适用读者： 煤矿矿长、总工程师、防突副总、地测科长、通防科长、防突测压班长

作者： 张洁贞｜中矿天智信息科技（徐州）有限公司高级销售经理｜中国矿业大学煤矿瓦斯防治与安全工程科研团队技术合作支持

一、行业痛点与法规监管：传统封孔漏气率高与瓦斯压力测不准危机

煤层原始瓦斯压力（$P_{gas}$）是判定煤层是否具备煤与瓦斯突出危险性（$P_{gas} \ge 0.74\text{ MPa}$ 临界法定红线）的最核心基础参数。

在陕西铜川、韩城、彬长，山西阳泉、晋城以及贵州等高瓦斯与突出矿区，煤层瓦斯压力现场直接测定长期面临“三大工程难题”：

  1. 传统黄泥/聚氨酯封孔极易漏气失效：传统聚氨酯封孔发泡后内部存在大量连通孔隙，在长时间（数周）高压瓦斯渗透下极易发生微渗漏，导致实测瓦斯压力曲线呈现“爬坡缓慢、中途掉压”现象，严重低估真实瓦斯压力；
  2. 钻孔周围次生卸压破裂带无法封闭：钻孔开孔施工过程中，孔壁周围会产生 $0.5 \sim 1.5\text{m}$ 范围的环向剪切松动破裂带，常规无压常压注浆无法渗透进这些微米级裂隙，高压瓦斯沿孔壁裂隙短路泄漏至巷道；
  3. 国家能源行业最新新标强制要求：国家能源局最新发布的 KA/T 1047-2023《煤矿井下瓦斯压力测定方法》 明确规定：煤层瓦斯压力直接测定必须采用“主动式双囊袋带压注浆”或具有相同封孔可靠性的工艺；未采用主动带压注浆工艺导致测压失真或弄虚作假的，安监部门一律不予认可鉴定结论。
钻孔穿透目标煤层（孔深 60~120m，打入实体煤深部）
  ↓ 采用传统聚氨酯/常压水泥封孔
孔壁微裂隙无法充填 + 聚氨酯微气孔漏气 → 压力中途泄漏，测压失败
  ↓ 严格落实最新行业标准 KA/T 1047-2023
采用“主动式双囊袋带压注浆封孔”成套技术
  ├── 前后双囊袋（两端）膨胀密封：牢牢封闭测压测试段与孔口段
  ├── 囊间高压注入超细微膨胀水泥浆（注浆压力 2.5~4.5 MPa）
  └── 高压水泥强行劈裂渗入孔壁周围松动圈微裂隙，彻底消除漏气通道
7~14 天快速平衡测出真实最高瓦斯压力，出具法定权威 CMA 检测报告

因此，推广应用主动式双囊袋带压注浆封孔测压成套技术，是总工程师精准获取煤层第一手真实瓦斯压力、防范误判漏判突出危险的核心技术保证。

二、双囊袋带压注浆力学机理与渗流模型：微膨胀劈裂与压力平衡方程

主动式双囊袋封孔器利用高压注浆一体化单向阀组，实现“囊袋先膨胀封堵、中间段后高压带压注浆”的阶梯式时序动作。

1. 囊间带压注浆劈裂渗流充填方程

为彻底封堵孔壁周围松动圈裂隙，囊间注浆压力 $P_{grout}$ 必须克服煤岩最小主应力与裂隙毛细阻力，其临界注浆起裂压力 $P_{crack}$ 满足水力劈裂方程：

$$P_{grout} \ge P_{crack} = 3 \sigma_3 - \sigma_1 + \sigma_t - P_p$$

式中：$\sigma_1, \sigma_3$ 分别为最大与最小主应力（$\text{MPa}$）；$\sigma_t$ 为煤岩抗拉强度；$P_p$ 为孔隙水/气压力。

  • 工程控制标准：现场注浆终压控制在 $P_{grout} = 2.5 \sim 4.5\text{ MPa}$，持续稳压保压 15 分钟，超细水泥浆（平均粒径 $\le 10\ \mu\text{m}$）在压力驱动下强力压入开度仅 $20\ \mu\text{m}$ 的微小节理隙缝，形成半径达 $0.8 \sim 1.5\text{m}$ 的致密环形水泥结石固化套筒。
主动式双囊袋带压注浆封孔结构与测压曲线图
图2：KA/T 1047-2023 标准主动式双囊袋封孔器结构、囊间超细水泥高压渗透充填与瓦斯压力回升曲线图

2. 测压气室瓦斯压力恢复与平衡动态方程

测试腔室内的瓦斯压力恢复速率遵循非恒定气体径向渗流微分方程：

$$\frac{\partial P^2}{\partial t} = \frac{k_{perm} \cdot \bar{P}}{\phi_{eff} \cdot \mu_{gas}} \left( \frac{\partial^2 P^2}{\partial r^2} + \frac{1}{r} \frac{\partial P^2}{\partial r} \right)$$

随着测压室内瓦斯不断涌入积聚，测压表压力 $P(t)$ 呈对数渐近线上升，当满足连续 3 天压力波动值小于 $0.02\text{ MPa}$（$\frac{dP}{dt} \approx 0$）时，即判定为煤层原始平衡瓦斯压力 $P_{gas}$。

三、KA/T 1047-2023 封孔工艺材料配比与施工参数表

中矿天智与中国矿业大学科研团队确立的标准封孔与测压参数体系：

关键工序与材料参数 软弱破碎构造煤层测压孔 完整坚硬原生煤层测压孔 穿层石门揭煤迎头测压孔 规范控制要求与物理意义
测压钻孔终孔口径 $\Phi 75\text{mm} \sim \Phi 94\text{mm}$ $\Phi 75\text{mm} \sim \Phi 89\text{mm}$ $\Phi 94\text{mm} \sim \Phi 113\text{mm}$ 钻孔平直光滑，终孔进入煤层实体 $\ge 15\text{m}$
双囊袋封孔有效长度 $\ge 18 \sim 25\text{ m}$ $\ge 12 \sim 16\text{ m}$ $\ge 15 \sim 20\text{ m}$（穿岩孔） 避开巷道周边松动卸压带（深度通常 $8 \sim 12\text{m}$）
超细水泥水灰比 (W/C) $0.6:1 \sim 0.8:1$ $0.5:1 \sim 0.7:1$ $0.6:1 \sim 0.7:1$ 水泥细度要求比表面积 $\ge 800\text{ m}^2/\text{kg}$
微膨胀剂添加比例 $6.0\% \sim 8.0\%$（改性铝粉/钙矾石） $5.0\% \sim 7.0\%$ $6.0\% \sim 8.0\%$ 水泥硬化时产生 $0.1\% \sim 0.3\%$ 膨胀率，杜绝收缩缝
囊袋充盈与膨胀压力 $1.2 \sim 1.8\text{ MPa}$ $1.0 \sim 1.5\text{ MPa}$ $1.2 \sim 1.8\text{ MPa}$ 充填专用高强单向自锁注浆阀
囊间注浆终压与保压 $3.5 \sim 4.5\text{ MPa}$，稳压 $\ge 20\text{ min}$ $2.5 \sim 3.5\text{ MPa}$ $3.5 \sim 5.0\text{ MPa}$ 确保水泥浆液充分劈裂浸润微细裂隙
测压平衡观测周期 $7 \sim 14\text{ 天}$（快速平衡） $5 \sim 10\text{ 天}$ $7 \sim 12\text{ 天}$ 相比传统封孔（需 30~60 天）提速 3 倍以上
井下测压钻场主动双囊袋下井与注浆施工现场
图3：瓦斯防突检测技术人员在井下钻场组装主动式双囊袋封孔管路并连接高压注浆泵

四、核心测压装备与专用密封仪器配置

主动式双囊袋封孔器与本安型数字测压仪特写
图4：主动式双囊袋膨胀胶囊、专用高压注浆单向逆止阀与矿用本安型数字瓦斯压力记录仪特写
仪器设备名称 规格型号 核心测试功能 精度与安全认证
主动式双囊袋封孔器 ZNF-80 型矿用封孔组件 膨胀隔离两端并在囊间实施带压二次高压注浆 囊袋爆破压力 $\ge 8.0\text{ MPa}$，气密性 $100\%$
矿用本安数字测压仪 CY-10 本安防爆压力记录仪 连续自动记录孔内瓦斯压力回升全过程曲线 测量精度 $\pm 0.1\%$ FS，量程 $0 \sim 10.0\text{ MPa}$
气动便携式高压注浆泵 2ZBQ-30/8 矿用气动注浆泵 为囊袋与囊间压注超细微膨胀水泥浆 排量 $30\text{ L/min}$，最高压力 $8.0\text{ MPa}$
超细微膨胀专用注浆料 ZKT-Cement 特种超细灌浆料 微米级超细颗粒，早强、微膨胀、高抗渗 24h 抗压强度 $\ge 25\text{ MPa}$，自由膨胀率 $+0.2\%$

五、工程案例复盘与实战对账：铜川某突出矿井煤层瓦斯压力实测项目

以下结合陕西铜川矿区某年产 180 万吨煤与瓦斯突出矿井 4208 工作面石门揭煤瓦斯压力直接测定项目进行深度对账。

总工程师与防突专家组在测压数据评审会
图5：中国矿业大学瓦斯防治科研团队与煤矿总工程师在矿区调度室核定瓦斯压力实测曲线与 CMA 报告

1. 工程背景与测压任务

  • 地质条件：主采 4-2 煤层，平均厚度 6.8m，煤层埋深 520m，煤质松软（坚固性系数 $f=0.45$）；
  • 原测压教训：矿方以往采用传统聚氨酯封孔施工 3 个测压孔，全部因封孔段漏气导致压力测定值仅为 $0.25 \sim 0.38\text{ MPa}$（失真严重），在后续揭煤时险些发生动力突出险情；
  • 新标测压实施：严格执行 KA/T 1047-2023 标准，在石门揭煤迎头施工 2 组穿层测压孔（孔深 65m，仰角 $22^\circ$），采用主动式双囊袋带压注浆封孔（封孔长度 22m，注浆终压 3.8 MPa）。

2. 项目造价明细与实施周期（合同金额：9.5 万元）

铜川某矿 4208 石门揭煤煤层瓦斯压力精准测定项目（合同总额：95,000 元）
  ├── 穿层测压钻孔设计、双囊袋封孔器材与超细膨胀水泥材料成套供应：35,000 元
  ├── 井下主动式双囊袋下管、高压带压注浆施工与数字测压连续监控：35,000 元
  └── 瓦斯压力平衡分析、突出危险性判定论证与出具法定 CMA 鉴定报告：25,000 元

3. 实测成果与重大安全指导意义

  1. 真实压力精准捕获：注浆封孔后第 8 天，测压表压力由零迅速爬升至 $1.85\text{ MPa}$ 并稳定保持水平直线，彻底打破了以往“虚假低压”的假象；
  2. 准确判定突出危险：实测瓦斯压力 $1.85\text{ MPa} > 0.74\text{ MPa}$（超标 2.5 倍），证实该煤层具备极强突出危险性；
  3. 保障安全揭煤：矿方据此编制了严格的区域水力冲孔增透防突措施，在安全消突达标后顺利实现平稳揭煤，消除了恶性瓦斯事故隐患。

六、矿长与总工瓦斯测压迎检自查清单

总工程师在组织瓦斯压力测定报告审查与国家安监局迎检时，必须核验以下 6 项核心内容：

  • 法定 CMA 煤层原始瓦斯压力测定报告原件：具备国家认定资质检验检测机构依据 KA/T 1047-2023 出具的正式报告。
  • 测压钻孔设计施工与轨迹验收单：标明开孔位置、孔深、仰角、钻孔穿透煤层厚度与总工批准图纸。
  • 双囊袋封孔施工与高压注浆原始记录单：包含下管深度、膨胀压力、囊间注浆终压（$\ge 2.5\text{ MPa}$）的手写原始台账。
  • 数字压力记录仪连续时间-压力曲面档案：连续 14 天以上的数字压力走势图（必须呈现完整上升与平衡段）。
  • 压力表与传感器防爆合格及计量检定证书：井下测压仪器仪表在有效期内的法定计量检定证书。
  • 瓦斯压力测定与突出危险性综合判定意见书：总工程师签字批准的煤层突出危险性划分文件。

    • 七、常见问题深度解答 (FAQ)

    Q1：为什么主动式双囊袋注浆封孔能够彻底解决漏气问题？

    答： 传统封孔只是简单把封孔材料塞在钻孔里，材料固化收缩后与孔壁之间存在微米级缝隙，且对孔壁周边的破裂岩体无能为力；而主动式双囊袋技术首先通过前后两组囊袋膨胀紧贴孔壁构建出一个封闭的“高压注浆腔室”，随后以高达 $3.0 \sim 4.5\text{ MPa}$ 的强大静水压力将超细微膨胀水泥浆强行压注进去。高压水泥浆不仅填满钻孔本身，还会像“树根”一样强行劈裂渗透进孔壁周围数米范围内的所有微裂隙，硬化后形成坚不可摧的整体结石帷幕，将漏气通道 $100\%$ 封死。

    Q2：测压过程中如何判断钻孔是否发生了漏气？

    答： 观察压力回升曲线形态：① 正常合格曲线：压力快速连续爬升，在 5~10 天内平滑趋于水平直线并长期稳定；② 漏气失效曲线：压力上升极其缓慢（持续数周上升不足 $0.1\text{ MPa}$），或压力上升到一定数值后突然出现断崖式下跌，或压力随巷道通风负压波动而剧烈上下波动，此时可判定为封孔漏气，必须报废重打。

    Q3：瓦斯压力直接测定全流程需要多长时间？

    答： 钻孔施工需 2~3 天，双囊袋下管与高压注浆需 1 天，压力回升监测平衡需 7~10 天，数据处理与编制 CMA 报告需 2 天，全流程通常在 12~15 个工作日 内即可交付正式专家评审报告。

    参考依据与标准规范

    1. KA/T 1047-2023《煤矿井下瓦斯压力测定方法》（国家能源行业最新标准）
    2. 防治煤与瓦斯突出细则（2019版），国家煤矿安全监察局
    3. 煤矿安全规程（2025版），国家矿山安全监察局
    4. AQ 1026-2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》
    5. 矿安〔2026〕81号《国家矿山安全监察局关于进一步加强煤矿重大灾害精准治理与安全风险辨识评估的指导意见》
    6. GB 50215-2015《煤炭工业矿井设计规范》

    关于作者与中矿天智服务承接

    张洁贞，中矿天智信息科技（徐州）有限公司高级销售经理，长期服务陕北榆林、神木、铜川、韩城，山西及内蒙古各大煤矿企业。

    检验检测与工程技术深度依托 中国矿业大学煤矿瓦斯防治与安全工程科研团队，具备国家法定 CMA 资质。

    承接业务范围：

    • 煤层原始瓦斯压力现场直接测定（KA/T 1047-2023 标准）与 CMA 报告出具；
    • 煤层瓦斯含量直接测定、残余瓦斯含量测定与瓦斯抽采达标评判；
    • 矿井突出危险性鉴定、瓦斯等级鉴定与重大灾害综合风险评估；
    • 煤与瓦斯突出综合防治设计、防突钻孔施工与效果检验总包。

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    声明：文中技术参数与案例数据已依法进行脱敏处理，具体矿井瓦斯压力测定需结合煤层坚固性与地应力条件专项设计。