瓦斯参数测定下行测压孔过含水层施工工艺研究.pdf

认证码 20150330051651459 晋城煤业集团技术进步奖申报书 晋城煤业集团技术进步奖申报书 推荐单位推荐单位：项目编号项目编号： 一、项目基本情况一、项目基本情况 项目名称瓦斯参数测定下行测压孔过含水层施工工艺研究 完成单位晋煤集团技术研究院有限责任公司, 成庄矿 完成人员 张国亮, 徐光亮, 段志国, 张雪雷, 刘立州, 申晋伟, 史 战虎, 梁巍巍, 尚炜玮, 陈备, 赵学良, 罗华贵, 王宁 成果密级非密项目可否公布是 主 题 词瓦斯治理；下行孔；封孔；套管 专业分类通风安全代码44003 项目起止时间起始：2013年09月完成：2014年09月 资金总投入 （万元） 79.00000任务来源企业 计划编号LYJS-JSKF-2013-0056应用情况稳定应用 是否申报其它奖 励 否获奖情况 项目联系人陈备 移动18636549596 评审委员会 最终评审意见 认证码 20150330051651459 二、项目简介二、项目简介 本项目的研究重点属于矿井瓦斯治理范畴 随着矿井开采水平往深部延伸，煤层瓦斯压力随之增大，而准确获得煤层的 原始瓦斯压力是煤矿管理人员有效开展瓦斯预测和瓦斯防治工作的重要依据。

我 国目前测压多数采用上行孔穿层测压，准确率较高；当进行下部煤层测压，特别 是进行长距离测压时，地质和施工条件将成为影响测压的主要因素 成庄矿本次测压是在 3 号煤层通过下行钻孔对 9 号煤压力进行测定， 两层煤 之间平均在 50m 左右，而在施工长距离钻孔时，往往会穿过含水层进行煤层测 压，此时含水层内的承压水与钻孔沟通，由于水泥浆凝固时间相对较长（即便加 入大量速凝剂） ， 都难以彻底封堵渗水的裂隙通道； 甚至整个钻孔被渗入水淹没， 此时测定得到的压力不仅受水压影响而且钻孔底部揭露的煤层解吸瓦斯的速度 减慢由于渗入的水将煤体包裹阻碍了瓦斯的正常解吸，所以测定的煤层瓦斯压 力值偏差很大，根本不能做为制定瓦斯防治措施的依据从钻孔施工方面来看， 进行长距离施工，打钻难度增大，且容易造成钻杆的坠落，影响工作效率，造成 资源浪费 本项目在实施测压钻孔时，针对特殊的有区域地质构造和含水丰富的岩层， 采用高压注浆，使得水泥浆在高压状态下凝固，从而使高压浆液进入裂隙并堵住 裂隙，这样就能够很好的穿过含水层，避开了水的影响，达到良好的封孔效果， 压力测定的准确率也大幅度提高； 同时在钻孔施工过程中， 采取钻杆防坠落措施， 加快了钻孔施工速度，缩短了长距离钻孔施工周期和煤层瓦斯释放时间，即提高 了测压准确率，又节省了成本，并提高了效率。

项目完成后也可在晋煤集团各矿 井中推广应用 认证码 20150330051651459 三、主要技术创新三、主要技术创新 整个技术的关键在于判断含水层的位置、 高压堵水的效果和长距离钻孔施工 成孔率，首先要了解含水层的物理化学性质和层位关系，通过排渣的颜色、形状 和涌水情况判断具体位置，然后在其基础之上采用高压浆液对裂隙进行封堵，切 断含水层与钻孔的联系，继而达到良好的封孔效果；而在长距离钻孔施工方面， 通过防坠落措施，提高成孔率，并缩短了施工周期 认证码 20150330051651459 四、技术综合比较四、技术综合比较 1.下行孔普通测压法 普通测压法测定煤层瓦斯压力，即在现场选取合适岩层打钻孔，穿透煤层实 测煤瓦斯压力主要施工的方法如下： 1）采用钻机对下行钻孔进行施工，完成之后在该孔插入带有压力表接头、 挡板与 4 分无缝镀锌钢管，在连接前将丝扣用生料带缠好，以确保其气密性，管 四周打上导气孔，以防煤屑及杂物进入堵塞管路；封孔深度视钻孔岩石段具体情 况确定，应进入煤层底板并超过岩石裂隙带 2）封孔前必须用压风将孔内水排净，同时严禁岩粉渣掉入孔内，采用水泥 砂浆并添加速凝剂进行封孔；水泥砂浆经搅拌充分搅拌均匀成粘稠状，采用注浆 泵将预先拌好的预定量水泥砂浆经由注浆管注入孔内，具体可见图 1。

采用该方法进行下行孔封孔测压，不能有效的消除含水层的涌水，对测量数 据的准确性影响很大若不采取措施也容易导致钻孔坠落，影响成孔率 1.压力表 2.阀门 3.测压管 4.水泥砂浆 5.棉纱 6.挡盘 7.钻孔 8.煤层 图图 1 煤层瓦斯压力测定封孔示意图煤层瓦斯压力测定封孔示意图 2.下行长钻孔防坠落措施和两级套管注浆测压技术 在下行长钻孔施工环节当中，接、换、卸钻杆时，由于重量过重，容易导致 钻杆坠落，打捞过程费时费力，影响成孔的同时，效率较低下行长钻孔防坠落 措施就是针对这一点，开发了防坠盘，并用钢绳对钻杆进防坠保护 防坠盘的形状如图 2 所示，成 U 形状，U 形槽口宽度大于钻杆中部直径，且 8 6 7 4 5 3 2 1 认证码 20150330051651459 小于钻杆头部直径，并在钻杆头部拴上钢丝绳起到二层保护作用这样当换、卸 钻杆时，就可以先固定好下面的钻杆，然后对上方的钻杆进行卸取，卸完后由于 放坠盘和钢绳的作用，钻杆不易坠入孔中 钻孔孔口 钻杆头部 防坠盘 防坠盘 钻杆头部 钻杆 钢绳 图图 2 防坠盘防坠盘示意图示意图 下行长钻孔两级套管注浆测压技术是为了有效防止含水层涌水的影响而采 用的测压方法。

步骤及技术要点如下： 1）施工深 6m 左右的 Ф 153mm 钻孔，排出孔内水后，灌注水泥浆；然后， 下 6.5m 直径 Ф146mm 的带丝扣的孔口套管，凝固 1 天以上注意，钻机不可移 动，保持原位置不变；水泥浆配制的水泥比例大于水，让水泥浆尽可能粘稠地灌 入孔中，下入套管即可，有助于快速凝固 2）通过孔口套管，施工 Ф113mm 钻孔首先，施工至 6.5m 处，冲孔退钻， 利用高压注浆泵往孔内注清水对一级套管做耐压试验， 试验压力大于等于 10MPa， 持续 30 分钟；注意，在打钻过程中，不得触碰孔口套管，防止松动，将影响套 管密封及影响高压注浆效果 3）打钻过程中，注意观察钻进深度、钻孔出渣和涌水变化情况，遇到含水 层时表现出钻进困难、出渣为灰黒色片状、排水为深色混浊及涌水量增大；当打 过含水层 1~2m，钻孔涌水不再增加、出渣为浅色粉末状、排水为浅色混浊时， 停止钻进并用水冲钻孔底部，当出水为清水时说明冲净了孔底的钻粉，然后退出 认证码 20150330051651459 钻杆注意，认真观察并记录钻进深度、钻进难易程度、钻孔出渣和涌水变化情 况，便于正确判定含水层位及厚度；每次打钻退钻时，必须在停钻后用水冲净孔 底钻粉，再退出钻杆，避免孔底遗留钻粉造成的注浆堵水失败。

4）施工穿过含水层 1~2m 时，停止钻进，冲孔退钻然后，下注浆管至孔 底，由孔底开始注浆，分段上提注浆管注浆至孔口，拉出注浆管；最后，拧上压 盖，高压注水泥浆；注浆封孔后，凝固 1d 以上扫孔至注浆之前的孔深位置观 察涌水情况， 如果没有涌水或者用水较小时， 继续钻进至穿透含水层1~2m位置 否则，继续注浆堵水 5）继续在原钻孔内施工 Ф113mm 钻孔进行扫孔，打过含水层 1~2m 后，观 察打钻过程中钻孔涌水情况如果钻孔没有涌水或者涌水量较小时，停止钻进并 退钻，下直径 Ф108mm 的带丝扣的套管，然后注浆固孔凝固 24 小时后，扫孔 并做耐压试验，试验压力大于等于 10MPa，持续 30 分钟试验合格后，方可继 续钻进 6） 同时下测压管和注浆管， 注浆管开口在测压管挡板之上的位置； 排水后， 采用分段上提注浆管的方法自孔底至孔口进行注浆；最后，拉出注浆管，注浆或 灌浆封孔后，凝固 1d，安装压力表进行测压注意，压力表头缠绕生料带密 封 具体二级钻孔布置情况如下图所示 与普通的测压技术相比， 采用该技术能使注入的高压水泥砂浆较好地渗入钻 孔周围含水层的裂隙中， 堵塞围岩裂隙与钻孔的连通， 也可较好的堵塞裂隙渗水。

对钻孔穿过含水层处周围的围岩进行强行加固，从根本上解除含水层的影响 认证码 20150330051651459 法兰盘高压注浆管 压力表 孔口套管 堵水钻孔 测压管 含水层 煤层测压管挡板测压气室管 测压钻孔 (a)钻孔高压注浆堵水(b)钻孔封孔测压 二级套管 含水层 图图 3 二级套管注浆堵水及封孔测压布置示意二级套管注浆堵水及封孔测压布置示意图图 认证码 20150330051651459 五五、、推广应用情况推广应用情况 该技术在成庄矿实施以来，基本实现了长钻孔过含水层，准确测压的目的 研究成果提高了钻孔施工的成功率，减少了废孔数量并解决了涌水情况，提 高了工作效率，由此带来的收益巨大，这种测压封孔方式也在各大集团和矿区得 以推广应用 同时，钻孔测压是瓦斯基础参数中重要的一部分，也是瓦斯治理工作的开始 和基础，真实准确的测压数据能够给企业带来了巨大的经济和安全效益，免去了 很多平时井下操作不必要的环节，保障了煤矿的安全生产，具有重要的社会意义 和价值 认证码 20150330051651459 六、知识产权证明目录六、知识产权证明目录 知识产权类别 知识产权 具体名称 国(区)别申请号授权号 认证码 20150330051651459 七、完成人员名单七、完成人员名单 序号姓名性别身份证号职务、职称文化程度工作单位 对成果创造 性贡献 1张国亮男140502196206112250工程师研究生晋煤集团技术研究院有限责任公司 项目审核， 方案制定 2徐光亮男14010419670808131X高级工程师大学本科成庄矿 方案制定， 技术指导 3段志国男140525197109130034工程师大学专科成庄矿 技术指导， 方案制定 4张雪雷男140502197604100516工程师大学专科成庄矿 项目协调， 方案制定 5刘立州男140511197102188710高级工程师大学本科晋煤集团技术研究院有限责任公司 项目协调， 方案制定 6申晋伟男140502197603282215高级工程师大学本科晋煤集团技术研究院有限责任公司 项目协调与 实施 7史战虎男140511198104150016工程师大学本科成庄矿 项目协调与 实施 8梁巍巍男140522198409070016助理工程师研究生成庄矿项目实施 9尚炜玮男140502197805152275工程师研究生晋煤集团技术研究院有限责任公司 项目协调与 实施 10陈备男140428198807096011助理工程师大学本科晋煤集团技术研究院有限责任公司项目实施 11赵学良男142625198505231939工程师研究生晋煤集团技术研究院有限责任公司项目实施 12罗华贵男510321198807259051助理工程师大学本科晋煤集团技术研究院有限责任公司项目实施 13王宁男140525198608190511助理工程师研究生晋煤集团技术研究院有限责任公司项目实施 认证码 20150330051651459 八、承诺八、承诺 该项目符合技术进步奖评奖条件，提交材料属实，完成该项目符合技术进步奖评奖条件，提交材料属实，完成 单位、完成人员无异议单位、完成人员无异议。

签名签名: : 年 月 日年 月 日 。