煤层瓦斯参数测定设计

山东新河矿业有限公司3煤层瓦斯参数测定现场施工技术方案

山东鼎安检测技术有限公司

二〇一五年一月

山东新河矿业有限公司3煤层瓦斯参数测定现场施工技术方案

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山东鼎安检测技术有限公司

二0一五年四月

煤层瓦斯基础参数测定项目一览表

一、概况

新河矿业自2000年9月开工建设，2003年建成开始联合试运转，2005年7月正式生产。原设计生产能力a， 2008年后，在对井底车场、主要水平大巷及主提升、通风等矿井主要生产系统进行了扩容与改造的同时，对新河、唐口矿井井田边界进行了优化调整，经山东省国土资源厅批准，将相邻的唐口矿井630采区划归新河矿井开采，目前-400m生产水平处于收尾阶段，-980m水平正在进行开拓准备。

唐口矿井630采区划归新河矿井后，结合现场开采情况，将采区分为530采区、630采区和730采区，为确定新增加采区煤层的瓦斯参数，在530胶带集中巷及轨道集中巷施工瓦斯钻孔对煤层的瓦斯参数进行测定。

二、地质及水文地质条件

（一）地层产状

工作面穿越永东闸向斜两翼，西部处在永东闸西向斜的西翼，受两向斜构造影响，地层产状变化较大，走向SE～NE～SE，倾向SW～SE～SW，倾角5～29°，平均10°左右。

（二）褶曲

根据矿井延深区三维地震勘探资料，延深区发育有两个褶曲，分别为永东闸向斜、永东闸西向斜，受其影响地层产状变化较大。其特征如下：

1、永东闸西向斜：位于延深区中部，永东闸以西。轴向NW，延展长度约，幅度约40m。该向斜两翼不对称，西翼倾角较陡可达30°，东翼相对较缓为11°。

2、永东闸向斜：位于延深区东部，永东闸北侧，T21-1孔以西。轴向不明显，北部为NNE、南部转为NW，延展长度约，幅度约30m，西翼倾角较缓，在5°左右。

（三）断层

根据延深区三维地震勘探资料分析，工作面掘进过程中将揭露断层1条，落差11m，对巷道掘进影响较大。

该掘进工作面附近各断层特征见下表：

表3: 断层构造情况表

（4）主要含水层

530胶带集中巷掘进工作面沿3煤底板掘进，水文地质条件简单，主要受3煤顶底板砂岩及三灰含水层影响。

1、3煤顶底板砂岩含水层

根据水文补勘DM-203孔资料，3煤顶底板砂岩含水层厚，主要由浅灰色、灰色和深灰色粗、中、细砂岩组成，发育少量高角度裂隙，岩石较破碎。钻孔抽水试验资料表明，单位涌水量为s·m ，富水性弱。另外，从-980m水平二节胶带暗斜井掘进揭露3煤顶板砂岩情况看，掘进过程中仅有少量顶板淋水，水量小。

2、三灰含水层

该区域三灰厚，裂隙发育，充填方解石。水文补勘DM-201孔三灰含水层抽水试验资料表明，单位涌水量 L/s·m，富水性弱。三灰上距3煤层，对掘进无直接影响，但由于本区煤层埋藏深，三灰水压较高，构造复杂区域断层带、裂隙发育地段可能成为导通含水层通道，因此三灰为开采3煤层底板进水型直接充水含水层。

三、工程设计

（一）布置原则

钻孔位置充分考虑施工现场对瓦斯钻孔的影响，将施工瓦斯钻孔前后1个卸压孔均用水泥进行封堵严密，尽量减小卸压钻孔对其的影响，且不影响井下正常生产。

（二）钻孔结构

采用SGZ-3B型煤矿用坑道钻机，钻具组合：φ50×地质钻杆，φ75mm钻头。采用2ZBQ-10/15型注浆泵，浆液搅拌采用自制水泥浆搅拌桶。

钻孔采用一级结构，采用φ75mm钻头开孔钻进50m，其中钻进30米后取芯2米。施工完毕后孔内预留4分测压管（最里段安设一根花管），外段30米用水泥浆注浆封孔。

（三）钻孔位置及参数

为准确测定煤层瓦斯压力，使测出的瓦斯压力值能够代表煤层的原始瓦斯压力，测定煤层瓦斯压力地点要避开断层、褶皱、裂隙带等地质构造带，使钻孔周围煤层处于原始状态。通过察看矿井相关资料及井下实地考察结合煤层揭露情况，共布置3组测点（6个测压钻孔）测定3煤层的原始瓦斯压力测定。瓦斯钻孔位置示意图见图1。

1#测点布置在530胶带集中巷L8右侧50m处与75～80m处，与巷道呈80°夹角，倾角8°开孔，终孔位置在3煤层顶板；

2-1#钻孔布置在530轨道集中巷向里距离3-1#钻孔50m左右，2-2#钻孔布置在2-1#钻孔右侧距其35m左右处，垂直与巷道左帮开孔，终孔位置在3煤层顶板；

3#测点布置在530胶带集中巷运输联络巷与530胶带集中巷交汇处及530胶带集中巷运输联络巷与530轨道集中巷交汇处附近(3-1#钻孔在530胶带集中巷运输联络巷与530胶带集中巷交汇处向内40m处、3-2#钻孔在530胶带集中巷运输联络巷与530轨道集中巷交汇处)，两钻孔均垂直所在巷道侧帮，3-1#钻孔倾角8°开孔，3-2#钻孔

倾角7°开孔，终孔位置在3煤层顶板（预计两钻孔孔深均为左右）。

图1 瓦斯压力钻孔布置图

（四）钻孔施工要求：

①测压钻孔应选择在无断层、裂隙等地质构造处，应避开含水层、溶洞，并保证钻孔与其距离不小于50m，钻孔周围煤层应处于原始状态，应避开采动、瓦斯抽采及其他人为卸压影响范围，并保证钻孔与其距离不小于50m；

②同一地点应设置两个测压钻孔，其终孔见煤点或测压气室应在相互影响范围外，其距离除石门测压外应不小于20m；

③选择合适的测压地点后,以8°的仰角从向煤层打钻,钻孔采用φ75mm钻头，钻孔深度保证穿过整个煤层，终孔点为煤层顶板。钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，如钻孔报废应离开报废钻孔至少20m重新进行施工；钻孔施工过程中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔在煤层中长度、钻孔开钻时间、见煤顶板距离及时间及钻孔完成时间。钻孔施工参数示意图见图2。

（五）封孔

由于煤层瓦斯是粘性很小的气体，其粘度系数μ=×10-6Pa·s，在高压作用下，可以说是无孔不入。钻孔孔壁内存在细微孔道，在高压瓦斯的作用下很可能连通起来，形成瓦斯泄漏的立体交叉通道。在具有煤与瓦斯突出危险的煤层中，一般地应力高，煤层透气系数小；因此测压时微量的漏气，就能导致所测压力值的很大降低。

在松软的煤层中测压时，钻孔周围往往具有卸压圈和裂隙网，发生漏气是显而易见的。页岩、砂质页岩中也往往裂隙发育，所以在页岩、砂质页岩和煤层中测定瓦斯压力要取得可靠的结果较为困难。而煤系地层大多为页岩和砂质页岩，这就是测压结果误差较大的主要原因。实践表明，封堵孔壁裂隙用固体物显然是不行的，只能用粘性液体(或流体)，为了抵抗高压瓦斯的排斥，粘性液体压力应始终高于瓦斯压力，这是准确测压的关键。本次压力测定决定采用水泥浆封堵测压钻孔。

测压管均选用Φ16×无缝钢管（普通4分管），为便于安装,取每根钢管长或，根