基于上向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法技术

本发明专利技术专利公开了一种基于上向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法。所述方法通过施工单个上向穿层钻孔同时获得多煤层煤样，在实验室分别测得煤样吸附常数、水分、灰分、孔隙容积等参数，同时现场通过分层封孔测压获得多煤层瓦斯压力值，从而通过间接法计算获得多煤层瓦斯含量。本发明专利技术测压效果好、施工成本低、材料简单易得，能够有效解决单独测定煤层群瓦斯含量施工量大、测定成本高等问题。

【技术实现步骤摘要】
基于上向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法所属
本专利技术涉及一种煤层瓦斯含量的间接测定方法，尤其是基于上向钻孔实现多煤层瓦斯含量同时测定的方法，适用于多煤层地质条件下施工上向穿层钻孔运用间接法测定上组煤层群瓦斯含量的

技术介绍
我国煤炭赋存地质条件复杂，随着煤炭开采深度加大，煤层瓦斯含量和压力增大，瓦斯灾害危险性增高，瓦斯灾害防治是保障煤炭安全开采工作中的重中之重。煤层瓦斯含量值是鉴定矿井瓦斯等级、评价煤层的煤与瓦斯突出危险性以及制定瓦斯抽采方案的重要指标之一。测定煤层瓦斯含量是瓦斯灾害防治以及煤层气开发利用工作过程中的一项必要内容。煤层瓦斯含量测定包含直接测定和间接测定两种方式，间接法是依据所取煤样实验室实验数据和现场测定数据计算得到煤层瓦斯含量。现有煤层瓦斯含量的间接测定装置和方法中，每个钻孔只能测定一个煤层的瓦斯压力从而间接得到一个煤层瓦斯含量。我国煤炭多呈煤层群条件赋存，如若测定上组煤层群瓦斯含量，只能通过施工若干个钻孔后逐个封孔测定、计算得出，费时费力且成本较高。因此，如何准确、便捷、经济、实用的实现多煤层瓦斯含量同时测定，是摆在科研工作者和现场工程技术人员面前的一道难题。
技术实现思路
针对现有煤层群瓦斯含量测定方法的局限性，本专利技术目的是提供一种准确、便捷、经济、实用的基于上向钻孔实现多煤层瓦斯含量同时测定的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：a.选定无地质构造的且稳定的位置，利用钻机施工上向穿层钻孔，打钻过程中钻头到达目标煤层时退钻换取芯管，分别钻取两层煤的煤样m和煤样n；b.利用上向分层封孔装置及方法封孔，等待瓦斯压力稳定；c.将煤样带回实验室，在实验室进行工业分析及压汞实验，得到吸附常数、水分、灰分、孔隙容积等参数；d.瓦斯压力稳定后，井下读取各煤层瓦斯压力数值；e.利用瓦斯含量计算公式计算得出各煤层瓦斯含量。本专利技术具有如下有益效果：a.本专利技术能够准确测定出煤层瓦斯压力值，以及煤层的煤样参数，并间接得到煤层瓦斯含量，解决了两层或多层上组煤层群瓦斯含量同时准确测定的难题。b.本专利技术仅通过一个上向穿层钻孔即可测定两层或多层煤层的瓦斯含量，能够有效节省钻孔施工数量及时间，大大节省了瓦斯含量测定成本。c.本专利技术涉及的施工材料普通、易获取，施工工艺简单易行，实用性强。附图说明图1是本专利技术的流程图，图2是本专利技术的封孔示意图。图2中，1-注浆泵，2、3-测压管，4、5-注浆管，6-水泥砂浆填充室，7、9-岩层，8、10-煤层，11、13-气室，12-马丽散封孔剂，14、16、18-法兰盘，15、17、19-隔离囊袋，20-瓦斯压力表，21、22、23、24、25、26-球阀，27、28-返浆管。具体实施方式本专利技术提出了一种基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法。结合附图1和2所示，基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法包括步骤阐述如下：a.选定无地质构造的且稳定的位置，利用钻机施工上向穿层钻孔，打钻施工穿过最远端煤层10底板3-5m，打钻过程中钻头到达目标煤层时退钻换取芯管，分别钻取两层煤的煤样m和煤样n，用于实验室实验，以得到煤样吸附常数、水分、灰分等参数。打钻过程中记录穿层情况，根据打钻过程中记录的煤层8、10和岩层7、9的厚度，确定注浆管4、5、返浆管27、28和测压管2、3的各段安装长度，并确定法兰盘14、16、18与隔离囊袋15、17、19在套管上的安装位置；b.根据钻孔的穿层情况，向钻孔内连接测压管2，长度1-2m；c.在已连接的测压管2末端连接法兰盘14，法兰盘14应该与测压管2固定，避免后续安装过程中滑脱；d.在法兰盘14近孔口端测压管2上安装隔离囊袋15并固定，确保在安装过程中不与测压管发生相对位移，隔离囊袋15长度1m为宜，作用是封堵下方水泥砂浆填充室6的水泥砂浆，以避免注浆时水泥砂浆流入气室11；e.连接延长测压管2，并行安装返浆管27和注浆管4，安装时应注意返浆管27上端口相对靠近隔离囊袋15，距离为0.5m，注浆管4相对远离隔离囊袋15，与隔离囊袋17距离为0.5m，以确保水泥砂浆填满整个水泥砂浆填充室6；f.待测压管2、返浆管27和注浆管4达到预定长度时，安装隔离囊袋17和法兰盘16并固定，应注意隔离囊袋17在法兰盘16上方，隔离囊袋17长度1m为宜，作用是封堵上方水泥砂浆填充室6的水泥砂浆，以避免注浆时水泥砂浆流入气室13；g.连接延长测压管2、返浆管27和注浆管4至预定长度，并行安装测压管3，测压管3此段安装长度为1-2m；h.将测压管2、返浆管27、注浆管4和测压管3穿过法兰盘三18并固定，在法兰盘18近孔口端的套管上安装隔离囊袋19并固定，确保在安装过程中不与四分管发生相对位移，隔离囊袋19长度1m为宜，作用是封堵下方水泥砂浆填充室6的水泥砂浆，以避免注浆时水泥砂浆流入气室13；i.连接延长以上套管至钻孔中，并行安装返浆管28和注浆管5，应注意返浆管28与离囊袋19距离为0.5m，注浆管5相对远离隔离囊袋19，与孔口为5-7m，注浆管5此段长度应大于马丽散封孔剂12的封孔长度，以确保顺利注浆，将水泥砂浆填满整个水泥砂浆填充室6；j.直至法兰盘14至煤层10与底板交界处，停止套管安装并将套管在孔口固定；此时法兰盘16的位置为煤层8顶板，法兰盘18位置为煤层8底板，测压管2下端头位置为煤层10中，测压管3位置为煤层8中，注浆管4和返浆管27上端头位置为岩层9中，注浆管5和返浆管28上端头位置为岩层7中；k.在孔口封堵马丽散封孔剂12，长度3-5m，作用是封堵水泥砂浆填充室内水泥砂浆，以避免注浆时水泥砂浆流出孔口；l.等待1-2h至马丽散封孔剂12固结，等待的同时准备注浆泵，混制水泥砂浆；m.将注浆泵1与注浆管4通过球阀23连接，返浆管27上安装球阀25，打开球阀23、25并开始注浆，待返浆管27开始返浆时，关闭球阀23、25和注浆泵1，撤下注浆泵1；n.将注浆泵1与注浆管5通过球阀24连接，返浆管28上连接球阀26，打开球阀24、26并开始注浆，待返浆管28开始返浆时关闭球阀24、26和注浆泵1，停止注浆，撤下注浆泵1；o.注浆36-48小时待水泥砂浆凝固后，通过球阀21、球阀22分别连接瓦斯压力表20，并保持球阀21、球阀22打开状态，开始测压。p.待瓦斯压力稳定后，读取瓦斯压力表示数，得到煤层瓦斯压力值Pm、Pn，并记录读数时对应的瓦斯绝对温度Tm、Tn；q.在实验室进行煤样m、n的工业分析实验，得到煤样的吸附常数值am、bm、an、bn，煤中水分Wm、Wn，煤中灰分Am、An；r.在实验室进行压汞实验，测定得到煤样的孔隙容积Vm、Vn；s.采用间接法计算煤层瓦斯含量。将上述步骤中测定的煤层瓦斯压力、吸附常数、水分、灰分煤样的孔隙容积等参数带入计算公式，得到煤层瓦斯含量值。间接法计算煤层瓦斯含量的公式如下：式中：Xx——煤的吸附瓦斯含量，m3/t；Xy——煤的游离瓦斯含量，m3/t；a、b——煤的吸附常数值，m3/t、MPa-1；V——单位重量煤的孔隙容积，m3；P——煤层瓦斯压力值，MPa；T——瓦斯的绝对温度，K；t0——实验室测定煤的吸附常数时的实验温度，℃；t——煤层温度，℃；W——煤中水分，％；W——煤中灰分，％；ξ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于上向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，应包含如下步骤：a、选定无地质构造的且稳定的位置，利用钻机施工上向穿层钻孔，打钻过程中钻头到达目标煤层时退钻换取芯管，分别钻取两层煤的煤样A和煤样B；b、利用上向分层封孔装置及方法封孔，等待瓦斯压力稳定；c、将煤样带回实验室，在实验室进行工业分析及压汞实验，得到吸附常数、水分、灰分、孔隙容积等参数；d、瓦斯压力稳定后，井下读取各煤层瓦斯压力数值；e、利用瓦斯含量计算公式计算得出各煤层瓦斯含量。

【技术特征摘要】
1.一种基于上向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，应包含如下步骤：a、选定无地质构造的且稳定的位置，利用钻机施工上向穿层钻孔，打钻过程中钻头到达目标煤层时退钻换取芯管，分别钻取两层煤的煤样A和煤样B；b、利用上向分层封孔装置及方法封孔，等待瓦斯压力稳定；c、将煤样带回实验室，在实验室进行工业分析及压汞实验，得到吸附常数、水分、灰分、孔隙容积等参数；d、瓦斯压力稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡永博，徐超，王凯，王硕，付强，李小芳，冯玉凤，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11