[发明专利]富含水煤系地层瓦斯压力测试装备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试瓦斯压力的装备和方法，尤其是适用于现场测压管内有水条件下确定瓦斯压力的富含水煤系地层瓦斯压力测试装备及方法。

背景技术

我国煤矿的开采条件差，开采过程中受到瓦斯、水、火、粉尘、地压及热害的影响，其中瓦斯是我国煤矿的第一杀手。现阶段，煤矿瓦斯灾害又以煤与瓦斯突出危害性最大，而煤与瓦斯突出的防治难度也是世界公认的。煤矿瓦斯灾害均是由于煤层本身瓦斯压力较大，瓦斯含量较高所造成。为有效防治煤层瓦斯，需弄清煤层瓦斯赋存情况，而煤层瓦斯压力是预测煤层突出危险性的主要参数之一，现场准确测定煤层瓦斯压力尤为重要。

煤层瓦斯压力测定方法是由岩巷或煤巷向预定测量瓦斯压力的地点施工钻孔，封孔后形成测压室，用测压管沟通测压室和压力表，从而测出煤层中的瓦斯压力。如果测定中能保证钻孔封孔严密不漏气，则压力测量结果较为准确，我国常用的测定瓦斯压力的封孔方法按其工艺可以分为5种：①黄泥封孔；②普通水泥浆封孔；③胶圈-粘液封孔；④胶囊-粘液封孔；⑤聚氨酯泡沫封孔。其中方法一、二、五的主要原理是利用固体（或液体凝固）物来充填测压管和钻孔壁之间的空间，以阻止煤层瓦斯的泄漏；而方法三和四是指在封闭段的两端固体物之间，注入粘液，粘液的压力高于预计的瓦斯压力，并渗入孔壁与固体物之间的空间，以阻止煤层瓦斯的泄漏。

我国矿井多数煤系地层有含水层，受水的影响，瓦斯压力测定成功率大大降低。水主要来源于煤层及围岩，尤其是煤层围岩中的砂岩水，水压相对较高，导致钻孔测压气室进水，测定出来的压力并非煤层原始瓦斯压力。针对煤系地层富含水条件下煤层瓦斯压力测定，目前国内主要采用高压注浆堵水方法来解决，但受注浆工艺因素的影响，无法完全将水堵住，特别是煤层本身含水条件下，煤层瓦斯压力测定尤为困难。在测压钻孔封孔成功后，测压室内进水的情况下，如果判定煤层瓦斯压力测试失败，则会造成严重的工程浪费，且一遇到测压钻孔含水的条件就无法判定煤层的瓦斯压力，给煤与瓦斯突出危险性的预测带来困难。

瓦斯是微溶于水的，瓦斯在水中的溶解度受温度、压力、水质等因素的影响。一般情况下，井下水中富含矿物质，不同水质相同条件下对瓦斯的溶解度不同；受地温影响，不同矿井或同一矿井不同埋深，煤系地层的水温不同，在不同瓦斯压力下，钻孔内水对瓦斯的溶解度存在差异。因此，在遇到测压钻孔内含水情况，可通过测定现场环境下水对瓦斯的溶解度，结合实验室测试不同瓦斯压力下现场水样对瓦斯溶解度的测试结果，反推煤层瓦斯压力，为测定富含水煤系地层瓦斯压力提供一种新的方法。

发明内容

为了解决富含水煤系地层中的测压钻孔内有水时无法确定煤层瓦斯压力的问题，本发明提供一种富含水煤系地层瓦斯压力测试装备及方法，该测试装备及方法采用不同条件下瓦斯在水中溶解度的差异，通过现场测试与实验室测试反推煤层瓦斯压力，为富含水煤系地层中煤层瓦斯压力测定提供一种新途径，另外，该测试方法操作简便，节省了测试成本，并且在测压钻孔封孔成功后测压室内进水的情况下，仍然能够切实可行测试煤层瓦斯压力，为煤矿瓦斯测试人员带来了很大的便利。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该测试装备及方法所用的测试装置包括胶皮球、排气阀、脱吸罐、金属网、压力表Ⅰ、针型阀、压力表Ⅱ、阀门Ⅰ、乳胶膜、温度计、液位标尺；所述脱吸罐的底部竖直设有液位标尺及温度计，脱吸罐的上部侧面通过排气阀连接有胶皮球，脱吸罐的侧面上部并连通有压力表Ⅰ，所述乳胶膜的边沿固定在脱吸罐的上部边沿，脱吸罐的上部罐盖上开有与外界相连的通孔，通孔中分布有金属网，脱吸罐的下部侧面通过阀门Ⅰ与针型阀的侧面相连，针型阀入口通过导管与测压管相连通，针型阀与导管的连接处设有压力表Ⅱ。

该测试方法包括现场测试和实验室测试两部分，其具体步骤如下：

1.当瓦斯压力测试钻孔封孔成功且压力表Ⅱ数值稳定后，打开压力表针型阀发现测压孔内有水，立刻关闭针形阀，则压力表Ⅱ数值很快恢复至原始数值，判定该地点水压较高；

2.将脱吸罐与压力表针型阀连接，脱吸罐内乳胶膜将脱吸罐分隔为上下两个空间，采用胶皮球抽空脱吸罐下部空间气体，关闭脱吸罐与胶皮球之间的排气阀，打开压力表针形阀，则测压管内水进入脱吸罐；