煤矿瓦斯抽放管道安装施工方法比较分析

郑金平（长治三元中能煤业有限公司，山西 长治 046600）

煤矿瓦斯抽放管道安装施工方法比较分析

郑金平
（长治三元中能煤业有限公司，山西 长治 046600）

煤矿井下通往地面的瓦斯抽采竖管安装施工方法的选择对瓦斯抽采管路的安全可靠性及成本具有重要影响。结合长治三元中能煤业和山西三元煤业两对矿井瓦斯抽采管道安装工程实践，对钻井下管方法和回风立井安装管道方法的施工进度、成本、工艺、可靠性等方面参数进行了对比分析，指出了两种施工方法的优缺点，可供相关煤矿在选择瓦斯抽采管路安装工程方法时借鉴参考。

瓦斯抽放；管道安装；比较分析

通往地面的瓦斯抽采管道是整个矿井瓦斯抽采系统的重要组成部分，其施工方法的选取对整个瓦斯抽采系统工程影响较大[1-2]。目前大口径瓦斯抽采管道竖井安装工程施工主要有两种方式。第一种为先施工管道竖井，然后在管道竖井中安装瓦斯抽采管道，简称钻井下管。第二种安装方式是利用回风竖井，将瓦斯抽采管道吊装在井筒内，简称借井下管。通过对山西三元煤业（以下简称三元煤矿）和长治三元中能煤业（以下简称中能煤矿）两对矿井两种不同瓦斯抽采管道安装施工工程实践结果分析研究，指出两种不同施工方法的优缺点，以便类似矿井根据自身条件参考使用。

1　工程概况

三元煤矿井田面积22.937 1 km2，批准开采3号煤层，生产规模为220万t/a，回风立井直径为5.0 m，井深447 m，井筒内安装有梯子间，梯子间层间距为6 m。2012年由瓦斯矿井转为高瓦斯矿井，按照《瓦斯抽采设计》要求，需安装630 mm瓦斯抽放管道两趟。

中能煤矿井田面积40.812 3 km2，批准开采3号煤层，建设规模为240万t/a，回风立井直径为5.0 m，井深447 m，井筒内安装有梯子间，梯子间层间距为6 m。2013年由瓦斯矿井转为高瓦斯矿井，按照《瓦斯抽采设计》要求，需安装630 mm瓦斯抽放管道两趟。两对矿井条件类似。

2　瓦斯抽放管道施工方法与工艺

2.1三元煤矿瓦斯抽放管道施工方法与工艺

三元煤矿采用在回风立井附近单独施工大口径瓦斯抽采管安装竖井，其中井深0.00 m~1.20 m，孔径2 000 mm，下入直径1 700 mm×12 mm孔口管，下深1.20 m；井深1.20 m~240.43 m，孔径1 350 mm，下入直径1 020 mm×14 mm技术套管，下深240.00 m；井深240.43 m~338.00 m，孔径980 mm，下入直径820 mm×15 mm技术套管，下深322.00 m。

三元煤矿施工设备为TSJ2600/660型钻机，TBW-850/5型泥浆泵，K-135型钻塔。钻井液为清水及化学泥浆。正常钻进时泥浆成分为腐植酸钾（KHA）2%，复合离子型聚丙烯酸（PAC141）1%；堵漏泥浆成分为聚丙烯酸胺（PAM）3‰，纯碱5‰，粘土5%，锯木屑2%，

三元煤矿瓦斯抽放管道施工工序较多，施工工艺较复杂。施工工艺过程如下：开挖井口→打导向孔→堵漏→扩孔→下套管→固井。扩孔需要三次扩孔才能达到设计规定要求。主要工序及技术参数如下：

1）钻孔及测斜。钻进过程中采用先打导向孔后扩孔的施工工艺，导向孔最大孔斜为0.7°，对应井段75.0 m~125.0 m，终孔孔斜为0.3°。孔底偏移距离为1.32 m，符合要求。

2）套管下放及焊接。由于井管的重量大，下管时要采用浮力下管的方法，为了保证井管的安全下入，下管时要向井管内注入钻井液，保持井管内外压力平衡，使井管安全顺利的下入设计位置。套管采用直接对焊连接，利用管口对接扶正环，保证管口合缝、同心。

2.2中能煤矿瓦斯抽放管道施工方法与工艺

井筒装备非标件制作在井筒管道安装前加工完毕。在施工过程中，每一阶段结束后由甲方组织有关人员进行验收。井筒设置3道卡线梁，大线用卡线板固定在大线梁上，大线梁焊在托架上，托架用锚杆固定在井壁上。离井口3 m处进行第一道大线梁布置，然后大线下放，每隔200 m处进行大线梁安装并卡固大线。在卡线时考虑到井筒风流和淋水影响，采用重锤放入水桶的方法，每层投点卡线必须严格校对各部分尺寸，在保证各尺寸准确无误后方可最后卡线定位。

标高以井底马头门标高点为安装依据，安装时用钢尺分段测量。在地面上将支撑梁按大线尺寸在梁上分中作为记号，下放到安装位置后，放置在托架上，根据大线位置用水平尺对大梁找正，用螺栓将其与托架固定。管子支撑梁在地面进行检查，根据设计位置，在梁上做好井筒中心线及管路位置标记，由专人负责重复核对，检查无误后，在梁上编号，安装时按号下井。用绞车下放大梁，两端棚在托架上，操平找正，使梁上的标记与大线的尺寸相吻合。梁的操平可在梁与托架间垫经过防腐的铁垫板，垫板尺寸不小于梁与托架的接触面。每组垫板不得超过3层，保证梁的水平度偏差不大于3‰。梁与托架按设计的方法固定。

管路均用300 t主钩头下放到封口盘上。在封口盘的作业平台上组对，组对完毕后，打开管道夹制器，将管道送入井筒内，以此方法直至管道落底。当管路下放到位后用管卡固定在管子支撑梁上。安装后其直线度和垂直度必须符合规范要求，法兰连接缝要均匀、紧固，管路防腐损坏部分要进行二次防腐。

本工程采取由上而下的安装方式进行吊装，由设置在井口地面上的300 t吊车作为垂直运输工具。高低负压管道分别入井，入井管道要严格按预制编号顺序下井。井筒内每隔24 m设一个观察点，全程监控管道运输过程，工作人员用矿用对讲机随时连络。

在井筒立管安装前，先将下导向管安装在井底基础承台上的定位板上，用风炮紧固所有螺栓。安装完毕后，用激光定向仪、红外水准仪校正下导向管上口法兰的垂直度和水平度。下导向管稳固示意图，见图1。

图1　下导向管稳固示意图

在支撑梁入井前，先把吊箱吊放在安装基层上，用第一道安全锁与梯子间横梁锁住，再将第二道安全锁和安全备绳与上一节梯子间横梁锁住，以确保吊箱的平稳和安全。吊箱安置好后，松开绞车吊钩。当支撑梁运送到安装点后，工作人员系好安全带和安全备绳，进入吊箱作业，该层工作结束后，人员退出吊箱，将吊箱的吊环挂在绞车吊钩上，同时松开各锁点，起动绞车，把吊箱吊至下一安装点，重复锁固作业。

为分散井筒立管的重力，本工程设计在井筒内-250 m以上放置两组支撑梁，在管道吊装完毕后，在管道上分别安装一个支撑座，稳固在支撑梁上，井筒内管道稳固示意图，见图2。

图2　井筒内管道稳固示意图

3　施工方法比较分析

通过对三元煤矿和中能煤矿大口径瓦斯抽采管道安装工程施工方法的分析，可知三元煤矿瓦斯抽采管道安装工程是先施工管道竖井，然后在管道竖井中安装瓦斯抽采管道，而中能煤矿是利用回风竖井，将瓦斯抽采管道吊装在其井筒内。对两种施工方法进行比较分析研究，各自优缺点如下：

1）中能煤矿瓦斯抽采管道安装工程施工期短，在回风井筒内安装瓦斯抽采管路只需45 d左右，而三元煤矿钻井下管施工需要90 d左右；回风井筒内安装瓦斯抽采管路在施工过程比钻井下管碰到不可预见的情况少，能够保障按工期完工。

2）三元煤矿施工过程基本不影响矿井正常通风，中能煤矿瓦斯抽采管道安装工程对矿井正常供风虽有影响，但停风时间不长，只需风井停二次风，一次是在拆除防爆盖、挂安装平台和安装箱梁时（约4 h~6 h），另一次是拆除安装平台和恢复防爆盖时（约4 h）。

3）在井深基本相同时，中能煤矿瓦斯抽采管道安装工程成本较低，安装二套管路的安装工程费用总计160万元，而三元钻井下管每米造价就需要8 000元左右，总造价约715万元。

4）中能煤业瓦斯抽采管道安装工程难度较低，而钻井下管方法工作量大，出渣多，钻井下管相对施工工序复杂，工序衔接繁琐，钻井下管在钻孔前要精密测量，稍有误差就可能会造成严重后果。

5）中能煤矿瓦斯抽采管道安装工程易于维修，而钻井下管的最后一道工序完工后，就意味着如果竖井瓦斯管道发生泄漏，是无法维修的，必须废弃重建；利用回风竖井安装的瓦斯管道，可借梯子间休息平台检查泄漏，确定漏点后可就地处理或将管道拉至地面进行维修。进一步减小运行成本。

6）中能煤矿瓦斯抽采管道安装工程瓦斯抽采管路可回收，在将来如果不需要这二套管路时可以吊起回收利用。

7）中能煤业回风井安装两趟抽采管路，使回风井通风面积略有减小，通风断面积从19.625 m2减小到19.045 m2，假定安装前后通风断面周长和阻力系数不变，通过风量相同，通风阻力仅增加2.7%。而三元煤矿由于独立施工管道井不存在此问题。

4　结束语

通过对中能煤矿和三元煤矿瓦斯抽采管道安装工程的施工工艺和相关施

工参数的分析研究，以及对其相关工程经济指标的分析，得出回风竖井安装瓦斯管路的施工方法，施工工艺简单，工序较少，施工周期较短，工程量较少，造价低，管路在运行过程中可维护性高，新矿井或新投产矿井建议采用该方法。单独钻井下管安装瓦斯管道施工方法，施工工序复杂，工程量和施工工期较长，钻井施工中不确定性因素较多，施工难度较大，一次性投资较大，一旦运行中出现问题基本不可维护，老矿井且风机能力不足时建议采用此法。

[1]张昌顺.竖井井筒装备新工艺的研究与应用[J].建井技术，2009，30（1）：18-19.

[2]韩广德.中国煤炭工业钻探工程学[M].北京：煤炭工业出版社.

（编辑：武晓平）

Comparative Analysis on Pipe Installation and Construction Methods for Gas Drainage in Mines

ZHENG Jinping
(Changzhi Sanyuan ChinaCoal Co.,Ltd.,Changzhi 046600,China)

The installation and construction of vertical pipes which leading to ground in mines are essential for the safety and cost of gas drainage.Based on the construction practice of gas drainage in Changzhi Sanyuan ChinaCoal Co.,Ltd.and Sanyuan Coal Co.,Ltd.,a comparative analysis was conducted in terms of pipe laying and some parameters,including construction progress,cost,techniques,and reliability of pipe installation.The study pointed out the weaknesses and strengths of the two methods, which could be reference to the selection of the installation and construction of the gas drainage pipeline.

gas drainage;pipe installation;comparative analysis

TD712.62

A

1672-5050（2016）02-0040-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.013

2015-12-24

郑金平（1981-），男，山西吕梁人，硕士，工程师，从事煤炭安全生产管理工作。