解讀測定裝置5、瓦斯含量計算根據(jù)現(xiàn)場瓦斯自然解吸量與實驗室數(shù)據(jù)處理后得到地瓦斯解吸量，進(jìn)行計算得出瓦斯含量.X=X1+X2+X3+X4+Xb式中：X——瓦斯含量，cm3/g；X1——煤樣地井下解吸瓦斯量，cm3/g；X2——煤樣地瓦斯損失量，cm3/g；X3——煤樣粉碎前解吸瓦斯量，cm3/g；X4——煤樣粉碎后解吸瓦斯量，cm3/g；Xb——不可解讀瓦斯量，cm3/g.五、煤樣地采取1、煤樣地采取目地此過程為了煤層瓦斯含量和瓦斯放散初速度（ΔP）地測定.煤層瓦斯含量地測算可通過采集新鮮煤樣，先進(jìn)行工業(yè)性分析；然后進(jìn)行瓦斯含量地測定與計算等步驟來完成.煤地工業(yè)成份直接影響著煤層瓦斯含量地計算.因此，在預(yù)測煤層瓦斯含量時，應(yīng)對煤地組分進(jìn)行工業(yè)性分析.2、煤樣地采取步驟煤樣地取樣方法為掏槽取樣法，如圖5所示，在掘進(jìn)工作面或回采工作面地刷切巷處地煤層斷面上掏槽取煤樣，掏槽位置巷道斷面地中心線處，槽高為巷道高，寬200mm，深100mm，掏下地煤塊地長、寬、高不大于50mm.取樣前，先在取樣煤壁下方放一塊風(fēng)筒布用于接住掏下地煤塊，其大小以能接住掏下地煤塊為宜.掏槽完畢后，將風(fēng)筒布上地煤塊充分混合后，采用十字對角淘汰法取最后留下地約3.0kg（含大小煤塊）作為所取煤樣.圖5掏槽取樣方法示意圖十字對角淘汰法是指將掏下地煤樣充分混合后堆成一個園錐體，并在其上劃一個正十字將其分成四分，然后將對角地兩部分去掉，再將留下地煤樣繼續(xù)進(jìn)行上述操作，直到留下大約5.0kg地煤樣即可.在礦井測壓點附近地煤層巷道中采取各煤層地全層煤樣和軟分層煤樣，每個約5.0kg左右.本次在該礦測壓點附近地煤層巷道中共采取3組煤樣.煤樣采取后應(yīng)盡快用密封性好地塑料袋封裝，并填寫煤樣標(biāo)簽.其中全層煤樣用于測試吸附常數(shù)a、b值和進(jìn)行工業(yè)分析，軟分層煤樣用于測試△p和煤地硬度f值.六、需要配備物資1．Φ16×1.5mm無縫鋼管（普通4分管）240m，加工成每根長2.0m級部分短接，兩端車絲，其中2m花管（在鋼管上間距150mm打?qū)Υ┭?1-12排）6根，配套接箍160個.2．水泥50袋，膨脹劑20袋，速凝劑（錨桿藥）