煤矿瓦斯抽排孔浮力法下管中套管的选型.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2014．06．091煤矿瓦斯抽排孔浮力法下管中套管的选型许维伟(安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南232000)摘要：随着煤矿产业的不断发展，瓦斯抽排孔的管径也在不断扩大，传统的吊机提吊下放已日益不能满足其施工需求。浮力法下管越来越多地应用到生产实践中，本文对浮力法下管中套管规格的确定及套管的选型进行了分析。关键词：瓦斯抽排孔；浮力法；套管中图分类号：TD712文献标志码：B文章编号：1672—4011(2014)06—0198—020前言近年地面钻孔瓦斯抽排技术在煤矿中得到广泛应用

2、。抽排孔的下管方式一般根据钻孔深度、套管材质和设备提升能力等因素来确定。对于小孔径或较浅的钻孔，钻机提升能力大于工作套管的总重量时，一般采用在套管管体上部割孔、穿杠、用钢丝绳连接套管和游车大钩实现起吊套管的提吊下管法；对于孔径较大、深度较深的钻孔，如工作套管的总重量超过钻机提升能力，通常采用提吊加浮力塞下管法，即浮力法。1套管外挤压力1．1外挤压力的计算把套管视作长圆筒进行受力分析，在圆筒受到外压作用后，在筒壁内将产生径向和环向压缩应力，当这种压缩应力增大到材料屈服极限时，将引起筒体的强度破坏。在设计套管柱时，采用弹性挤毁强度的理论公式计算套

3、管的抗挤强度：P,o=3．238×105÷[(Dc÷6)(Dc÷艿一l’)2]式中，D。为套管外径，mm；8为套管壁厚，mm；P。为抗挤强度，MPa。1．2外挤压力的安全系数实践证明，许多长圆筒一般压力达到临界值的1／2～1／3时，它们就会被压瘪。因此，为保证不发生失稳破坏，不允许在外压力等于或接近于临界值时进行操作，必须使许用外压力比临界外压力小m倍，即：[P]=pc／m式中，[P]为许用外压力，MPa；m为稳定安全系数。根据实际工作经验，一般取安全系数m为1．25。1．3外挤压力的折减率外挤压力的折减率是通过实验来获得的，实验中取不同型号

4、的套管根据实验测得其在不同椭匾度下的抗挤强度。根据不同套管在不同椭圆度下的抗挤强度与其在无椭圆情况下的抗挤强度的比值来获得折减率。由实验可得出：①对于同一型号套管，套管的抗挤强作者简介：许维伟(1988一)，男，安徽合肥人，在读硕士研究生，主要研究方向：岩土工程。度随着椭圆度的增加而不断减小；②在椭圆度相同的情况下，套管的抗挤强度随着外径和壁厚的增大而不断增大。根据实际工作经验，一般取折减率为82％。套管理论最终抗挤压力：P=(Pco／m)×_j}2套管规格的选择与分析假设某抽排孔深H=816m，套管密度为P。=782．68kg／m3。套管下

5、放的吊机机器设备最大安全负载为90t。泥浆密度p2=1．2t／m’。g=9．8N／kg。2．1相同外直径不同厚度套管的选型假设所下放套管外直径为630mm，取5种不同厚度的套管，其厚度分别为13、15、17、19、21mm。相同外直径不同厚度套管浮力法下放时各套管安全长度如表1所示。表1相同外直径不同厚度套管所需安全长度外直径／mm630厚度／mmPco／MPa考虑折减和安全系数后的最终抗挤强度P／MPa安全长度／m131517192l2．974．596．729．4412．831．953．Ol4．416．198．42165．92255．783

6、74．83526．53715．65注：表中，安全长度=考虑安全系数后的最终抗剪强度P／(mg)。由表1可知，对于相同外径的工作套管，随着套管壁厚的增加，在考虑安全系数和折减率后，套管抵抗挤压力的能力不断提高，套管的安全长度也不断增长。这样对于管壁壁厚越厚的套管，在瓦斯抽排孔的施工过程中与日后生产实践中的安全性也就越高。所以从这方面考虑，应当尽量选择管壁较厚的套管。相同外径下不同厚度的套管浮力法下放时所需不同空管长度如表2所示。表2不同厚度套管浮力法下放时所需空管长度注：表中套管质量=P．，r(R2一r2)抒；浮力大小=套管质量一吊机最大安全负

7、载；所需空管长度=尚需浮力大小／(p2％r?)。然而，随着套管壁厚的提高，抽排孔中的套管总质量也随之增大，在套管下放过程中，由于套管的提吊机器设备的最大安全负载的限制，随着套管质量的增加，所需空管长度也不断增长。由于水泥浮塞是在套管中用水泥浇筑制成的，考虑到水泥浮塞在孔下抵抗水泥浆压力的大小，依靠水泥与套管内壁的粘聚力抵抗浮塞下端泥浆的向上压力，但是，当套管下放所需空管越来越长时，其浮力塞下放所受的浮力也将随厚度的增大，而不断增大，这对于浮力塞的安全工作及整个套管、乃至抽排孔的施工成功与否都将会是一个威胁。所以，从这方面考虑，应当选择套管浮力

8、法下放所需空管尽量短的。即在相同的外直径套管中，应当尽量选择管壁壁厚较小的套管。在上述5种型号套管中，偏向选择厚度13、15、17ITlln的套管。但是，当厚度较小