4.3煤层瓦斯压力测定

©安全工程实验教程××学院©安全工程实验教程一、实验目的•了解煤层瓦斯压力（P）的意义；•掌握直接测定煤层瓦斯压力的原理、方法、步骤；•能够独立设计完成井下的瓦斯压力的测定工作。©安全工程实验教程二、实验原理通过地面钻孔或井下钻孔揭露煤层，安设瓦斯压力测定装置及仪表，封孔后，利用煤层瓦斯的自然渗透作用，使钻孔揭露煤层处或测压室的瓦斯压力与未受钻孔扰动煤层的瓦斯压力达到相对平衡，并通过测定钻孔揭露煤层处或测压室的瓦斯压力来表征被测煤层的瓦斯压力。按照封孔方式分为主动式和被动式，主动式封孔的基本原理是“固封液，液封气”，即在封闭段两端的固体物质间注入压力密封液，在高于预计瓦斯压力的密封粘液的作用下，密封液渗入孔壁与固体物的裂缝和孔隙周围的裂隙中以阻止煤层瓦斯泄漏（胶囊-粘液封孔）；被动式封孔的基本原理是用固体物充填测压管与钻孔壁之间的空隙（如黄泥、水泥砂浆、聚氨酯等）©安全工程实验教程三、仪器设备•煤层瓦斯压力测定模拟装置•胶囊-粘液封孔测压仪•机械秒表等©安全工程实验教程四、实验步骤（1）煤矿井下胶囊-密封粘液封孔测压法封孔步骤：①如图1所示，在测压地点先将封孔器组装好，将其放入预计的封孔深度，在孔口安装好阻退楔，联接好封孔器与密封粘液罐、压力水罐，装上各种控制阀，安装好压力表。②启动压力水罐开关向胶囊（胶圈）充压力水，待胶囊（胶圈）膨胀封住钻孔后开启密封粘液罐往钻孔的密封段注入密封粘液，密封粘液的压力应略高于预计的煤层瓦斯压力。©安全工程实验教程四、实验步骤③胶囊（胶圈）-密封粘液封孔测压法设备、材料、仪表及工具Ⅰ.密封粘液密封粘液由骨料、填料和粘液混合而成。密封粘液（封堵间隙为不大于4mm）的配方为：化学浆糊粉（淀粉+防腐剂）与水的比例（质量比）1：16制成粘液，骨料与粘液的比例（体积比）为1：8，填料与粘液的比例（体积比）为1：16。其中骨料由粒度为0.5～1.0mm，1.0～2.5mm，2.5～5.0mm的炉渣按体积比1：2：3混合而成；填料由0.25～0.5mm，0.5～1mm，1.0～2.5mm的锯末按体积比1：1：1均匀混合而成。Ⅱ.密封粘液罐和压力水罐用于预计的煤层瓦斯压力小于5MPa时的封孔，液压和水压由液态CO2提供。Ⅲ.封孔器组件进液管、进水管、测压管、胶囊（胶圈）及测定仪表。©安全工程实验教程四、实验步骤1-注气口；2-手把；3-加压手轮；4-推力轴承；5-胶圈；6-压力表；7-封孔胶圈；8-高压软管；9-阀门；10-高压CO2或N2瓶；11-粘液；12-粘液缸。125346789101112CO2图1胶囊（胶圈）-密封粘液封孔测压示意图©安全工程实验教程四、实验步骤（2）煤矿井下注浆封孔测压法封孔步骤：测压管材为拉制铜管的测压封孔步骤为：①如图2所示，通过辅助管将安装有夹持器的测压管（1根管的长度大于测定钻孔的长度）安装至预定的（测压）深度，在孔口用木楔封住，并安装好注浆管；②根据封孔深度确定膨胀不收缩水泥的使用量。按一定比例（参考值为：水灰比为2：1，膨胀剂的掺量为水泥的12％）配好封孔水泥浆，用泥浆泵一次连续将封孔水泥浆注入钻孔内；③注浆24h后，在孔口安装三通及压力表。©安全工程实验教程四、实验步骤1-充气装置（主动测压）；2-三通；3-压力表；4-术楔；5-测压管；6-煤层；7-封堵材料；8-注浆管；9-注浆泵；10-夹持器；11-筛孔管图2采用拉制铜管测压时注浆封孔测压示意图3©安全工程实验教程四、实验步骤测压管材为输送流体用无缝钢管的测压封孔步骤为：①如图3所示，将测压管（测压管长度以井下巷道及运输条件而定）安装至预定的深度，在孔口用木楔封住，并安装好注浆管。②根据封孔深度确定膨胀不收缩材料、清水以及水泥的使用量，按一定比例（参考值为：水灰比为2：l，膨胀剂的掺量为水泥的12％）配好封孔水泥浆，用泥浆泵一次连续将封孔水泥浆注入钻孔内；③注浆24h后，在孔口安装三通及压力表。©安全工程实验教程四、实验步骤l-充气装置（主动测压）；2-三通；3-压力表；4-木楔；5-测压管；6-煤层；7-封堵材料；8-注浆管9-注浆泵；10-筛孔管图3采用输送流体用无缝钢管测压时注浆封孔测压示意图©安全工程实验教程四、实验步骤（3）本次实验室测试步骤本次实验室测试采用如图4所示的实验仪器，模拟已打好的钻孔进行测定。①按照图4所示连接煤层瓦斯压力测定钻孔模拟装置；②按照胶囊-粘液封孔测压方法连接测压管（线）路；③按照图1所示的胶囊-密封粘液封孔测压示意图将测压仪的管（线）路送入模拟钻孔装置内，预留1m的测压室；④对2节胶囊加压，使胶囊膨胀，确定胶囊膨胀到位后，利用粘液罐将粘液压入2节胶囊的中间密封段内，密封粘液的压力应略高于煤层预计的瓦斯压力；⑤此时，安装好测压模拟装置上的压力表，并打开测压室进气口与钢瓶间的阀门，使测试气体进入测压室，并按照每5min升高0.1MPa的速度逐渐升高测压室的压力值，要确保测压室内的气体压力略低于粘液的压力。©安全工程实验教程四、实验步骤⑥观察胶囊-粘液封孔测压仪三通上的压力表读数，此时，该三通压力表的读数即为测压钻孔内煤层瓦斯压力P（Pa），记录逐渐升高的压力值。⑦如进行主动测压时，亦可利用胶囊-粘液封孔测压仪的三通对钻孔测压室内进行补气，缩短煤层瓦斯压力恢复和稳定的时间。⑧测压完毕后，回收测压仪。注意：测压仪回收时，要严格按照操作程序，按顺序进行，先释放瓦斯，再释放粘液压力，最后释放胶囊乳化液压力，否则会出现危险。⑨测压仪器使用完后应及时清理，并擦干各部件，以防生锈。注意：通粘液的通道要通过手动式乳化液泵打压清洗，避免粘液堵塞管路。©安全工程实验教程四、实验步骤图4煤层瓦斯压力测定钻孔模拟装置©安全工程实验教程五、数据分析表1煤层瓦斯压力测定数据分析实验日期钻孔长度封孔长度封孔深度实验气压充气时间时间（min）读数（ml）时间（min）读数（ml）055560106515702075308035854090459550100数据曲线拟合及分析©安全工程实验教程六、注意事项在整个操作和测试期间，人员不得面对封孔器，以防封孔器突然冲出伤人。（1）实验装置连接时要连接密封好。（2）要确保2节胶囊膨胀到位，并预留好一定长度的测压室。（3）要确保胶囊的压力略高于粘液的压力，密封粘液的压力应略高于煤层预计的瓦斯压力。（4）拆除实验装置时，必须保证各部分处于卸压状态，卸压的先后顺序为：测压室、密封粘液、胶囊，确保实验装置拆除时的安全。