大口径瓦斯抽放孔下管的有关重点工艺实践

大口径瓦斯抽放孔下管的有关重点工艺实践

曹勇

曹勇（西山煤电集团有限责任公司地质处地质勘探院）

摘要：下管是钻探成井过程中最为关键的环节，需要具体研究分析工程情况，针对性地制定下管技术措施和安全措施。确定采用浮力塞下管法，对口焊接井管，逐一下入孔内。下管之前需要做大量的准备工作，对升降设备进行维护检修，及时供应管材，制作专用工具等。对各部门进行明确的职责分工，要求所有工作人员配合作业，连续完成，克服劳动强度较高等困难。下管工艺严格按照施工流程进行，认真执行技术措施与安全措施。

关键词：大口径下管浮力塞焊接

引言

瓦斯浓度超标是造成煤矿生产过程中事故频发的重要因素，直接威胁着煤矿的安全生产，是煤矿灾害防治的重点对象。我集团公司某矿属于高瓦斯矿井，瓦斯防治工作显的尤为重要。该矿为了加大瓦斯的抽放力度，确保达到有效的瓦斯排放量，保障煤矿安全生产正常进行，新建两口瓦斯抽放钻孔，我院具体施工了该项工程。

1工程概况

按矿方设计要求，瓦斯抽放井管直径为Φ720mm，终孔位于井下大巷底板之下，孔深360m。经过对当地地质资料的分析，并结合以往的施工经验，我们制定了详细的施工方案，决定采用Φ914mm牙轮钻头钻进，一径到底。经过两个月的施工作业，钻孔深度位置到达巷道顶板位置。由于钻孔孔底位置离大巷位置水平直线距离较近，钻孔与大巷之间的煤帮厚度相对较小，如果继续钻进至煤层，有可能会发生煤帮被孔内泥浆冲垮的情况。即因煤帮不能承受孔内泥浆的压力，致使泥浆将煤帮冲垮，钻孔与巷道贯通，整个钻孔的泥浆全部流入巷道，造成了钻孔成为一个无泥浆的干孔，而无法采用利用浮力塞进行下管，给后期的最为关键的下管环节的进行造成极大的难度。鉴于这种情况，我们决定终孔于大巷顶底之上。在准备工作就绪后，开始进行下管。待到下管后，进行注浆固井，成井后由矿方在井下探寻钻孔孔底位置，实施贯通。

2下管前的准备工作

在临近终孔之前，我们具体分析、研究工程的实际情况，制定了具有针对性的下管操作技术措施与安全措施，并且做了大量积极而细致的准备工作，以确保工程环节的有效衔接。

2.1受力分析

设计采用的井管每米重量约261kg，全孔需下入350米管材，对所有井管进行对口焊接，管材重量最大可达到91吨，远远超出了设备的提升能力。如何加强设备的提升能力，有效降低设备的提升负荷，将压力控制在有效范围内，确保下管的安全顺利，是我们分析研究的重点。

工程技术人员进行了下管的有关计算，统计应用井管重量、升降机卷筒提引绳承受负荷、钻塔最大有效负荷、泥浆密度等有关数据，计算管材在孔内所受浮力、浮力与重力的差值、井管在孔内泥浆中所受的内外压力差，逐一进行计算与对比分析。采用浮力塞下管法，利用浮力可抵消一部分管材的重力，降低设备的提升负荷。采用向井管内加水的方式可控制调节设备的提升负荷。我们还对所采用的Φ720mm井管进行取样，在实验室内做了有关的力学实验，确定了该井管的抗压强度等数据。经过一系列的计算分析，所有计算数据结果均在安全有效范围之内。

2.2设备与管材

设备：提升设备采用TSJ3000型钻机，安装水刹车装置，钻机卷扬机采用Φ26mm钢丝绳；与钻机配套使用的27钻塔内套24.5米钻塔，24.5m钻塔封口用螺栓连接八根立柱支护加固27m钻塔封口，以增强钻塔的有效负荷。

吊带：我们首次采用吊带替换以往所使用的钢丝绳套，吊带与钻机游动大钩配套提吊井管，每根吊带可承重40吨。

井管：我们所采用的井管是Φ720mm钢塑复合管，要求井管生产厂家将每根井

管距管口500mm处等距镶焊四个卡片，卡片成水平线围绕井管一周，以便于下管时卡片稳固座于Φ720mm管夹之上。下管前对所有井管进行丈量，丈量井管的长度、壁厚、圆度，丈量井管用的量具与校正孔深的量具必须一致，以防造成误差。按照下管顺序对井管进行排列、编号，并做好记录。对井管进行严格检查，不符合质量标准的及时修正或更换。

2.3组织分工

下管过程需连续完成，作业时间长，劳动强度较大。在做了充分的思想动员工作之后，对施工地质队、生产技术、供应、机修、运输、后勤等各部门进行严密的组织分工，明确职责，统一指挥，配合协作，严格执行岗位责任制。

3下管工艺操作

3.1下管方法

在一切准备工作就绪到位后，我们开始进行下管。根据本孔的孔深、孔径、井管材料的强度、起重设备能力、钻塔的承载负荷等，我们确定采用综合下管法即钻机升降机提吊加浮力塞（注浆逆止阀）下管法，在Φ914mm瓦斯抽放孔内对口焊接下入Φ720mm井壁管。浮力塞设置于下入的第一根井管中，设计位置在孔深348m处，即巷道顶板处。浮力塞下部连接1m长的Φ720mm变Φ620mm注浆管一根，注浆管上设置四个注浆眼，以便下管后进行注浆固井。

3.2升降机操作

指定一名操作比较熟练的钻工操作升降机，采用吊带与钻机游动大钩配套提吊，将井管依次下入孔内。操作升降机要缓慢，平稳，严禁急刹车，以防瞬间压力过大。在提升、下放操作过程中，密切注意拉力表指示吨位，严禁超过钻机钻塔有效负荷。

3.3焊接井管

井管的连接采用对口焊接方式，每根井管在下管焊接之前用砂轮机进行平底打磨，以便于对焊。在井管对焊过程中，要使用抛光机、砂轮机将焊渣清除，再进行下一层焊接。焊接好后，在两管间焊加固贴片；焊接结束后进行严格检查，确保焊接部位无沙眼。

3.4压力控制

为了使井管顺利下入孔内，井管重力与所受泥浆的浮力的差值为正值，向井管内灌水，以抵消浮力。根据拉力表指示数据变化情况，酌情向管内灌水并记录灌水量。通过系列公式计算，可精确计算出焊接井管中实管（有水）部分与空管（无水）部分各自的长度，动态掌握井管在孔内的净重力值的变化情况，判断何时需要向井管内加水及加水量，并将拉力控制在20吨左右。通过向井管内加水，即要使卷场机提升负荷控制在安全范围之内，又要使井管内外的压力差处于安全范围之内。为了安全稳妥起见，要求在拉力表指示达到30吨后，采用水刹车装置，以确保升降机能够及时刹车。

3.5安全措施

下管之前，施工人员详细检查了钻机离合器、升降机制动带、钻塔的各部位，对天轮、游动大钩、钢丝绳和各处钢丝绳卡子、绷绳、拉力表保险绳等的使用情况逐一进行了安全检查，不符合要求的立即处理或更换。在下管过程中，要求所有现场工作人员具有自我保护意识，密切配合，相互照应，服从现场统一指挥。安全监察员全程监督各环节、各部位安全情况，确保下管工作安全顺利完成。

4结束语

经过全体工作人员的连续奋战，终于将井管全部下入井中，取得圆满成功，整个过程历时60小时。此次下管的成功，一方面基于我们之前做了大量充分而细致的准备工作，另外一方面，归功于所有工作人员的认真协作与不懈努力。在本次下管操作中，我们按照设计工艺流程进行，严格执行技术措施与安全措施，对升降井管、焊接等工艺重点掌控，并且对这些操作环节进行了创新改良。通过实践，积累了宝贵经验，增强了施工队伍的实战能力，为我们今后的大口径工程施工奠定了一定的基础。