专利名称：一种直接测定煤矿井下煤层瓦斯压力的方法
技术领域：
本发明属于煤层瓦斯压力测定技术领域，尤其涉及一种直接测定煤矿井下煤层瓦斯压力的方法。
背景技术：
目前测定煤层瓦斯压力有两种方法分别是主动测压法和被动测压法，现有的测压方式对封孔有很强的技术要求。常用的小钻孔注浆封孔测压法的具体过程是通过向围岩封闭的煤层打小钻孔Φ65 Φ 75，在钻孔中放置测压管(通常采用直径Φ 12. 5的不锈钢管)，然后用水泥砂浆封闭测压钻孔和围岩之间的空隙这样的测压法；使用的材料有木楔、压力表、连接头、测压管、 水泥砂浆等。钻孔较小不能有效的封闭围岩，特别是岩石裂隙较多时候这种方法不能使用，测压成功率较低，而且当钻孔较长时候使用测压管较多，连接的密封问题较大，成本相对较高，操作程序相对也要复杂。现有技术在测量煤层瓦斯压力时候，测定工作时间长，成本高，密闭性存在较大缺陷，特别是细微的岩石裂隙和松软岩层，测压误差较大而且成功率低。
发明内容
本发明提供了一种直接测定煤矿井下煤层瓦斯压力的方法，旨在解决现有技术提供的测量煤层瓦斯压力的方法，测定工作时间长、成本高、密闭性存在较大缺陷，特别是对于细微的岩石裂隙和松软岩层，测压误差较大并且成功率较低的问题。本发明的目的在于提供一种直接测定煤矿井下煤层瓦斯压力的方法，该方法包括以下步骤步骤一，采用煤岩钻机向待测封闭煤层的围岩打大钻孔，在大钻孔外侧使用套管连接固定安装有三通的法兰盘；步骤二，通过法兰盘上的三通直接向大钻孔中注入水泥砂浆，待整个大钻孔中注入的水泥砂浆凝固成型后，取下法兰盘；步骤三，在大钻孔中间打小钻孔作为测压钻孔，安装上法兰盘，并对小钻孔进行气密性检查；步骤四，在法兰盘的三通上安装压力表，利用煤层瓦斯的自然渗透性原理，测定煤层瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力；步骤五，每天观测压力表的读数并进行记录，若压力表连续三天的读数变化小于O. 015MPa，则观测停止，将最后一次所观测压力表地压力读数加上O.1 MPa的大气压就是煤层的瓦斯压力。进一步，大钻孔的直径为108 125mm，小钻孔的直径为40 65 mm ;在大钻孔外侧连接固定法兰盘的套管的直径为108 125mm，长度为2000 3000mm。
进一步，所述套管采用无缝钢管制成。进一步，法兰盘上安装的三通设置有用于向大钻孔中注入水泥砂浆的第一阀门；用于安装压力表的第二阀门。进一步，当向大钻孔中注入水泥砂浆时，第一阀门呈开启状态，第二阀门呈关闭状态，同时第一阀门连通至注浆泵；在步骤四中，利用煤层瓦斯的自然渗透性原理，测定煤层瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力时，第一阀门呈关闭状态，第二阀门呈开启状态，同时第一阀门连通至压力表。进一步，利用注浆泵从第一阀门往大钻孔内注浆时，注浆的压力不小于3MPa，直到钻孔注满水泥砂浆为止，水泥砂浆配有一定比例的膨胀剂，配比为水泥砂浆膨胀剂=10:10进一步，在井下寻找合适测压地点，测压地点要求煤层一定要有完整围岩封闭，且避开构造带，围岩的厚度必须大于IOm,同时围岩的厚度不易过大，以小于40m为宜。进一步，在步骤一中，采用煤岩钻机向待测封闭煤层的围岩打大钻孔时，当钻孔围岩段揭露煤层时停止打钻，打钻采用破碎钻头，打钻完毕后清洗大钻孔。进一步，打钻小钻孔时，采用取芯钻，使方向与原方向相同，直到穿透煤层后并进入煤层顶板500mm，使煤层与外界相通。进一步，在步骤二中，通过法兰盘上的三通直接向大钻孔中注入水泥砂浆后，整个大钻孔中所注入水泥砂浆凝固成型的时间不小于24小时。本发明提供的直接测定煤矿井下煤层瓦斯压力的方法，采用煤岩钻机向待测封闭煤层的围岩打大钻孔，在大钻孔外侧使用套管连接固定安装有三通的法兰盘；通过法兰盘上的三通直接向大钻孔中注入水泥砂浆，待整个大钻孔中注入的水泥砂浆凝固成型后，取下法兰盘；在大钻孔中间打小钻孔作为测压钻孔，安装上法兰盘，并对小钻孔进行气密性检查；在法兰盘的三通上安装压力表，利用煤层瓦斯的自然渗透性原理，测定煤层瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力；每天观测压力表的读数并进行记录，若压力表连续三天的读数变化小于O. 015MPa,则观测停止，将最后一次所观测压力表地压力读数加上O.1 MPa的大气压就是煤层的瓦斯压力；该方法测定煤层瓦斯压力时，封孔更加高效，更加有效地密闭了围岩的裂隙，测压成功率高，精确度高，减少了测压管的使用数量，特别是钻孔越长和围岩段越长时，相对更加成本低，安全高效，测压时间短，易于操作，具有较强的推广与应用价值。
图1是本发明实施例提供的直接测定煤矿井下煤层瓦斯压力的方法的实现流程图；图2是本发明实施例提供的直接测定煤矿井下煤层瓦斯压力时的结构示意图。图中1、大钻孔；2、小钻孔；3、法兰盘；4、三通；41、第一阀门；42、第二阀门；5、套管；6、围岩；7、煤层。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。图1示出了本发明实施例提供的直接测定煤矿井下煤层中瓦斯压力的方法的实现流程。该方法包括以下步骤步骤S101，采用煤岩钻机向待测封闭煤层7的围岩6打大钻孔1，在大钻孔I外侧使用套管5连接固定安装有三通4的法兰盘3 ；步骤S102，通过法兰盘3上的三通4直接向大钻孔I中注入水泥砂浆，待整个大钻孔I中注入的水泥砂浆凝固成型后，取下法兰盘3 ；步骤S103，在大钻孔I中间打小钻孔2作为测压钻孔，安装上法兰盘3，并对小钻孔2进行气密性检查；步骤S104，在法兰盘3的三通4上安装压力表，利用煤层7中瓦斯的自然渗透性原理，测定煤层7中瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力；步骤S105，每天观测压力表的读数并进行记录，若压力表连续三天的读数变化小于O. 015MPa,则观测停止，将最后一次所观测压力表地压力读数加上O.1 MPa的大气压就是煤层7的瓦斯压力。在本发明实施例中，大钻孔I的直径为108 125mm，小钻孔2的直径为40 65mm ;在大钻孔I外侧连接固定法兰盘3的套管5的直径为108 125mm，长度为2000 3000mmo在本发明实施例中，套管5采用无缝钢管制成。在本发明实施例中，法兰盘3上安装的三通4设置有用于向大钻孔I中注入水泥砂浆的第一阀门41 ；用于安装压力表的第二阀门42。在本发明实施例中，当向大钻孔I中注入水泥砂浆时，第一阀门41呈开启状态，第二阀门42呈关闭状态，同时第一阀门41连通至注浆泵；在步骤S104中，利用煤层7中瓦斯的自然渗透性原理，测定煤层7中瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力时，第一阀门41呈关闭状态，第二阀门42呈开启状态，同时第一阀门41连通至压力表。在本发明实施例中，利用注浆泵从第一阀门41往大钻孔I内注浆时，注浆的压力不小于3MPa，直到钻孔注满水泥砂浆为止，水泥砂浆配有一定比例的膨胀剂，配比为水泥砂浆膨胀剂=10:1。在本发明实施例中，在井下寻找合适测压地点，测压地点要求煤层7 —定要有完整围岩6封闭，且避开构造带，围岩6的厚度必须大于10m，同时围岩6的厚度不易过大，以小于40m为宜。在本发明实施例中，在步骤SlOl中，采用煤岩钻机向待测封闭煤层7的围岩6打大钻孔I时，当钻孔围岩6段揭露煤层7时，停止打钻，打钻采用破碎钻头，打钻完毕后清洗大钻孔I。
在本发明实施例中，打钻小钻孔2时，采用取芯钻，使方向与原方向相同，直到穿透煤层7后并进入煤层7顶板500_，使煤层7与外界相通。在本发明实施例中，在步骤S102中，通过法兰盘3上的三通4直接向大钻孔I中注入水泥砂浆后，整个大钻孔I中所注入水泥砂浆凝固成型的时间不小于24小时。下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。本发明是向封闭煤层7的围岩6打大钻孔I (直径108 125mm),大钻孔I外侧使用2 3m的无缝钢管的套管5连接固定法兰盘3，通过三通 4直接向大钻孔I中注衆，注浆的体积较大，压力应不小于3MPa，有效地封闭围岩6的裂隙，确保测压时瓦斯压力不通过围岩6裂隙逸散，待整个大钻孔I中水泥砂浆凝固成型后，取下套管5上安装的法兰盘3，在大钻孔I中间打小钻孔2 (直径40 65 mm)，作为测压钻孔揭露煤层7，不再向大钻孔I中安装测压管，直接使用小钻孔2作为测压管，然后再用法兰盘3密封，安装压力表直接测定煤层7中瓦斯压力；这种测压方法的优点在于钻孔密封严密，测压成功率高而且准确，不再使用测压管，节省成本。如图2所不,通过向封闭煤层7的围岩6打大钻孔I (直径108 125 mm),大钻孔I穿透煤层7 ;然后在大钻孔I外端安装连接有法兰盘3的套管5(直径108 125 mm),通过法兰盘3上的三通4向大钻孔I注浆封孔密封围岩6 ;大钻孔I内的水泥砂浆凝固后，取下法兰盘3，在大钻孔I的中央打小钻孔2 (直径40 65 mm),小钻孔2必须穿透煤层7并进入煤层7顶板O. 5m，然后安装法兰盘3并进行气密性检查，并安装压力表，利用煤层7中瓦斯的自然渗透性原理，测得此处煤层7中瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力。套管5直径108 125mm，长度2000 3000mm，三通4与法兰盘3能连接在一起并且密闭性好，法兰盘3需和套管5配套使用，三通4上设置有第一阀门41及第二阀门42，第一阀门41用来注浆，第二阀门42用于安装压力表。工艺步骤1、在井下寻找合适测压地点，测压地点要求煤层7—定要有完整围岩6封闭，且避开构造带，围岩6的厚度必须大于10m，为了减少打钻的工程量，围岩6的厚度不易过大以小于40m为宜；2、用合适的煤岩钻机在待测煤层7预定的位置钻出直径108 125mm的大钻孔1，当钻孔围岩6段揭露煤层7时停止打钻，打钻采用破碎钻头，打钻完毕后清洗大钻孔I ;3、用直径为108 125mm、长度为2000 3000mm带有法兰盘3的套管5装入围岩6中，然后用带有三通4的法兰盘3—侧固定密封在套管5上，此时关闭第二阀门42，打开第一阀门41，通过第一阀门41连接注浆泵；4、利用注浆泵从开启的第一阀门41往大钻孔I内注浆，注浆的压力不小于3MPa，直到大钻孔I注满水泥砂浆(水泥砂浆配有一定比例的膨胀剂，配比以10:1)为止，然后关闭第一阀门41，待24小时后水泥砂浆凝固后，清理三通4内的残留的浆液，为下一步测压作准备；5、待注浆的大钻孔I凝固后(一般为不少于24h)取下法兰盘3，用钻机在大钻孔I的中央钻出直径为40 65mm的小钻孔2,打钻时米用取芯钻,使其方向与原方向相同，直到穿透煤层7后并进入煤层7顶板为500_，此时煤层7与外界相通；6、把装有三通4的法兰盘3装在直径Φ 108 Φ 125套管5的法兰盘3上，并密封好，此时关闭注浆第一阀门41，并打开第二阀门42，装上压力表并检查其密封性能；7、整个工艺结束，进行压力表的读数并记录，每天观测压力表的读数并进行有效地保护，防止压力表密封性能损坏，如果压力表连续三天的读数变化小于O. 015MPa，观测停止此时的压力读数加上O.1 MPa的大气压就是煤层7的瓦斯压力。本发明解决的技术问题1、测定煤层7中瓦斯压力相对于现有技术封孔更加高效，更加有效的密闭围岩6的裂隙，测压成功率高，精确度高；2、减少了测压管的使用数量，特别是钻孔越长和围岩6段越长的时候相对更加成本低，安全高效，测压时间短，易于操作，具有很好的推广价值。本发明实施例提供的直接测定煤矿井下煤层7中瓦斯压力的方法，采用煤岩钻机向待测封闭煤层7的围岩6打大钻孔1，在大钻孔I外侧使用套管5连接固定安装有三通4的法兰盘3 ;通过法兰盘3上的三通4直接向大钻孔I中注入水泥砂浆，待整个大钻孔I中注入的水泥砂浆凝固成型后，取下法兰盘3 ;在大钻孔I中间打小钻孔2作为测压钻孔，安装上法兰盘3，并对小钻孔2进行气密性检查；在法兰盘3的三通4上安装压力表，利用煤层7中瓦斯的自然渗透性原理，测定煤层7中瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力；每天观测压力表的读数并进行记录，若压力表连续三天的读数变化小于O. 015MPa，则观测停止，将最后一次所观测压力表地压力读数加上O.1 MPa的大气压就是煤层7的瓦斯压力；该方法测定煤层7中瓦斯压力时，封孔更加高效，更加有效地密闭了围岩6的裂隙，测压成功率高，精确度高，减少了测压管的使用数量，特别是钻孔越长和围岩6段越长时，相对更加成本低，安全高效，测压时间短，易于操作，具有较强的推广与应用价值。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种直接测定煤矿井下煤层瓦斯压力的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一，采用煤岩钻机向待测封闭煤层的围岩打大钻孔，在大钻孔外侧使用套管连接固定安装有三通的法兰盘；步骤二，通过法兰盘上的三通直接向大钻孔中注入水泥砂浆，待整个大钻孔中注入的水泥砂浆凝固成型后，取下法兰盘；步骤三，在大钻孔中间打小钻孔作为测压钻孔，安装上法兰盘，并对小钻孔进行气密性检查；步骤四，在法兰盘的三通上安装压力表，利用煤层瓦斯的自然渗透性原理，测定煤层瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力；步骤五，每天观测压力表的读数并进行记录，若压力表连续三天的读数变化小于O.015MPa，则观测停止，将最后一次所观测压力表地压力读数加上O.1 MPa的大气压就是煤层的瓦斯压力。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，大钻孔的直径为108 125mm，小钻孔的直径为40 65 mm ;在大钻孔外侧连接固定法兰盘的套管的直径为108 125mm，长度为 2000 3000mmo
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述套管采用无缝钢管制成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，法兰盘上安装的三通设置有用于向大钻孔中注入水泥砂浆的第一阀门；用于安装压力表的第二阀门。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当向大钻孔中注入水泥砂浆时，第一阀门呈开启状态，第二阀门呈关闭状态，同时第一阀门连通至注浆泵；在步骤四中，利用煤层瓦斯的自然渗透性原理，测定煤层瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力时，第一阀门呈关闭状态，第二阀门呈开启状态，同时第一阀门连通至压力表。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用注浆泵从第一阀门往大钻孔内注浆时， 注浆的压力不小于3MPa，直到钻孔注满水泥砂浆为止，水泥砂浆配有一定比例的膨胀剂，配比为水泥砂浆膨胀剂=10:1。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在井下寻找合适测压地点，测压地点要求煤层一定要有完整围岩封闭，且避开构造带，围岩的厚度必须大于10m，同时围岩的厚度不易过大，以小于40m为宜。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，采用煤岩钻机向待测封闭煤层的围岩打大钻孔时，当钻孔围岩段揭露煤层时停止打钻，打钻采用破碎钻头，打钻完毕后清洗大钻孔。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，打小钻孔时，采用取芯钻，使方向与原方向相同，直到穿透煤层后并进入煤层顶板500_，使煤层与外界相通。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，通过法兰盘上的三通直接向大钻孔中注入水泥砂浆后，整个大钻孔中所注入水泥砂浆凝固成型的时间不小于24小时。
全文摘要
本发明公开了一种直接测定煤矿井下煤层瓦斯压力的新方法，采用煤岩钻机向待测封闭煤层的围岩打大钻孔，在大钻孔外侧使用套管固定法兰盘；通过法兰盘上的三通向大钻孔中注入水泥砂浆，待水泥砂浆凝固成型后，取下法兰盘；在大钻孔中间打小钻孔作为测压钻孔，安装上法兰盘，并对小钻孔进行气密性检查；在三通上安装压力表，利用煤层瓦斯的自然渗透性原理，测定煤层瓦斯压力表达到平衡稳定的瓦斯压力；每天观测压力表的读数并进行记录，若压力表连续三天的读数变化小于0.015MPa，则观测停止，将最后一次所观测压力表地压力读数加上0.1MPa的大气压就是煤层的瓦斯压力；该方法测定煤层瓦斯压力时，测压成功率高、精确度高、安全高效。
文档编号E21B47/06GK103015986SQ20131001598
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者候三中, 张学博, 杨玉海, 赵伟丽, 张科, 张记升, 王敏丽, 郭飞鹏, 陈亮, 刘晓生, 姚学庆 申请人:河南理工大学