瓦斯压力测定研究与应用

瓦斯压力测定研究与应用
瓦斯压力是决定瓦斯含量、瓦斯流动动力和瓦斯动力现象的基本参数，其测定对防治瓦斯事故有着重要作用。

瓦斯压力测定有直接测定和通过相关参数反算两种方法。

本文用两种方法对山西晋煤集团阳城晋圣诚南煤业有限公司15号煤层进行了压力参数测定，为该矿井的瓦斯灾害防治和安全生产提供了基础数据。

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0 引言
随着我国煤矿开采深度的增加，瓦斯灾害日益严重。

因此，防治煤与瓦斯突出以及其它瓦斯事故越来越重要。

瓦斯压力是决定瓦斯含量、瓦斯流动动力和瓦斯动力现象的基本参数。

本文结合晋煤集团阳城晋圣诚南煤业有限公司的实际情况，对瓦斯压力进行了参数测定，并对测定过程中遇到的问题进行了研究，以便于为本矿瓦斯灾害治理工作提供基础数据资料和理论基础。

1 工程概况
山西晋煤集团阳城晋圣诚南煤业有限公司井田位于阳城县白桑乡、东冶镇境内，主要可采煤层15号煤层均为中厚煤层，全区稳定可采，煤厚1.40～3.40m，平均煤厚2.49m，顶底板条件较好，煤层具有自燃性，煤尘具爆炸性。

矿井设计年产量0.45Mt/a。

为了掌握该矿井瓦斯压力的具体情况，为煤层的安全开采提供指导，本文结合现场生产实际，对山西晋煤集团阳城晋圣诚南煤业有限公司15号煤层的瓦斯压力进行了测定。

2 瓦斯压力测定方案
2.1 测试地点选择
依据瓦斯压力测点布置原则，结合诚南煤业有限公司15号煤层的开拓及采掘工程现状，瓦斯压力测点布置在本煤层，钻孔方向为上向钻孔，倾角5°，钻孔深度30m，具体如图1所示。

2.2 选择钻孔施工参数
诚南煤业有限公司15号煤层4个测点钻孔均为上行钻孔，在间距方面，每一组钻孔的终孔位置往往超过20m，施工钻机的型号、钻孔直径分别为ZDY-650和Φ75mm，所布置的4个地点各个钻孔施工参数，如表1所示。

其中1、3测点直接测定，2、4测点通过计算间接确定。

表1测压钻孔施工参数
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2.3 钻孔施工与封孔
采用膨胀水泥对瓦斯压力测定的孔进行封孔处理，采用被动测压法进行测压。

在施工钻孔后的24小时内，对每个钻孔进行注浆封孔处理，压力表安装在每个钻孔浆体凝固产生一定强度后进行，通常为24小时，具体测压钻孔施工情况与封孔情况如表2所示。

表2测压钻孔施工与封孔情况
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3 测试结果
3.1 压力变化曲线
诚南煤业有限公司15号煤层瓦斯压力数据观测历时近1个月，由河南理工大学科研人员和矿方工程技术人员共同观测，瓦斯压力平稳上升，无异常变化，具体情况如下：
诚南煤业有限公司15号煤层1号孔于2013年8月16号安装压力表，8月29日瓦斯压力升为0.09MPa，至9月15号表压稳定在0.09Mpa，其压力变化曲线见图2。

诚南煤业有限公司15号煤层3号孔于2013年8月17号安装压力表，8月28日瓦斯压力升为0.06MPa，至9月15号表压稳定在0.06Mpa，其压力变化曲线如图3所示。

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图21号孔瓦斯压力变化曲线
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图33号孔瓦斯压力变化曲线
3.2 压力实测结果
对测压孔进行封孔处理后，对瓦斯压力进行定时观察、记录，同时对漏气情况进行仔细检查，在检测过程中，如果连续数天瓦斯压力无变化，在这种情况下可认为这个压力就是煤层瓦斯的压力。

根据诚南煤业有限公司15号煤层现有的实际情况，各测定地点压力测试钻孔深度顺层钻孔30m，封孔28m，无卸压影响，煤层瓦斯封闭情况较好。

在这种情况下，所测瓦斯压力能够真实反映所测区域的瓦斯原始压力，经过30天左右时间的测定，相关地点所测定的瓦斯压力结果如表3所示。

3.3 压力反算结果
对于压力不能直接测定的采取间接反推法。

根据朗格缪尔公式：
x=■(■)×■+■
式中x——煤层瓦斯含量，m3/t；
a——吸附常数，试验温度下的极限吸附量，m3／t；
b——吸附常数，MPa-1；
p——煤层瓦斯压力，MPa；
Aad——煤的灰分，％；
Mad——煤的水份，％；
k——煤的孔隙体积，m3／m3；
γ——煤的密度，t／m3。

令c=(■)×■
推导得出瓦斯压力的计算公式为：
P=■
其中各项参数和计算得到的瓦斯压力如表4所示。

4 结论
经过对诚南煤业有限公司15号煤层现场调研、瓦斯压力钻孔施工、瓦斯压力测试封孔与观测等一系列工作，采用现场实测、综合计算分析等方法，得到如下结论：
①5号煤层测点标高+599.1～+601.6m，瓦斯压力（绝对压力）为0.16～0.26 Mpa，测定结果符合预期。

②突出矿井规定的危险值是0.74MPa，而本矿实测和计算范围为0.16～
0.26MPa，可知在测点控制范围内，从瓦斯压力这方面来说该矿井不在突出矿井的范围。

③由于该矿井为兼并重组整合后的矿井，新设计采区与原老空区、地质构造等关系复杂，为了保障安全生产，诚南煤业有限公司15号煤层后期的开拓和采掘过程中，在开拓新的水平、新的采区，或采深增加50m，或者进入新地质单元时，应重新测定煤层瓦斯压力，为矿井瓦斯灾害防治提供参考。

参考文献：
[1]国家安监总局.AQ/T 1047-2007，煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法[S].北京:煤炭工业出版社，2007.
[2]国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.
[3]姚元领，司俊鸿.浅谈有关瓦斯压力测定的一点认识[J].能源技术与管理，2010(02).
王长建(1989-)，男，河南郑州人，在读硕士，主要从事煤矿开采及瓦斯防治方面的研究。