安全工程专业实验教程4.3煤层瓦斯压力测定

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1、××学院煤层瓦斯压力测定一、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。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

2、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）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

3、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。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～

4、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。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。图1胶囊（胶圈）-密封粘液封孔测

5、压示意图四、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。四、实验步骤1-充气装置（主动测压）；2-三通；3-压力表；4-术楔；

6、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

7、力表。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

8、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。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