影响煤层瓦斯压力测定的因素分析.doc

影响煤层瓦斯压力测定的因素分析摘要：阐述了煤层瓦斯压力测定的重要性以及测压不准的不良后果；介绍了瓦斯压力测定的原理，然后从系统论的观点出发，从人、设备、环境以及管理等方面详细分析了影响煤层瓦斯压力测定的因素，并指出影响测压效果的最重要的因素是人。笔者在贵州省的一些煤矿做矿井突出危险性鉴定时充分考虑了这些因素对测压效果的影响，使得测压的准确性大大提高。本文所阐述的影响瓦斯压力测定的因素可以帮助测压工作者更好的进行测压工作，提高测压的准确性，对于指导现场工作具有非常重要的意义。关键词：瓦斯压力测定1引言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。煤层瓦斯压力是瓦斯涌出和突出的动力，也是煤层瓦斯含量多少的标志。准确测定瓦斯压力对矿井有效而合理的防治瓦斯灾害，预测预报煤与瓦斯突出危险性，合理制订防突消突措施等均具有十分重要的意义。测定煤层瓦斯压力是一项复杂的系统工程。笔者根据长期的测压经验，以往钻孔测压的成功率能达到70%就算是比较高的了，个别钻孔测压的报废率甚至达到了50%；不能准确测定煤层瓦斯压力将会产生如下不良后果：（1）浪费大量的人力、物力和财力。（2）在利用煤层瓦斯压力预测预报煤与瓦斯突出危险性时，若测得的瓦斯压力没有超过防突细则规定的临界值0.74Mpa，而实际值却远远大于临界值时会因为误报瓦斯压力而直接引起突出事故的发生，导致人员伤亡和生产中断。（3）若测得的瓦斯压力超过临界值0.74Mpa，而实际值却远远小于临界值时,会使技术管理人员对今后的突出预测或防突措施效果检验结果产生一定的怀疑或缺乏信心，造成防突措施工作量大大增加，增添不必要的投资费用，影响安全生产的正常进行。（4）用间接法预测煤层瓦斯含量时，若煤层瓦斯压力测量不准会直接导致煤层瓦斯含量预测不准确，让技术管理人员产生误判。为了准确测定煤层瓦斯压力，避免以上不良后果的发生，本文将首先介绍瓦斯压力测定的原理，然后对影响煤层瓦斯压力测定的因素进行全面的分析。2瓦斯压力测定的原理煤层瓦斯压力测定的原理是向煤层打一钻孔，深入煤层内，通过钻孔在煤孔内布置一根瓦斯管与外界沟通，连上瓦斯压力表，封闭钻孔与外界的联系。此时，由于煤孔内的瓦斯已经向外放散，压力较低，煤孔周围的煤层中瓦斯向煤孔内运移，压力逐渐增高。由于煤孔周围的煤体体积远大于煤孔的空间体积，煤层内的吸附瓦斯量又比游离瓦斯量大得多，故经过一段时间的瓦斯渗流，煤孔内的瓦斯压力逐渐接近煤层的原始瓦斯压力，从外部的压力表上可以读出煤孔内的瓦斯压力值。3影响瓦斯压力测定的因素分析从系统论的观点出发，瓦斯压力测定是由人、设备、环境共同形成的一个特殊的“人机环境”系统。能否准确测定煤层瓦斯压力必然要受到系统中各种因素以及它们之间的相互关系的影响。系统中的人不仅包括读表人员还包括打钻人员、封孔人员以及煤矿工作人员。设备包括测压管、检查管（又称回浆管）、注浆管、连接设备（二通阀、三通阀等）、注浆泵、封孔材料（水泥、膨胀剂、速凝剂等）、M-或M-型瓦斯压力测定仪、测压表等等。系统中的环境包括测压地点、煤层顶底板岩性情况、钻孔周边岩石裂隙情况、地质构造影响、煤体性质、钻孔的设计参数等。这些因素之间的关系复杂，涉及面很广，一个因素处理不好就可能导致测压的失败，因此，必须对它们进行合理的组织、分析，才能充分发挥各自效能以保证能准确的测出煤层的瓦斯压力。下面来具体分析影响瓦斯压力测定的因素。3.1人员操作因素人是测压的主体，同时又是影响测压的主要因素，可以说测压结果的准确性主要取决于人。人员操作因素的影响主要表现在两个方面：其一，人员的责任心不强和不规范性操作最容易导致测值的不准确。如：测压钻孔布置不合理、打钻人员为图方便私自改变打钻方案使钻孔参数不符合要求、钻孔数量不足、钻孔深度不足或过长；测定时间掌握不规范，打钻与测定之间的时间间隔太长或者测定时未等压力表上的瓦斯压力数值稳定时就拆表读数；仪器操作不规范导致封孔装置堵塞或封孔不规范导致漏气等等；这其中主要涉及的人员有工程师（布置、设计钻孔人员）、读表人员、封孔人员以及打钻人员。其二，读表人员以及煤矿工作人员弄虚作假也是个不容忽视的因素，此点笔者在为贵州省的某些煤矿做矿井突出危险性鉴定时深有体会。比如在封孔失败即压力表中压力为零或者趋于零时，若读表人员责任心不强，自己编造个数据，这样也不能如实反应煤层真实的瓦斯压力值；再如某些煤矿的工作人员，在得知本矿井的瓦斯压力可能很高的情况下，蓄意破坏压力表，致使不能准确反应该矿的瓦斯压力值，使突出鉴定技术人员发生误判。3.2设备因素测压设备必须具有良好的技术和质量状态，否则也会导致测压结果的不准确。由于测压设备的一些元件本身的稳定性不高，使用时间较长时会发生损坏，使得测定误差较大。如采用水泥注浆封孔时涉及的设备主要有测压管、检查管（又称回浆管）、注浆管、连接设备（二通阀、三通阀等）、注浆泵、封孔材料（水泥、膨胀剂、速凝剂等）、测压表等。如采用M-或M-型瓦斯压力测定仪进行封孔测压时涉及到的设备主要有胶囊、瓦斯管、乳化液泵、瓦斯压力表等。这些设备的技术和质量状态与测压结果有密切关系。（1）测压地点煤层瓦斯压力的大小取决于煤生成后，煤层瓦斯的排放条件。测压地点的选取时直接影响测压是否成功的一个关键因素。测压地点不对将不能如实反应煤层真实的瓦斯压力。选择测压地点时，为了最大限度反应原始状态下的瓦斯压力，可参考以下原则：目标煤层周围无采空区，尽量选取在最近几年新开拓的岩石巷道；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；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，测压煤层周围岩石致密完整、无破碎带；煤层50m范围内无断层和大的裂隙；岩层无淋水，岩柱（垂高）至少大于10m；同一地点测压应打两个测压钻孔，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20m。瓦斯压力测量结果以压力较大的一个为准；选择瓦斯压力测定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10m；应尽可能地选择施工仰角测压孔，避免俯角和水平钻孔，同一地点测压应打两个测压钻孔；如果选取顺煤层施工测压孔，钻孔长度不小于40m，选取构造简单有利于施工的最新开掘的煤巷。（2）钻孔周边岩石裂隙情况如果钻孔周围岩石裂隙比较多，或者有比较大的裂隙时将会影响测压结果，尤其是在封孔质量不过关时更为明显。应尽量避开地质构造裂隙带。（3）地质构造的影响由于地质构造的影响，煤层的产状可能发生改变，钻孔布置位置可能达不到设计要求，未处于预计层位或深度，导致测值偏低。另外矿井中的断层或破碎带等地质条件对测压过程有很大的影响，如果必须在断层、裂隙带或破碎带地段施工测压孔时，首先必须对测压孔周围50m范围内注水泥浆或其它封堵材料，封堵围岩裂隙，这样才能准确测定瓦斯压力。（4）煤层顶底板岩性情况如果煤层的顶底板岩石比较致密，这将有利于瓦斯在煤层中的赋存，减少游离瓦斯的排放，有利于测压工作，缩短测压时间。3.4管理方面的因素有些矿井或科研鉴定机构对测压工作重视不够、管理不科学、不严格等，这也会间接导致测压结果的不准确。比如对测压人员不培训或培训不严格，测压人员不固定，人员流动性达，使测压人员的业务素质存在极大缺陷。在笔者为某些矿做突出危险性鉴定时有些矿井还违反客观规律和相关技术标准，对测压人员提出不合理的规定和要求，如为了加快生产或不影响其设计计划，在瓦斯压力表数值没有稳定的情况下就要求拆表。有效的管理能够使得人、设备、环境组成一个能够有效实现预期目标的系统。管理这一看似影响测压结果的间接因素，却是最具根本、最能制约瓦斯压力准确性的关键所在，无论是科研鉴定机构还是煤矿自身在测压时都应重视管理。3.5其他影响因素（1）瓦斯压力测定方法测定煤层瓦斯压力时，通常是从围岩巷道(石门或围岩钻场)向煤层打孔径为5075mm的钻孔，孔中放测压管，将钻孔密封后，用压力表直接进行测定。一般采取瓦斯压力自然恢复法来进行，如果时间紧迫则采用向钻孔注氮的方法来快速测定。实践证明，应尽可能采用上向施工测压孔，避免下向和水平孔测压。尽管下向孔在理论上是行的通的，但由于井下条件的限制，下向孔的施工和孔封质量很难保证，测压成功的机率很小。（2）封孔工艺的选择不同的封孔工艺对测压效果有不同的影响，选择什么样的封孔工艺直接关系到测压结果的准确性，下面来分析一下各种封孔工艺的优缺点。(1)粘土封孔的优点是此种方法简单易行；对封孔材料的要求也不高，封孔成本较低。但这种方法的明显缺点在于其封孔长度受限制，如孔深较长，粘土太软会导致刚度不够无法送至指定长度：粘土太硬会导致封孔不密实，影响测压效果；对粘土制作的技术要求高，粘土要适应孔的形状且软硬适中。(2)水泥砂浆封孔的优点就在于可以封较长孔深的孔；其封孔材料在封孔时为液态。凝固后变为固态，有效的解决了粘土封孔遇到的难题；且对人员技术要求会有所降低。固体封孔方法封孔在封孔段岩层为松软的砂岩、钻孔周围存在微裂隙或直接在煤层打测压钻孔时，固体物不能严密封闭钻孔周边的裂隙易于漏气。测出的瓦斯压力值往往低于真实的煤层瓦斯压力。(3)胶囊粘液封孔。胶囊粘液封孔方法在当封孔段岩层为松软的砂岩、钻孔周围存在微裂隙或直接在煤层打测压钻孔时可以比固体封孔方法更有效更准确测出瓦斯压力的方法，具有封孔时间短，密封效果较好的特点。缺点就是造价高，而且在松软岩层或煤层打测压钻孔时出现塌孔，糊孔时，测压封孔设备会被埋入孔中，无法回收，这样会导致测压钻孔成本上升，但此封孔方法测压效果比固体封孔方法好。(4)聚氨酯泡沫封孔法继承了胶圈胶囊封孔的优点，比之还降低了测压成本，且操作简单；配比可以延长发泡时间，发泡位数较高；克服了黄泥、水泥团、水泥砂浆等在岩石微裂隙封孔不严等缺点，它能扩散渗透到钻孔周围的网状裂隙，大大提高封孔质量，是一种封孔测压的有效的方法，测压效果更好。4总结煤层瓦斯压力测定是一个涉及人、设备、环境以及管理等因素的系统工程，测压过程中应充分考虑这些因素对测压效果的影响，只有充分了解这些因素，才能准确测定煤层瓦斯压力。在众多因素中人对测压效果的影响最大，测压结果的准确性主要取决于人。在测压过程中应加强对人的管理、培训，人员素质提高后才能对测压设备、环境等进行有效的组织，才能合理选择测压方法、测压地点以及封孔工艺，提高钻孔测压的成功率，才能准确测定煤层瓦斯压力。参考文献1周世宁,林柏泉煤层瓦斯赋存与流动理论M.北京:煤炭工业出版社.1997.2俞启香.矿井瓦斯防治M.徐州:中国矿业大学出版社,1992.3王佑安,吴继周煤矿安全手册第二篇，矿井瓦斯防治M.北京：煤炭工业出版社.19944中华人民共和国煤炭工业部防治煤与瓦斯突出细则M.北京：煤炭工业出版社,2005.5何书建煤层瓦斯压力测定新技术J.矿山压力与顶板管理,2003(3):116117.6中华人民共和国煤炭工业部煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法Z.1996.第 8 页 共 8 页