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1、山東新河礦業有限公司3煤層瓦斯參數測定現場施工技術方案山東鼎安檢測技術有限公司二一五年一月山東新河礦業有限公司3煤層瓦斯參數測定現場施工技術方案編寫： 審核： 批準： 山東鼎安檢測技術有限公司二0一五年四月煤層瓦斯基礎參數測定項目一覽表項目名稱依據標準備注煤層瓦斯基礎參數測定瓦斯壓力直接測定AQ/T1047-2007煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法工業分析測試GBT 212-2008煤的工業分析方法真相對密度測試GBT 217-2008煤中真相密度測定方法視相對密度測試GB 6949-2010-T 煤的視相對密度測定方法孔隙率測試GBT 23561.4-2009煤和巖石物理力學性質測定方法堅2、固性系數測試GB_T 23561.12-2010煤的堅固性系數測定瓦斯放散初速度P測試AQ 1080-2009瓦斯放散初速度測定方法瓦斯吸附常數測試GBT 19560-2008 煤的高壓等溫吸附試驗方法煤的破壞類型AQ1024-2006煤與瓦斯突出性鑒定規范煤層瓦斯含量井下自然解吸瓦斯量GB/T 23250-2009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、概況新河礦業自2000年9月開工建設，2003年建成開始聯合試運轉，2005年7月正式生產。原設計生產能力0.3Mt/a， 2008年后，在對井底車場、主要水平大巷及主提升、通風等礦井3、主要生產系統進行了擴容與改造的同時，對新河、唐口礦井井田邊界進行了優化調整，經山東省國土資源廳批準，將相鄰的唐口礦井630采區劃歸新河礦井開采，目前-400m生產水平處于收尾階段，-980m水平正在進行開拓準備。唐口礦井630采區劃歸新河礦井后，結合現場開采情況，將采區分為530采區、630采區和730采區，為確定新增加采區煤層的瓦斯參數，在530膠帶集中巷及軌道集中巷施工瓦斯鉆孔對煤層的瓦斯參數進行測定。二、地質及水文地質條件（一）地層產狀工作面穿越永東閘向斜兩翼，西部處在永東閘西向斜的西翼，受兩向斜構造影響，地層產狀變化較大，走向SENESE，傾向SWSESW，傾角529，平均10左右。（4、二）褶曲根據礦井延深區三維地震勘探資料，延深區發育有兩個褶曲，分別為永東閘向斜、永東閘西向斜，受其影響地層產狀變化較大。其特征如下：1、永東閘西向斜：位于延深區中部，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30，東翼相對較緩為11。2、永東閘向斜：位于延深區東部，永東閘北側，T21-1孔以西。軸向不明顯，北部為NNE、南部轉為NW，延展長度約0.58km，幅度約30m，西翼傾角較緩，在5左右。（三）斷層根據延深區三維地震勘探資料分析，工作面掘進過程中將揭露斷層1條，落差11m，對巷道掘進影響較大。該掘進工作面附近各斷層特征見下表：表3: 斷5、層構造情況表斷層名稱性 質產 狀落差（m）影響程度走向（）傾向（）傾角（）F1正斷層3102205011小（4）主要含水層530膠帶集中巷掘進工作面沿3煤底板掘進，水文地質條件簡單，主要受3煤頂底板砂巖及三灰含水層影響。1、3煤頂底板砂巖含水層根據水文補勘DM-203孔資料，3煤頂底板砂巖含水層厚44.76m，主要由淺灰色、灰色和深灰色粗、中、細砂巖組成，發育少量高角度裂隙，巖石較破碎。鉆孔抽水試驗資料表明，單位涌水量為0.004613L/sm ，富水性弱。另外，從-980m水平二節膠帶暗斜井掘進揭露3煤頂板砂巖情況看，掘進過程中僅有少量頂板淋水，水量小。2、三灰含水層該區域三灰厚4.82m，6、裂隙發育，充填方解石。水文補勘DM-201孔三灰含水層抽水試驗資料表明，單位涌水量0.000551 L/sm，富水性弱。三灰上距3煤層48.5m，對掘進無直接影響，但由于本區煤層埋藏深，三灰水壓較高，構造復雜區域斷層帶、裂隙發育地段可能成為導通含水層通道，因此三灰為開采3煤層底板進水型直接充水含水層。三、工程設計（一） 布置原則鉆孔位置充分考慮施工現場對瓦斯鉆孔的影響，將施工瓦斯鉆孔前后1個卸壓孔均用水泥進行封堵嚴密，盡量減小卸壓鉆孔對其的影響，且不影響井下正常生產。（二）鉆孔結構采用SGZ-3B型煤礦用坑道鉆機，鉆具組合：505.5mm地質鉆桿，75mm鉆頭。采用2ZBQ-10/15型注漿泵7、，漿液攪拌采用自制0.15m3水泥漿攪拌桶。鉆孔采用一級結構，采用75mm鉆頭開孔鉆進50m，其中鉆進30米后取芯2米。施工完畢后孔內預留4分測壓管（最里段安設一根花管），外段30米用水泥漿注漿封孔。（三） 鉆孔位置及參數為準確測定煤層瓦斯壓力，使測出的瓦斯壓力值能夠代表煤層的原始瓦斯壓力，測定煤層瓦斯壓力地點要避開斷層、褶皺、裂隙帶等地質構造帶，使鉆孔周圍煤層處于原始狀態。通過察看礦井相關資料及井下實地考察結合煤層揭露情況，共布置3組測點（6個測壓鉆孔）測定3煤層的原始瓦斯壓力測定。瓦斯鉆孔位置示意圖見圖1。1#測點布置在530膠帶集中巷L8右側50m處與7580m處，與巷道呈80夾角，傾角8、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膠帶集中巷運輸聯絡巷與530膠帶集中巷交匯處及530膠帶集中巷運輸聯絡巷與530軌道集中巷交匯處附近(3-1#鉆孔在530膠帶集中巷運輸聯絡巷與530膠帶集中巷交匯處向內40m處、3-2#鉆孔在530膠帶集中巷運輸聯絡巷與530軌道集中巷交匯處)，兩鉆孔均垂直所在巷道側幫，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（預計兩鉆孔孔深均為60.0m左右）。圖1 瓦斯9、壓力鉆孔布置圖（四）鉆孔施工要求：測壓鉆孔應選擇在無斷層、裂隙等地質構造處，應避開含水層、溶洞，并保證鉆孔與其距離不小于50m，鉆孔周圍煤層應處于原始狀態，應避開采動、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；同一地點應設置兩個測壓鉆孔，其終孔見煤點或測壓氣室應在相互影響范圍外，其距離除石門測壓外應不小于20m；選擇合適的測壓地點后,以8的仰角從向煤層打鉆,鉆孔采用75mm鉆頭，鉆孔深度保證穿過整個煤層，終孔點為煤層頂板。鉆孔施工應保證鉆孔平直、孔形完整，如鉆孔報廢應離開報廢鉆孔至少20m重新進行施工；鉆孔施工過程中應準確記錄鉆孔方位、傾角、長度、鉆孔在煤層中長度、鉆孔開10、鉆時間、見煤頂板距離及時間及鉆孔完成時間。鉆孔施工參數示意圖見圖2。（五）封孔由于煤層瓦斯是粘性很小的氣體，其粘度系數=1.0810-6Pas，在高壓作用下，可以說是無孔不入。鉆孔孔壁內存在細微孔道，在高壓瓦斯的作用下很可能連通起來，形成瓦斯泄漏的立體交叉通道。在具有煤與瓦斯突出危險的煤層中，一般地應力高，煤層透氣系數小；因此測壓時微量的漏氣，就能導致所測壓力值的很大降低。在松軟的煤層中測壓時，鉆孔周圍往往具有卸壓圈和裂隙網，發生漏氣是顯而易見的。頁巖、砂質頁巖中也往往裂隙發育，所以在頁巖、砂質頁巖和煤層中測定瓦斯壓力要取得可靠的結果較為困難。而煤系地層大多為頁巖和砂質頁巖，這就是測壓結果誤差11、較大的主要原因。實踐表明，封堵孔壁裂隙用固體物顯然是不行的，只能用粘性液體(或流體)，為了抵抗高壓瓦斯的排斥，粘性液體壓力應始終高于瓦斯壓力，這是準確測壓的關鍵。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161.5mm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，根據現場實際情況用接箍聯接成需要的長度；測壓管根據需要一端位于測壓室內（需加工成花管）,其露出鉆孔一端接壓力表。圖2 鉆孔施工參數示意圖鉆孔打好以后，應在24h內進行封孔。封孔時將連接好的瓦斯測壓管送入測壓鉆孔內，并送入鉆孔內見煤點測壓氣室。在鉆孔內測壓管距孔口滿足封孔深度要求處安設一個擋盤（纏繞棉紗）12、用于阻止封孔材料堵塞測壓氣室；根據預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，將引出孔外的測壓管接上瓦斯壓力表。封孔完成24h后關閉壓力表閥門即開始進行瓦斯壓力測定，每3d記錄一次瓦斯壓力，連續觀察20d后如瓦斯壓力連續3d內變化小于0.015MPa，則可認為這個穩定的壓力就是煤層原始瓦斯壓力；測壓結束后,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場煤芯取樣解析、實驗室解析兩部分。根據現場瓦斯自然解吸量與實驗室數據處理后得到的瓦斯解吸量，進行計算得出瓦斯含量。1、采樣前準備煤樣罐在使用前必須進行氣密性檢測；氣密性檢測可通過向煤樣罐內注空氣至13、表壓1.5MPa以上，關閉后擱置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，將量管內灌滿水，關閉底塞并倒置過來，放置10min，量管內水面不動為合格。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，采樣深度應超過鉆孔施工地點巷道的影響范圍，并滿足以下要求：在采掘工作面取樣時，采樣深度應根據采掘工作面的暴露時間來確定，但不應小于12m；在石門或巖石巷道采樣時，距煤層的垂直距離應視巖性而定，但不得小于5m。采樣時間：采樣時間是指用14、于瓦斯含量測定的煤樣從暴露到被裝入煤樣罐密封所用的實際時間不應超過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。自然解析裝置見圖3。煤樣罐通過排氣管5與解吸儀連接后，打開彈簧夾3，隨即有從煤樣泄出的瓦斯進入量管，用排水集氣法將瓦斯收集在量管內。如果量管體積不足以容納60 min 內從煤樣泄出的全部瓦斯，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連通解吸儀繼續觀測。如果在解吸儀觀測中沒有瓦斯泄出，應當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15、罐密封運到井上后，要進行試漏，將煤樣罐沉入清水中，仔細觀察5min，檢查有無氣泡冒出。如果發現有氣泡滲出，則要更換煤樣罐或膠墊重新取樣。如不漏氣，可以送實驗室繼續進行實驗。4、實驗室殘存解吸將經過自然瓦斯解吸過的煤樣送至實驗室，先檢查各設備的氣密性，若是氣密性良好，再進行以下實驗。將煤樣罐與常壓自然解析裝置（見圖4）連接，緩慢打開煤樣罐閥門，測定粉碎前自然解析瓦斯量。測定完畢后，稱量煤樣總重，從中稱取兩份二次煤樣，進行粉碎，并與常壓自然解析裝置連接，測定粉碎后自然解析瓦斯量。圖4 常壓自然解析測定裝置5、瓦斯含量計算根據現場瓦斯自然解吸量與實驗室數據處理后得到的瓦斯解吸量，進行計算得出瓦斯含量16、。X=X1+X2+X3+X4+Xb式中：X瓦斯含量，cm3/g；X1煤樣的井下解吸瓦斯量，cm3/g；X2煤樣的瓦斯損失量，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不可解析瓦斯量，cm3/g。五、煤樣的采取1、煤樣的采取目的此過程為了煤層瓦斯含量和瓦斯放散初速度（P）的測定。煤層瓦斯含量的測算可通過采集新鮮煤樣，先進行工業性分析；然后進行瓦斯含量的測定與計算等步驟來完成。煤的工業成份直接影響著煤層瓦斯含量的計算。因此，在預測煤層瓦斯含量時，應對煤的組分進行工業性分析。2、煤樣的采取步驟煤樣的取樣方法為掏槽取樣法，如圖5所示，在掘進工作面或回采17、工作面的刷切巷處的煤層斷面上掏槽取煤樣，掏槽位置巷道斷面的中心線處，槽高為巷道高，寬200mm，深100mm，掏下的煤塊的長、寬、高不大于50mm。取樣前，先在取樣煤壁下方放一塊風筒布用于接住掏下的煤塊，其大小以能接住掏下的煤塊為宜。掏槽完畢后，將風筒布上的煤塊充分混合后，采用十字對角淘汰法取最后留下的約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的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，然后將對角的兩部分去掉，再將留下的煤樣繼續進行上述操作，直到留下大約5.0kg的煤樣即可。在礦井測壓點附近的煤層巷道中采取各煤層的全層煤樣和軟18、分層煤樣，每個約5.0kg左右。本次在該礦測壓點附近的煤層巷道中共采取3組煤樣。煤樣采取后應盡快用密封性好的塑料袋封裝，并填寫煤樣標簽。其中全層煤樣用于測試吸附常數a、b值和進行工業分析，軟分層煤樣用于測試p和煤的硬度f值。六、需要配備物資1161.5mm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打對穿眼11-12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）100支。3棉紗、細鐵絲若干。4采煤樣用鎬1把。5準備工作服2-4套（礦燈、靴子、安全帽、毛巾）。6、采用ZDY4000S型煤礦井下全液壓鉆機，19、配備55KW電機。鉆具組合：73mm凹槽地質螺旋鉆桿，75mm鋼體式復合片鉆頭。采用3NB-320/8-30型泥漿泵，額定壓力8MPa，額定流量320L/min。七、安全技術措施1認真制定鉆孔施工的安全技術措施，以保證鉆孔過程中的施工安全；安全技術措施中要特別注意現場壓力測試結束拆卸壓力表時的人員的防護措施、工作過程中人員應處于壓力表的上風側，泄壓噴口嚴禁沖向人員；安排專人注意觀察卸壓孔附近的狀況，發現異常及時匯報處理。2測試人員應根據井下實際狀況，隨時注意安全；3測試和施工過程中應留意來往礦車，在保證安全的前提下正規操作；4加強鉆機附近段的巷道支護，保證施工安全。同時，鉆機要安裝牢固，以免改變鉆孔方向和角度，造成鉆孔偏移。5.鉆進過程中如遇塌孔、構造破碎帶和出現其它的孔內事故時，不可強行通過，可換徑擴孔或注漿護壁后再復鉆進。6.因處理孔內事故而需要擴孔時，須安設使用導向鉆頭，以避免孔斜，保證鉆探工程的質量。7.嚴格鉆具的檢查，不合格鉆具嚴禁下入孔內，以防孔內事故發生，因故停鉆時，鉆具必須提至安全孔段。8.鉆進過程中因故停水、停電，應提前將鉆具提出孔口或提至安全孔段，并經常提動鉆具，并派專人值守，直至恢復供水、供電、排水，正常鉆進。