基于自动水位补偿的含水煤层瓦斯压力测定方法研究

发布时间：2020-10-28 02:21

　　 通过研究含水煤层瓦斯压力测定方法现状,确定主要影响测定结果的因素为水压干扰、煤泥水干扰。针对以上问题提出了测定新方法,运用自动水位补偿方法剔除水压对测定结果的干扰,通过设计装有复合材质倾斜滤网的煤泥沉淀池,完成对煤泥的过滤和导流,实现对煤泥水的净化。此方法直接测定瓦斯压力,避免反推计算,从而减小了环境因素对测定结果的干扰。依据理论设计了含水煤层瓦斯压力测定装置,并进行了井下对比试验,现场试验结果表明:运用新设计装置测定结果比普通方法更接近理论值,数据利用价值高。该装置操作简单、自动化程度高、测定结果准确,可为含水煤层瓦斯治理提供数据支持,确保生产安全。
【部分图文】：

三类为排除水干扰测定方法，主要应用的有测压管导入气体直测法、缓慢放水剔除水压法等。第一类不含水煤层瓦斯测定方法如图1所示［4］。在煤层布置测压钻孔，钻孔完成后在钻孔孔口进行快速封孔，同时布置好测压管。封孔完成一段时间后，进行注浆。注浆完成后，检验封孔气密性，若无明显漏气则立即进行压力检测。图1不含水煤层普通测压方法该方法在不含水煤层进行瓦斯压力测定时效果良好，所测定结果与地质检测结果相差不大，测定结果准确。但如遇到下列情况测定结果可能受到影响:(1)当煤层水压大、补给水源充足、水流量不定时，测压管口易于被矿井涌水淹没，破坏测压表，影响测压结果。(2)当瓦斯压力小于煤层水压时，钻孔内的气体压力达到煤层瓦斯压力，此时钻孔气体压力小于煤层水压，煤层水继续涌入钻孔，导致气体被压缩，气体压力增大，最终导致所测压力值比煤层瓦斯压力真实值大。第二类方法中伯努利方程法分析如图2所示［5］。与不含水煤层测压法布置钻孔方式类似，测压管进出口两端分别安装电子流量计，将上进口端电子流量计所测数据用数据线导出钻孔，方便读龋图2伯努利流体方程法伯努利方程为:z1+p1γ+v212g=z2+p2γ+v222g+H(1)式中，z1，z2为测压管进口、出口的位置，m;p1，p2为测压管进口、出口的水压，Pa;v1，v2为水在测压管进口、出口的流速，m/s;H为水流经测压管整个过程的水头损失，m;γ为水的比重，常取9800N/m3。上式中除p1外，其他数据均能测算出，p1即为瓦斯压力。但如遇到下列情况测定结果可能受到影响:(1)在现场测定含水煤层瓦斯压力过程中，大量煤层涌水会携带煤泥进入钻孔，在计算整个过程水头损失、测压

检测。图1不含水煤层普通测压方法该方法在不含水煤层进行瓦斯压力测定时效果良好，所测定结果与地质检测结果相差不大，测定结果准确。但如遇到下列情况测定结果可能受到影响:(1)当煤层水压大、补给水源充足、水流量不定时，测压管口易于被矿井涌水淹没，破坏测压表，影响测压结果。(2)当瓦斯压力小于煤层水压时，钻孔内的气体压力达到煤层瓦斯压力，此时钻孔气体压力小于煤层水压，煤层水继续涌入钻孔，导致气体被压缩，气体压力增大，最终导致所测压力值比煤层瓦斯压力真实值大。第二类方法中伯努利方程法分析如图2所示［5］。与不含水煤层测压法布置钻孔方式类似，测压管进出口两端分别安装电子流量计，将上进口端电子流量计所测数据用数据线导出钻孔，方便读龋图2伯努利流体方程法伯努利方程为:z1+p1γ+v212g=z2+p2γ+v222g+H(1)式中，z1，z2为测压管进口、出口的位置，m;p1，p2为测压管进口、出口的水压，Pa;v1，v2为水在测压管进口、出口的流速，m/s;H为水流经测压管整个过程的水头损失，m;γ为水的比重，常取9800N/m3。上式中除p1外，其他数据均能测算出，p1即为瓦斯压力。但如遇到下列情况测定结果可能受到影响:(1)在现场测定含水煤层瓦斯压力过程中，大量煤层涌水会携带煤泥进入钻孔，在计算整个过程水头损失、测压管进出口水流量时会产生较大影响。(2)当水压较小且流量较小时，由于渗水速度慢，不能充满整个测压管，使得测压数据无法测定。当水量大、补给水源充足、水压大且远大于瓦斯压力时，涌水量大于排水量，钻孔中积水量增大，气体被压缩，压力增大。当钻孔内气体压力等于煤层内瓦斯压力时，由于煤层水压远大于瓦斯?

造引起的瓦斯积聚时，煤体的内部结构与瓦斯含量之间的关系发生变化，不能运用上述结论。第三类排除水干扰测定方法中的测压管导入气体直测法主要运用了瓦斯气体在水中溶解度低的特点，将测压管导入上部气体实现气水分离，进行测压。此方法主要适用于煤层涌水量孝瓦斯压力大于煤层水压的情况。若当煤层涌水量大、补给水源充足、煤层水压远大于瓦斯压力时，所测定瓦斯压力受到一定的干扰而不适用。第三类方法中缓慢放水剔除水压法，主要是在测压管导入气体直测法基础上进行改进，安装储水箱，水箱下部装有放水口，如图3［8］。此方法通过排放钻孔中水来剔除水压对瓦斯压力测定的影响。图3缓慢放水剔除水压法此方法可将钻孔中的水引入储水箱内，防止钻孔内积水过多，淹没测压管，导致压力表破坏。但上述方法遇到下列情况不适用:(1)放水器不可调节，当煤层涌水量大、水源补给充足、水压远大于瓦斯压力时，且测压管所测气体部分达到煤层瓦斯压力时，煤层水继续涌入钻孔，气体压力继续增大，导致所测气体压力大于煤层瓦斯压力。(2)当储水箱放水量大于钻孔涌水量时，钻孔内气体会进入储水箱，储水箱并未与测压部件双向联通，气体无法回流到气体测压部分，导致所测结果受到影响。1．2现有问题总结(1)水压。含水煤层中，水压是影响煤层瓦斯压力测定的重要因素。测量过程中，当水压大于瓦斯压力且水源充足时，煤层瓦斯压力不能真正体现。(2)环境因素影响。伯努利方程计算对现场试验条件要求较高，且试验结果受环境影响较大。井下水中所含杂质浓度的变化，对计算数据影响较大。反推法中利用瓦斯水中溶解度与压力的影响关系，可由理论计算得到瓦斯压力，但瓦斯在水中溶解度受温度、水纯度等因素影响，故当钻孔涌水大且携带大量
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