白光金 胡彥斌

（山東方大工程有限責(zé)任公司，山東 淄博 255150）

1 工程概況

高家堡礦井具有井深水大的特點(diǎn)。為增加礦井排水能力，設(shè)計(jì)施工地面直排鉆孔。鉆孔深度808m，表土段孔徑Φ1400mm，基巖段孔徑Φ950mm，全孔下Φ720×24～32mm無(wú)縫鋼管（重量達(dá)367t）并注漿固管。

2 浮力器下管方案的提出

Φ950mm鉆頭擴(kuò)孔結(jié)束后，將進(jìn)行排水套管的下放工作。由于在下管過(guò)程中，巖粉始終以不同程度的速率沉降，擴(kuò)孔實(shí)際深度811m，超出設(shè)計(jì)深度3m，為孔內(nèi)巖粉留下足夠沉淀空間。

施工采用的鉆機(jī)為河北永明地質(zhì)工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的GZ-2600型鉆機(jī)，該鉆機(jī)單繩提升能力10t，當(dāng)采用10根繩提升時(shí)，其提升能力為100t。采用27m加重A型鉆塔，該鉆塔承載力為90t。由于排水套管重達(dá)367t之多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉆塔和鉆機(jī)的承受重量，如果采用普通方法根本無(wú)法下放套管，因此其底部必須使用浮力器。

3 浮力器的選擇

使用浮力器后，套管下放至孔底浮力將達(dá)到408t（泥漿密度按1.24g/cm3計(jì)算），浮力大于套管重量，還需要向套管內(nèi)加入一定量的泥漿來(lái)增加套管重量，克服泥漿浮力才能保證套管順利下放。以往使用的浮力器由水泥漿在套管內(nèi)提前半個(gè)月灌制好，本次下管選擇采用厚40mm圓盤(pán)鐵板制作浮力器。

浮力器：由大小兩個(gè)厚度為40mm的圓盤(pán)鐵板組成，大盤(pán)Φ720mm，小盤(pán)Φ150mm。大盤(pán)中心預(yù)留一個(gè)Ф130mm的圓孔用來(lái)鑲嵌加工成“凸字形”的小盤(pán)，兩盤(pán)用螺絲連接在一起，整個(gè)裝置牢牢焊接在套管下口上。為防止兩鐵盤(pán)交接處漏漿，在其交接處膠貼青稞紙。由于孔內(nèi)泥漿的壓力作用，兩盤(pán)會(huì)緊緊鑲嵌在一起（結(jié)合緊密，不漏漿）。套管下放至孔底，需要注漿固管時(shí)，只需下鉆搗開(kāi)小盤(pán)即可通過(guò)圓孔注漿。

支撐裝置：浮力器下頭焊接支撐裝置。支撐裝置由1條長(zhǎng)1.5m、Φ720×32mm的排水套管制成。從底部向上0.5～1m處割3組出漿口，每組3個(gè)，呈插花狀布置。為防止套管下放至孔底，沉淀的巖粉進(jìn)入支撐裝置而封堵出漿口，其下端口用厚20mm的鐵板焊封。

4 浮力器下管施工工藝

擴(kuò)孔結(jié)束后，泥漿密度達(dá)到1.46g/cm3，粘度66s，如此稠的泥漿根本無(wú)法下管，必須要將泥漿調(diào)稀，性能調(diào)好，達(dá)到排水套管的下放標(biāo)準(zhǔn)：密度在1.24g/cm3以?xún)?nèi)，粘度36s左右。如果只加水稀釋?zhuān)坏黾恿伺艥{費(fèi)用，而且泥漿性能會(huì)降低，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)造成固相成分的沉淀。因?yàn)榕潘坠芟路艜r(shí)間長(zhǎng)達(dá)8～9d，沒(méi)有性能很好的泥漿，套管難以下放至孔底。下套管之前必須用離心機(jī)調(diào)漿，除去多余的固相成分，使其比重下降至1.24g/cm3以?xún)?nèi)，再加入純堿、銨鹽，降低其粘度、失水量。由于孔壁泥皮較厚，使孔徑減小，為保證排水套管順利下放，用Φ950mm擴(kuò)孔鉆頭多次上下刮去孔壁泥皮，并長(zhǎng)時(shí)間調(diào)漿沖孔，直至提下鉆具順暢后開(kāi)始試下排水套管。

試下管時(shí)，將四條排水套管焊接（長(zhǎng)48m左右），用Φ127mm鉆桿下放至孔底，暢通無(wú)阻后，正式下排水套管。

排水套管為Q345B#鋼材制作的直縫管，規(guī)格：Φ720×24～32mm。下管采用割孔穿管法，使用J422×4.0普通焊條焊接。每根套管都要用水平尺四個(gè)方向進(jìn)行找正，配合經(jīng)緯儀下放，保證套管下放的垂直度。為提高焊接速度，由5人對(duì)焊，焊縫必須達(dá)到Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)焊縫至少焊接五遍，焊縫要略高于套管表面，并由專(zhuān)人檢查，防止出現(xiàn)遺漏。割孔必須焊堵，每個(gè)割孔至少焊接三遍。

一根12m長(zhǎng)的Φ720×32mm套管重量為6.462t，一根12m長(zhǎng)的Φ720×24mm套管重量為4.909t，其所受的浮力均為6.055t（泥漿密度按1.24t/m3計(jì)算）。

開(kāi)始下Φ720×32mm套管時(shí)，由于其重力大于所承受浮力，無(wú)需添加泥漿來(lái)增加套管自重。隨著Φ720×24mm套管的逐漸下放，其浮力會(huì)逐漸上升，最終會(huì)超過(guò)套管自重。為保證套管順利下放，需要向套管內(nèi)加泥漿以增加重量，但所加泥漿量要嚴(yán)格控制，鉆機(jī)拉力表不能超過(guò)5t。如果加入泥漿量過(guò)多，加上泥漿的吸附力，會(huì)造成鉆機(jī)拉力過(guò)大，超過(guò)鉆機(jī)的提升能力，釀成事故，因此泥漿要少量多次添加，保證下管安全。

為保證套管焊縫強(qiáng)度，焊接Φ720×24mm套管時(shí)，焊縫處均勻焊接4～5塊加強(qiáng)筋。排水套管下放至終深度811m，用泥漿、清水將套管灌滿，下帶扶正的尖底鉆具將浮力器中間的小盤(pán)搗開(kāi)，孔口返水。提出鉆具，下注漿鉆具至距套管底部20m左右，將套管口用鐵板連同鉆桿接箍焊封。鉆桿接箍連接閥門(mén)，與泥漿泵相接。打開(kāi)閥門(mén)，循環(huán)泥漿，等待注漿固管。

5 鐵盤(pán)浮力器的優(yōu)越性

（1）由于本工程套管所受浮力達(dá)到408t之多，減去套管內(nèi)加入的平衡浮力的泥漿重量86.6t，實(shí)際作用于套管底部浮力器的浮力達(dá)到321.4t。到底灌制多長(zhǎng)的水泥浮力塞才能承受住如此大的浮力需求，找不到相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算，全憑經(jīng)驗(yàn)。灌制的水泥塞出現(xiàn)問(wèn)題，使浮力失去作用，不但會(huì)拉倒鉆塔、造成跑管使鉆孔報(bào)廢，而且有可能造成人員傷亡，因此，浮力器的制作必須安全可靠。經(jīng)過(guò)計(jì)算，用厚40mm的鐵盤(pán)制作浮力器，完全能承受住該浮力作用。

（2）套管下至孔底后，水泥浮力塞還要專(zhuān)門(mén)下鉆全部掃除才可以注漿固管。堅(jiān)硬的水泥附著在套管內(nèi)壁難以掃除干凈；掃除的水泥粉和泥漿混合使泥漿變稠，容易吸卡鉆；掃落的水泥塊下沉至孔底容易堵塞出漿口造成注漿固管困難。鐵盤(pán)制作的浮力器由于焊接在套管最下頭，下放深度超過(guò)礦方要求的808m，留在孔底不需要專(zhuān)門(mén)處理，減少一道工序。注漿前下鉆（帶扶正）搗開(kāi)中間小鐵盤(pán)即可。

（3）水泥浮力器制作工藝復(fù)雜，占用人工、材料多，價(jià)格相對(duì)較高。鐵盤(pán)浮力器制作簡(jiǎn)單，節(jié)省人力物力財(cái)力。

6 結(jié)束語(yǔ)

采用鐵盤(pán)制作的浮力器，使高家堡礦井地面直排鉆孔的排水套管順利漂浮下沉至孔底，既安全可靠，又簡(jiǎn)便易行，不但節(jié)省了人力物力財(cái)力，又縮短了工期。該工程為施工同類(lèi)工程浮力器的制作開(kāi)拓了新思路、新方法，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有較高的推廣利用價(jià)值。