张永俊，张兵奇，陈懿博

(1．古交市煤炭工业局，山西 古交 030200; 2．河南理工大学能源科学与工程学院，河南 焦作 454003)

煤层瓦斯压力是指原始煤体孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，即气体作用于孔隙壁的压力，也可称为“煤层气压力”。是矿井瓦斯基本参数之一，它对于确定煤层瓦斯含量，进行矿井瓦斯涌出治理，瓦斯抽放以及煤与瓦斯突出的防治等工作均具有十分重要的意义。

在治理矿井瓦斯的长期实践中，已探索出了许多井下煤层瓦斯压力的直接测定方法，在这些测定方法中，多数准确度高、易操作，但也有不少的测定方法其准确度低、可靠性差。因此，有必要对煤层瓦斯压力的测定方法进行规范，并在此基础上制定煤矿井下煤层瓦斯压力直接测定的行业标准［1］。

测试方法分类根据国家安全生产监督管理总局发布的煤炭标准“煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法(AQ/T 1047 －2007)［2］，常见的瓦斯压力测定方法有测压法和封孔法。

1 工程实践

山西古交煤焦集团金之中煤业有限公司由原古交市金之中煤矿有限公司单独保留而成，生产能力45 万 t/a，批准开采 2+3、4、6、7、8、9 号煤层。各煤层运输大巷、轨道大巷均沿煤层底板布置，回风大巷沿煤层顶板布置。各水平回风大巷通过暗斜井与4号煤层总回风大巷联通。矿井通风方式为中央分列式，风机工作方法为机械抽出式。

根据山西省煤炭工业局综合测试中心2010年6月编制的《山西古交煤焦集团金之中煤业有限公司4号煤层瓦斯涌出量预测报告》以及山西国辰建设工程勘察设计有限公司编制的《山西古交煤焦集团金之中煤业有限公司矿井瓦斯抽放初步设计》中采用分源预测法对矿井的瓦斯涌出量进行了预测：矿井达到45万t生产能力，在4号煤层开采时，矿井绝对瓦斯涌出量为14．71 m3/min，相对瓦斯涌出量为15．53 m3/t。矿井为高瓦斯矿井。

结合该矿井及邻近山西屯兰矿的瓦斯压力情况，为了安全起见，需对该矿井的瓦斯压力进行测定。

2 瓦斯参数测定方案

本次测压采用注浆封孔、被动测压方法，测定金之中煤业有限公司4号、8号、9号煤层瓦斯压力。钻孔方向为上向钻孔。即选择好钻孔位置后，利用钻机沿煤层倾斜方向或穿岩层施工上向钻孔，然后向测压钻孔安设测压管等设备，对孔口进行密封后，采用注浆泵向钻孔注入浆液，等浆液凝固并产生一定强度后安装压力表进行压力测试的方法。

2．1 测试地点

1)4号煤层瓦斯压力测试地点。

4号煤层瓦斯压力测点布置在4号煤层轨道平巷。其中，1号孔口标高为+783 m，距离副井井筒170 m，终孔标高788．4 m。2号孔口标高为+785．5m，距离副井井筒200 m，终孔标高790．9 m。钻孔倾角6°，钻孔长52 m，钻孔与煤壁夹角约100°，两钻孔基本平行，1号孔和2号钻孔孔底间距30 m。

2)8号煤层瓦斯压力测试地点。

8号煤层瓦斯测点孔口布置在9号煤层的轨道上山，钻孔为穿岩层布置。3号孔口标高+779．5m，距离副井井筒96 m，见煤标高+796．5 m。4号孔口标高+780．5 m，距离副井井筒101 m，见煤标高 +797．5 m。钻孔倾角45°，钻孔长约25 m，3号钻孔与煤壁夹角约120°，4号钻孔与煤壁夹角约100°，孔口间距5 m，孔底间距约40 m。

3)9号煤层瓦斯压力测试地点。

9号煤层瓦斯压力测点布置在9号煤层的轨道上山。其中，5号孔口标高为+782．5 m，距离副井井筒128 m，终孔标高+787．9 m。6号孔口标高为+784 m，距离副井井筒158 m，终孔标高 +789．4 m。钻孔倾角6°，钻孔长52 m，钻孔与煤壁夹角约100°，两钻孔基本平行，5号和6号钻孔孔底间距约30 m。

2．2 测压规范和要求

利用顺层钻孔和穿层直接测定瓦斯压力，钻孔方法为上向钻孔，水泥浆封孔，被动式测压。瓦斯压力测定执行《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》(AQ/T1047－2007)。各测压钻孔封孔示意图见图1。

图1 上向钻孔测压示意图

1)测压钻孔施工参数。

金之中煤业有限公司4号、8号、9号煤层的6个测点钻孔均为上向钻孔，每组钻孔的终孔位置间距大于20 m以上，施工钻机型号为ZDY－650，钻孔直径均为d95 mm，所布置的6个地点各个钻孔施工实际参数见表1。

表1 测压钻孔施工实际参数

2)测压钻孔施工与封孔。

本次瓦斯压力现场测定的封孔工艺采用“膨胀不收缩水泥封孔法”进行封孔，测压方法采用被动式测压法。各钻孔均在施工钻孔后24 h内进行注浆封孔工作，并且各钻孔等24 h浆体凝固产生一定强度后才安装压力表，具体的测压钻孔施工与封孔情况见表2。

表2 测压钻孔施工与封孔情况

2．3 测压进度与观测时间

1)测压进度安排。

a)2012年3月20日—2012年4月1日：井上下调研和资料收集。b)2012年3月20日—2012年5月20日：测压钻孔施工、封孔注浆和瓦斯压力观测。

2)压力观测时间的确定应遵循以下原则：

a)采用被动测压法，则视煤层瓦斯压力及透气性大小的不同，其观测时间一般需20～30 d以上。b)瓦斯压力值在开始测定的第一周内，应2天观测一次，并做好记录。c)将观测结果绘制在以时间(d)为横坐标、瓦斯压力(MPa)为纵坐标的坐标图上，当观测时间20～30天以上，如果压力变化在3 d内小于0．015 MPa，测压工作结束，否则继续观测。

3 测试结果

3．1 瓦斯压力变化曲线

金之中煤业有限公司4号、8号、9号煤层瓦斯压力数据观测历时近2个多月，由河南理工大学科研人员和矿方工程技术人员共同观测，瓦斯压力平稳上升，无异常变化，具体情况如下：

金之中煤矿4号煤层1号孔于2012年3月25号安装压力表，4月8日瓦斯压力升为0．07 MPa，至24号表压稳定在0．07 MPa，其压力变化曲线见图2。

图2 1号孔瓦斯压力变化曲线(4号煤层)

金之中煤业有限公司4号煤层2号孔于2012年4月21号安装压力表，5月5日瓦斯压力升为0．09 MPa，至5月19号表压稳定在0．09 MPa，其压力变化曲线见图3。

金之中煤业有限公司8号煤层3号孔于2012年3月26号安装压力表，4月11日瓦斯压力升为0．28 MPa，至4月24日号表压稳定在0．28 MPa，其压力变化曲线见图4。

金之中煤业有限公司8号煤层4号孔于2012年4月23号安装压力表，5月9日瓦斯压力升为0．25 MPa，至5月19号表压稳定在0．25 MPa，其压力变化曲线见图5。

金之中煤业有限公司9号煤层5号孔于2012年3月29号安装压力表，4月16日瓦斯压力升为0．36 MPa，至4月24日号表压稳定在0．36 MPa，其压力变化曲线见图6。

金之中煤业有限公司9号煤层6号孔于2012年4月23号安装压力表，5月13日瓦斯压力升为0．32 MPa，至5月19号表压稳定在0．32 MPa，其压力变化曲线见图7。

3．2 瓦斯压力测定结果

封孔以后，经过定时观察和记录瓦斯压力，并仔细检查漏气情况，如瓦斯压力连续数天无变化，则可认为这个稳定的压力就是煤层瓦斯压力。

基于金之中煤业有限公司4号、8号、9号煤层现有的施工情况，各测定地点压力测试钻孔深度顺层钻孔52 m，封孔50 m，穿层钻孔25 m，封孔20 m，且无卸压影响，煤层瓦斯封闭情况较好，因此，所测瓦斯压力能够真实反映所测区域的瓦斯原始压力，经过30天左右时间的测定，瓦斯压力结果见表3。

表3 瓦斯压力测试结果表

4 结论

1)4号煤层测点标高 +788．4～ +790．9 m，最大瓦斯压力(绝对压力)为0．17～0．19 MPa，最高瓦斯含量2．16 ～2．26 m3/t;8 号煤层测点标高 +796．5 ～+797．5 m，最大瓦斯压力(绝对压力)为 0．35 ～0．38 MPa，最高瓦斯含量3．55～4．25 m3/t;9号煤层测点标高 +787．9～ +789．4 m，最大瓦斯压力(绝对压力)为0．42 ～0．46 MPa，最高瓦斯含量6．24 ～6．37 m3/t。

2)测试结果符合预期设想。

3) 绝对瓦斯压力为 0．19 ～0．46≤0．74，即实际测试瓦斯压力小于规定危险值。

4)仅从瓦斯压力方面来看金之中煤业有限公司4、8、9号煤层在目前测点控制范围内无煤与瓦斯突出危险性。

5)建议金之中煤业有限公司4、8、9号煤层在开拓新水平、新采区，或采深增加超过50 m，或者进入新的地质单元时，重新测定4、8、9号煤层的煤层瓦斯压力等瓦斯参数。

［1］ 王永文．钻屑解析指标与瓦斯压力的应用关系［J］．辽宁工程技术大学学报，2010，3(29)：396－397．

［2］ 国家安监总局．AQ/T 1047－2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法［S］．北京：煤炭工业出版社，2007．