基于系统论的煤层瓦斯压力测定影响因素分析

洒科武

【摘 要】从系统论的角度出发，分别从人员因素、设备因素、环境因素、管理因素方面分析对煤矿瓦斯压力测定的影响，并提出相应的解决办法。

【关键词】瓦斯压力测定；系统论；影响因素

1 瓦斯压力测定系统

煤层瓦斯压力测定是一项复杂的系统工程。据统计，精确测压成功率能达到80%就算是比较高了，个别钻孔测压的报废率甚至达到了20%；如果不能准确测定煤层瓦斯压力不仅浪费大量的人力、物力和财力，甚至会因为误报瓦斯压力而直接引起突出事故的发生，导致人员伤亡和生产中断。

从系统论的角度出发，瓦斯压力测定是由人、设备、环境、管理共同形成的一个特殊的“人-机-环境-管理”系统。能否准确测定煤层瓦斯压力必然要受到系统中各种因素以及它们之间的相互关系的影响。系统中的人不仅包括读表人员还包括打钻人员、封孔人员以及煤矿工作人员。设备包括测压管、注浆管、连接设备、注浆泵、封孔材料（水泥、膨胀剂、速凝剂等）、瓦斯压力测定仪、测压表等。系统中的环境包括测压地点、煤层顶底板岩性情况、钻孔周边岩石裂隙情况、测压煤层含水静压力大小、地质构造影响、煤体性质、钻孔的设计参数等。这些因素之间的相互影响，一个因素处理不好就可能导致测压的失败，因此，必须对它们进行合理的组织、分析，才能充分发挥各自效能以保证能准确的测出煤层的瓦斯压力[1]。

2 现场瓦斯压力测定的影响因素

2.1 人员因素

人是测压的主体，同时又是影响测压的主要因素，可以说测压结果的准确性主要取决于人。人员操作因素的影响主要表现在人员的责任心不强或不规范性操作最容易导致测值的不准确。如测压钻孔布置不合理、打钻人员为图方便私自改变打钻方案使钻孔参数不符合要求、钻孔数量不足、钻孔深度不足或过长；测定时间掌握不规范，打钻与测定之间的时间间隔太长或者测定时未等压力表上的瓦斯压力数值稳定时就拆表读数；仪器操作不规范导致封孔装置堵塞或封孔不规范导致漏气等；这其中主要涉及的人员有工程师（布置、设计钻孔的技术人员）、读表人员、封孔人员以及打钻人员[2]。

2.2 设备因素

测压设备必须具有良好的技术和质量状态，否则也会导致测压结果的不准确。由于测压设备的一些元件本身的稳定性不高，使用时间较长时会发生损坏，使得测定误差较大。如采用水泥注浆封孔时涉及的设备主要有测压管、注浆管、连接设备、注浆泵、封孔材料（水泥、膨胀剂、速凝剂等）、测压表等。如采用M-Ⅱ型瓦斯压力测定仪进行封孔测压时涉及到的设备主要有胶囊、瓦斯管、乳化液泵、瓦斯压力表等。这些设备的技术和质量状态与测压结果有密切关系[3]。

2.3 环境因素

2.3.1 地质构造

由于地质构造的影响，煤层的产状可能发生改变，钻孔布置位置可能达不到设计要求，未处于预计层位或深度，导致测值偏低。另外矿井中的断层或破碎带等地质条件对测压过程有很大的影响，如果必须在断层、裂隙带或破碎带地段施工测压孔时，首先必须对测压孔周围50m范围内注入水泥浆，封堵围岩裂隙，这样才能准确测定瓦斯压力。

2.3.2 煤层顶底板岩性

如果煤层的顶底板岩石比较致密，这将有利于瓦斯在煤层中的赋存，减少游离瓦斯的排放，有利于测压工作，缩短测压时间[4]。

2.4 管理因素

2.4.1 测定方法

测定煤层瓦斯压力时，通常是从围岩巷道（石门或围岩钻场）向煤层打孔径为50～75mm的钻孔，孔中放测压管，将钻孔密封后，用压力表直接进行测定。一般采取瓦斯压力自然恢复法来进行，如果时间紧迫则采用向钻孔注氮的方法来快速测定。实践证明，应尽可能采用上向施工测压孔，避免下向和水平孔测压。

2.4.2 封孔工艺

不同的封孔工艺对测压效果有不同的影响，选择什么样的封孔工艺直接关系到测压结果的准确性，各种封孔工艺的优缺点如下：

粘土封孔的优点是此种方法简单易行；对封孔材料的要求也不高，封孔成本较低。但这种方法的明显缺点在于其封孔长度受限制，如孔深较长，粘土太软会导致硬度不够.无法送至指定长度：粘土太硬会导致封孔不密实，影响测压效果；对粘土制作的技术要求高，粘土要适应孔的形状.且软硬适中。

水泥砂浆封孔的优点就在于可以封较长孔深的孔；其封孔材料在封孔时为液态。凝固后变为固态，有效的解决了粘土封孔遇到的难题；且对人员技术要求会有所降低。固体封孔方法封孔在封孔段岩层为松软的砂岩、钻孔周围存在微裂隙或直接在煤层打测压钻孔时，固体物不能严密封闭钻孔周边的裂隙.易于漏气。测出的瓦斯压力值往往低于真实的煤层瓦斯压力。

胶囊粘液封孔。胶囊粘液封孔方法在当封孔段岩层为松软的砂岩、钻孔周围存在微裂隙或直接在煤层打测压钻孔时可以比固体封孔方法更有效更准确测出瓦斯压力的方法，具有封孔时间短，密封效果较好的特点。缺点是造价高，而且在松软岩层或煤层打测压钻孔时出现塌孔、糊孔时，测压封孔设备会被埋入孔中，无法回收，导致测压钻孔成本上升，但此封孔方法测压效果比固体封孔方法好。

聚氨酯泡沫封孔法继承了胶圈胶囊封孔的优点，还降低了测压成本，且操作简单；配比可以延长发泡时间，发泡位数较高；克服了黄泥、水泥团、水泥砂浆等在岩石微裂隙封孔不严等缺点，它能扩散渗透到钻孔周围的网状裂隙，大大提高封孔质量，是有效的一种封孔测压方法[5]。

3 结论

煤层瓦斯压力测定是一个涉及人、设备、环境以及管理等因素的系统工程，测压过程中应系统分析这些因素对测压效果的影响，才能准确测定煤层瓦斯压力。其中，人的因素影响最大，测压结果的准确性主要取决于人。在测压过程中应加强对人的管理、培训，人员素质提高后才能对测压设备、环境等进行有效的组织，并合理选择测压方法、测压地点以及封孔工艺，提高钻孔测压的成功率，准确测定煤层瓦斯压力。

【参考文献】

[1]张子敏，张玉贵，汤达祯.瓦斯地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.

[2]郑万成，杨胜强，马伟.影响煤层瓦斯压力测定的因素分析[J].煤矿安全，2009（4）：82.

[3]兰泽全，曲荣飞，陈学习.直接法测定煤层瓦斯压力现状及分析[J].煤矿安全，2009：74.

[4]傅雪海，秦勇，韦重韬.煤层气地质学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[5]孟燕，蒋曙光，邵昊，王凯.煤层瓦斯压力测定方式及新的探索[J].能源技术与管理，2009（06）.