專利名稱：一種直接測定煤礦井下煤層瓦斯壓力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤層瓦斯壓力測定技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種直接測定煤礦井下煤層瓦斯壓力的方法。
背景技術(shù)：
目前測定煤層瓦斯壓力有兩種方法分別是主動(dòng)測壓法和被動(dòng)測壓法，現(xiàn)有的測壓方式對封孔有很強(qiáng)的技術(shù)要求。常用的小鉆孔注漿封孔測壓法的具體過程是通過向圍巖封閉的煤層打小鉆孔Φ65 Φ 75，在鉆孔中放置測壓管(通常采用直徑Φ 12. 5的不銹鋼管)，然后用水泥砂漿封閉測壓鉆孔和圍巖之間的空隙這樣的測壓法；使用的材料有木楔、壓力表、連接頭、測壓管、 水泥砂漿等。鉆孔較小不能有效的封閉圍巖，特別是巖石裂隙較多時(shí)候這種方法不能使用，測壓成功率較低，而且當(dāng)鉆孔較長時(shí)候使用測壓管較多，連接的密封問題較大，成本相對較高，操作程序相對也要復(fù)雜?，F(xiàn)有技術(shù)在測量煤層瓦斯壓力時(shí)候，測定工作時(shí)間長，成本高，密閉性存在較大缺陷，特別是細(xì)微的巖石裂隙和松軟巖層，測壓誤差較大而且成功率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種直接測定煤礦井下煤層瓦斯壓力的方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)提供的測量煤層瓦斯壓力的方法，測定工作時(shí)間長、成本高、密閉性存在較大缺陷，特別是對于細(xì)微的巖石裂隙和松軟巖層，測壓誤差較大并且成功率較低的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種直接測定煤礦井下煤層瓦斯壓力的方法，該方法包括以下步驟步驟一，采用煤巖鉆機(jī)向待測封閉煤層的圍巖打大鉆孔，在大鉆孔外側(cè)使用套管連接固定安裝有三通的法蘭盤；步驟二，通過法蘭盤上的三通直接向大鉆孔中注入水泥砂漿，待整個(gè)大鉆孔中注入的水泥砂漿凝固成型后，取下法蘭盤；步驟三，在大鉆孔中間打小鉆孔作為測壓鉆孔，安裝上法蘭盤，并對小鉆孔進(jìn)行氣密性檢查；步驟四，在法蘭盤的三通上安裝壓力表，利用煤層瓦斯的自然滲透性原理，測定煤層瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力；步驟五，每天觀測壓力表的讀數(shù)并進(jìn)行記錄，若壓力表連續(xù)三天的讀數(shù)變化小于O. 015MPa，則觀測停止，將最后一次所觀測壓力表地壓力讀數(shù)加上O.1 MPa的大氣壓就是煤層的瓦斯壓力。進(jìn)一步，大鉆孔的直徑為108 125mm，小鉆孔的直徑為40 65 mm ;在大鉆孔外側(cè)連接固定法蘭盤的套管的直徑為108 125mm，長度為2000 3000mm。
進(jìn)一步，所述套管采用無縫鋼管制成。進(jìn)一步，法蘭盤上安裝的三通設(shè)置有用于向大鉆孔中注入水泥砂漿的第一閥門；用于安裝壓力表的第二閥門。進(jìn)一步，當(dāng)向大鉆孔中注入水泥砂漿時(shí)，第一閥門呈開啟狀態(tài)，第二閥門呈關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)第一閥門連通至注漿泵；在步驟四中，利用煤層瓦斯的自然滲透性原理，測定煤層瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力時(shí)，第一閥門呈關(guān)閉狀態(tài)，第二閥門呈開啟狀態(tài)，同時(shí)第一閥門連通至壓力表。進(jìn)一步，利用注漿泵從第一閥門往大鉆孔內(nèi)注漿時(shí)，注漿的壓力不小于3MPa，直到鉆孔注滿水泥砂漿為止，水泥砂漿配有一定比例的膨脹劑，配比為水泥砂漿膨脹劑=10:10進(jìn)一步，在井下尋找合適測壓地點(diǎn)，測壓地點(diǎn)要求煤層一定要有完整圍巖封閉，且避開構(gòu)造帶，圍巖的厚度必須大于IOm,同時(shí)圍巖的厚度不易過大，以小于40m為宜。進(jìn)一步，在步驟一中，采用煤巖鉆機(jī)向待測封閉煤層的圍巖打大鉆孔時(shí)，當(dāng)鉆孔圍巖段揭露煤層時(shí)停止打鉆，打鉆采用破碎鉆頭，打鉆完畢后清洗大鉆孔。進(jìn)一步，打鉆小鉆孔時(shí)，采用取芯鉆，使方向與原方向相同，直到穿透煤層后并進(jìn)入煤層頂板500mm，使煤層與外界相通。進(jìn)一步，在步驟二中，通過法蘭盤上的三通直接向大鉆孔中注入水泥砂漿后，整個(gè)大鉆孔中所注入水泥砂漿凝固成型的時(shí)間不小于24小時(shí)。本發(fā)明提供的直接測定煤礦井下煤層瓦斯壓力的方法，采用煤巖鉆機(jī)向待測封閉煤層的圍巖打大鉆孔，在大鉆孔外側(cè)使用套管連接固定安裝有三通的法蘭盤；通過法蘭盤上的三通直接向大鉆孔中注入水泥砂漿，待整個(gè)大鉆孔中注入的水泥砂漿凝固成型后，取下法蘭盤；在大鉆孔中間打小鉆孔作為測壓鉆孔，安裝上法蘭盤，并對小鉆孔進(jìn)行氣密性檢查；在法蘭盤的三通上安裝壓力表，利用煤層瓦斯的自然滲透性原理，測定煤層瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力；每天觀測壓力表的讀數(shù)并進(jìn)行記錄，若壓力表連續(xù)三天的讀數(shù)變化小于O. 015MPa,則觀測停止，將最后一次所觀測壓力表地壓力讀數(shù)加上O.1 MPa的大氣壓就是煤層的瓦斯壓力；該方法測定煤層瓦斯壓力時(shí)，封孔更加高效，更加有效地密閉了圍巖的裂隙，測壓成功率高，精確度高，減少了測壓管的使用數(shù)量，特別是鉆孔越長和圍巖段越長時(shí)，相對更加成本低，安全高效，測壓時(shí)間短，易于操作，具有較強(qiáng)的推廣與應(yīng)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的直接測定煤礦井下煤層瓦斯壓力的方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的直接測定煤礦井下煤層瓦斯壓力時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、大鉆孔；2、小鉆孔；3、法蘭盤；4、三通；41、第一閥門；42、第二閥門；5、套管；6、圍巖；7、煤層。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定發(fā)明。圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的直接測定煤礦井下煤層中瓦斯壓力的方法的實(shí)現(xiàn)流程。該方法包括以下步驟步驟S101，采用煤巖鉆機(jī)向待測封閉煤層7的圍巖6打大鉆孔1，在大鉆孔I外側(cè)使用套管5連接固定安裝有三通4的法蘭盤3 ；步驟S102，通過法蘭盤3上的三通4直接向大鉆孔I中注入水泥砂漿，待整個(gè)大鉆孔I中注入的水泥砂漿凝固成型后，取下法蘭盤3 ；步驟S103，在大鉆孔I中間打小鉆孔2作為測壓鉆孔，安裝上法蘭盤3，并對小鉆孔2進(jìn)行氣密性檢查；步驟S104，在法蘭盤3的三通4上安裝壓力表，利用煤層7中瓦斯的自然滲透性原理，測定煤層7中瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力；步驟S105，每天觀測壓力表的讀數(shù)并進(jìn)行記錄，若壓力表連續(xù)三天的讀數(shù)變化小于O. 015MPa,則觀測停止，將最后一次所觀測壓力表地壓力讀數(shù)加上O.1 MPa的大氣壓就是煤層7的瓦斯壓力。在本發(fā)明實(shí)施例中，大鉆孔I的直徑為108 125mm，小鉆孔2的直徑為40 65mm ;在大鉆孔I外側(cè)連接固定法蘭盤3的套管5的直徑為108 125mm，長度為2000 3000mmo在本發(fā)明實(shí)施例中，套管5采用無縫鋼管制成。在本發(fā)明實(shí)施例中，法蘭盤3上安裝的三通4設(shè)置有用于向大鉆孔I中注入水泥砂漿的第一閥門41 ；用于安裝壓力表的第二閥門42。在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)向大鉆孔I中注入水泥砂漿時(shí)，第一閥門41呈開啟狀態(tài)，第二閥門42呈關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)第一閥門41連通至注漿泵；在步驟S104中，利用煤層7中瓦斯的自然滲透性原理，測定煤層7中瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力時(shí)，第一閥門41呈關(guān)閉狀態(tài)，第二閥門42呈開啟狀態(tài)，同時(shí)第一閥門41連通至壓力表。在本發(fā)明實(shí)施例中，利用注漿泵從第一閥門41往大鉆孔I內(nèi)注漿時(shí)，注漿的壓力不小于3MPa，直到鉆孔注滿水泥砂漿為止，水泥砂漿配有一定比例的膨脹劑，配比為水泥砂漿膨脹劑=10:1。在本發(fā)明實(shí)施例中，在井下尋找合適測壓地點(diǎn)，測壓地點(diǎn)要求煤層7 —定要有完整圍巖6封閉，且避開構(gòu)造帶，圍巖6的厚度必須大于10m，同時(shí)圍巖6的厚度不易過大，以小于40m為宜。在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟SlOl中，采用煤巖鉆機(jī)向待測封閉煤層7的圍巖6打大鉆孔I時(shí)，當(dāng)鉆孔圍巖6段揭露煤層7時(shí)，停止打鉆，打鉆采用破碎鉆頭，打鉆完畢后清洗大鉆孔I。
在本發(fā)明實(shí)施例中，打鉆小鉆孔2時(shí)，采用取芯鉆，使方向與原方向相同，直到穿透煤層7后并進(jìn)入煤層7頂板500_，使煤層7與外界相通。在本發(fā)明實(shí)施例中，在步驟S102中，通過法蘭盤3上的三通4直接向大鉆孔I中注入水泥砂漿后，整個(gè)大鉆孔I中所注入水泥砂漿凝固成型的時(shí)間不小于24小時(shí)。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。本發(fā)明是向封閉煤層7的圍巖6打大鉆孔I (直徑108 125mm),大鉆孔I外側(cè)使用2 3m的無縫鋼管的套管5連接固定法蘭盤3，通過三通 4直接向大鉆孔I中注衆(zhòng)，注漿的體積較大，壓力應(yīng)不小于3MPa，有效地封閉圍巖6的裂隙，確保測壓時(shí)瓦斯壓力不通過圍巖6裂隙逸散，待整個(gè)大鉆孔I中水泥砂漿凝固成型后，取下套管5上安裝的法蘭盤3，在大鉆孔I中間打小鉆孔2 (直徑40 65 mm)，作為測壓鉆孔揭露煤層7，不再向大鉆孔I中安裝測壓管，直接使用小鉆孔2作為測壓管，然后再用法蘭盤3密封，安裝壓力表直接測定煤層7中瓦斯壓力；這種測壓方法的優(yōu)點(diǎn)在于鉆孔密封嚴(yán)密，測壓成功率高而且準(zhǔn)確，不再使用測壓管，節(jié)省成本。如圖2所不,通過向封閉煤層7的圍巖6打大鉆孔I (直徑108 125 mm),大鉆孔I穿透煤層7 ;然后在大鉆孔I外端安裝連接有法蘭盤3的套管5(直徑108 125 mm),通過法蘭盤3上的三通4向大鉆孔I注漿封孔密封圍巖6 ;大鉆孔I內(nèi)的水泥砂漿凝固后，取下法蘭盤3，在大鉆孔I的中央打小鉆孔2 (直徑40 65 mm),小鉆孔2必須穿透煤層7并進(jìn)入煤層7頂板O. 5m，然后安裝法蘭盤3并進(jìn)行氣密性檢查，并安裝壓力表，利用煤層7中瓦斯的自然滲透性原理，測得此處煤層7中瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力。套管5直徑108 125mm，長度2000 3000mm，三通4與法蘭盤3能連接在一起并且密閉性好，法蘭盤3需和套管5配套使用，三通4上設(shè)置有第一閥門41及第二閥門42，第一閥門41用來注漿，第二閥門42用于安裝壓力表。工藝步驟1、在井下尋找合適測壓地點(diǎn)，測壓地點(diǎn)要求煤層7—定要有完整圍巖6封閉，且避開構(gòu)造帶，圍巖6的厚度必須大于10m，為了減少打鉆的工程量，圍巖6的厚度不易過大以小于40m為宜；2、用合適的煤巖鉆機(jī)在待測煤層7預(yù)定的位置鉆出直徑108 125mm的大鉆孔1，當(dāng)鉆孔圍巖6段揭露煤層7時(shí)停止打鉆，打鉆采用破碎鉆頭，打鉆完畢后清洗大鉆孔I ;3、用直徑為108 125mm、長度為2000 3000mm帶有法蘭盤3的套管5裝入圍巖6中，然后用帶有三通4的法蘭盤3—側(cè)固定密封在套管5上，此時(shí)關(guān)閉第二閥門42，打開第一閥門41，通過第一閥門41連接注漿泵；4、利用注漿泵從開啟的第一閥門41往大鉆孔I內(nèi)注漿，注漿的壓力不小于3MPa，直到大鉆孔I注滿水泥砂漿(水泥砂漿配有一定比例的膨脹劑，配比以10:1)為止，然后關(guān)閉第一閥門41，待24小時(shí)后水泥砂漿凝固后，清理三通4內(nèi)的殘留的漿液，為下一步測壓作準(zhǔn)備；5、待注漿的大鉆孔I凝固后(一般為不少于24h)取下法蘭盤3，用鉆機(jī)在大鉆孔I的中央鉆出直徑為40 65mm的小鉆孔2,打鉆時(shí)米用取芯鉆,使其方向與原方向相同，直到穿透煤層7后并進(jìn)入煤層7頂板為500_，此時(shí)煤層7與外界相通；6、把裝有三通4的法蘭盤3裝在直徑Φ 108 Φ 125套管5的法蘭盤3上，并密封好，此時(shí)關(guān)閉注漿第一閥門41，并打開第二閥門42，裝上壓力表并檢查其密封性能；7、整個(gè)工藝結(jié)束，進(jìn)行壓力表的讀數(shù)并記錄，每天觀測壓力表的讀數(shù)并進(jìn)行有效地保護(hù)，防止壓力表密封性能損壞，如果壓力表連續(xù)三天的讀數(shù)變化小于O. 015MPa，觀測停止此時(shí)的壓力讀數(shù)加上O.1 MPa的大氣壓就是煤層7的瓦斯壓力。本發(fā)明解決的技術(shù)問題1、測定煤層7中瓦斯壓力相對于現(xiàn)有技術(shù)封孔更加高效，更加有效的密閉圍巖6的裂隙，測壓成功率高，精確度高；2、減少了測壓管的使用數(shù)量，特別是鉆孔越長和圍巖6段越長的時(shí)候相對更加成本低，安全高效，測壓時(shí)間短，易于操作，具有很好的推廣價(jià)值。本發(fā)明實(shí)施例提供的直接測定煤礦井下煤層7中瓦斯壓力的方法，采用煤巖鉆機(jī)向待測封閉煤層7的圍巖6打大鉆孔1，在大鉆孔I外側(cè)使用套管5連接固定安裝有三通4的法蘭盤3 ;通過法蘭盤3上的三通4直接向大鉆孔I中注入水泥砂漿，待整個(gè)大鉆孔I中注入的水泥砂漿凝固成型后，取下法蘭盤3 ;在大鉆孔I中間打小鉆孔2作為測壓鉆孔，安裝上法蘭盤3，并對小鉆孔2進(jìn)行氣密性檢查；在法蘭盤3的三通4上安裝壓力表，利用煤層7中瓦斯的自然滲透性原理，測定煤層7中瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力；每天觀測壓力表的讀數(shù)并進(jìn)行記錄，若壓力表連續(xù)三天的讀數(shù)變化小于O. 015MPa，則觀測停止，將最后一次所觀測壓力表地壓力讀數(shù)加上O.1 MPa的大氣壓就是煤層7的瓦斯壓力；該方法測定煤層7中瓦斯壓力時(shí)，封孔更加高效，更加有效地密閉了圍巖6的裂隙，測壓成功率高，精確度高，減少了測壓管的使用數(shù)量，特別是鉆孔越長和圍巖6段越長時(shí)，相對更加成本低，安全高效，測壓時(shí)間短，易于操作，具有較強(qiáng)的推廣與應(yīng)用價(jià)值。以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直接測定煤礦井下煤層瓦斯壓力的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一，采用煤巖鉆機(jī)向待測封閉煤層的圍巖打大鉆孔，在大鉆孔外側(cè)使用套管連接固定安裝有三通的法蘭盤；步驟二，通過法蘭盤上的三通直接向大鉆孔中注入水泥砂漿，待整個(gè)大鉆孔中注入的水泥砂漿凝固成型后，取下法蘭盤；步驟三，在大鉆孔中間打小鉆孔作為測壓鉆孔，安裝上法蘭盤，并對小鉆孔進(jìn)行氣密性檢查；步驟四，在法蘭盤的三通上安裝壓力表，利用煤層瓦斯的自然滲透性原理，測定煤層瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力；步驟五，每天觀測壓力表的讀數(shù)并進(jìn)行記錄，若壓力表連續(xù)三天的讀數(shù)變化小于O.015MPa，則觀測停止，將最后一次所觀測壓力表地壓力讀數(shù)加上O.1 MPa的大氣壓就是煤層的瓦斯壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，大鉆孔的直徑為108 125mm，小鉆孔的直徑為40 65 mm ;在大鉆孔外側(cè)連接固定法蘭盤的套管的直徑為108 125mm，長度為 2000 3000mmo
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述套管采用無縫鋼管制成。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，法蘭盤上安裝的三通設(shè)置有用于向大鉆孔中注入水泥砂漿的第一閥門；用于安裝壓力表的第二閥門。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，當(dāng)向大鉆孔中注入水泥砂漿時(shí)，第一閥門呈開啟狀態(tài)，第二閥門呈關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)第一閥門連通至注漿泵；在步驟四中，利用煤層瓦斯的自然滲透性原理，測定煤層瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力時(shí)，第一閥門呈關(guān)閉狀態(tài)，第二閥門呈開啟狀態(tài)，同時(shí)第一閥門連通至壓力表。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，利用注漿泵從第一閥門往大鉆孔內(nèi)注漿時(shí)， 注漿的壓力不小于3MPa，直到鉆孔注滿水泥砂漿為止，水泥砂漿配有一定比例的膨脹劑，配比為水泥砂漿膨脹劑=10:1。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在井下尋找合適測壓地點(diǎn)，測壓地點(diǎn)要求煤層一定要有完整圍巖封閉，且避開構(gòu)造帶，圍巖的厚度必須大于10m，同時(shí)圍巖的厚度不易過大，以小于40m為宜。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟一中，采用煤巖鉆機(jī)向待測封閉煤層的圍巖打大鉆孔時(shí)，當(dāng)鉆孔圍巖段揭露煤層時(shí)停止打鉆，打鉆采用破碎鉆頭，打鉆完畢后清洗大鉆孔。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，打小鉆孔時(shí)，采用取芯鉆，使方向與原方向相同，直到穿透煤層后并進(jìn)入煤層頂板500_，使煤層與外界相通。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟二中，通過法蘭盤上的三通直接向大鉆孔中注入水泥砂漿后，整個(gè)大鉆孔中所注入水泥砂漿凝固成型的時(shí)間不小于24小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直接測定煤礦井下煤層瓦斯壓力的新方法，采用煤巖鉆機(jī)向待測封閉煤層的圍巖打大鉆孔，在大鉆孔外側(cè)使用套管固定法蘭盤；通過法蘭盤上的三通向大鉆孔中注入水泥砂漿，待水泥砂漿凝固成型后，取下法蘭盤；在大鉆孔中間打小鉆孔作為測壓鉆孔，安裝上法蘭盤，并對小鉆孔進(jìn)行氣密性檢查；在三通上安裝壓力表，利用煤層瓦斯的自然滲透性原理，測定煤層瓦斯壓力表達(dá)到平衡穩(wěn)定的瓦斯壓力；每天觀測壓力表的讀數(shù)并進(jìn)行記錄，若壓力表連續(xù)三天的讀數(shù)變化小于0.015MPa，則觀測停止，將最后一次所觀測壓力表地壓力讀數(shù)加上0.1MPa的大氣壓就是煤層的瓦斯壓力；該方法測定煤層瓦斯壓力時(shí)，測壓成功率高、精確度高、安全高效。
文檔編號E21B47/06GK103015986SQ20131001598
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者候三中, 張學(xué)博, 楊玉海, 趙偉麗, 張科, 張記升, 王敏麗, 郭飛鵬, 陳亮, 劉曉生, 姚學(xué)慶 申請人:河南理工大學(xué)