一種增強(qiáng)井壁與充填物間摩阻力的井壁

摘 要：鉆井法鑿井作為特殊鑿井的重要工法之一，在礦山豎井建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，井壁是鉆井法鑿井成井后的一種永久支護(hù)，井壁內(nèi)形成封閉空間，作為礦井提升運(yùn)輸或通孔通道，同時(shí)抵抗地壓，隔斷井筒外地下水的作用，井壁結(jié)構(gòu)及其質(zhì)量在整個(gè)井筒建設(shè)中極為重要，決定著井筒的使用壽命和使用安全。

關(guān)鍵詞：鉆井法鑿井;井筒;井壁;井壁結(jié)構(gòu)：豎向拉應(yīng)力：摩擦力

引言

作為特殊鑿井法之一的鉆井法鑿井施工，機(jī)械化作業(yè)程度高，用工少，人員地面作業(yè)，打井不下井的本質(zhì)安全特點(diǎn)，必將成為今后礦山豎井建設(shè)的主要工法，鉆井法鑿井成井其施工工藝是在地面上用鉆井機(jī)鉆一個(gè)大孔，且一直鉆至設(shè)計(jì)全深，然后將在地面上預(yù)制的井壁自下而上逐節(jié)對(duì)接漂浮下沉至孔底，因?yàn)樽畹撞恳还?jié)井壁是封口設(shè)計(jì)，其外形類似“鍋”，故行業(yè)內(nèi)俗稱“鍋底”，此時(shí)整個(gè)井筒內(nèi)與井筒外形成封閉空間，然后采用膠凝材料將井壁外側(cè)與鉆孔之間的間隙進(jìn)行置換泥漿充填， 充填完成后，井壁外側(cè)與鉆孔孔壁之間環(huán)向空間為充填的膠凝材料（通常為水泥漿），充填材料凝固后抽取井筒內(nèi)水并破除鍋底后，則形成一個(gè)內(nèi)外封閉的通道（以下簡(jiǎn)稱井筒），作為后續(xù)礦山井建設(shè)及生產(chǎn)的提升、通風(fēng)通道，井壁結(jié)構(gòu)及質(zhì)量直接影響到成井質(zhì)量，成井后的井壁受力及其復(fù)雜，除了承受徑向壓力，同時(shí)還要承受由于自身重量而產(chǎn)生的豎向拉力， 及由于地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的彎、剪應(yīng)力，受井壁結(jié)構(gòu)及連接方式限制，井壁承受拉應(yīng)力能力較弱，若井壁與壁后填充物連接不好，當(dāng)井壁自重大于井壁與填充間的摩阻力時(shí)，會(huì)下滑，導(dǎo)致井壁對(duì)接焊縫撕裂。

1 鉆井法鑿井成井井壁豎向拉應(yīng)力產(chǎn)生及危害

采用鉆井法成井的礦山豎井，井壁外空間采用膠凝材料將井壁外側(cè)與鉆孔之間的間隙進(jìn)行置換泥漿充填（見圖-1a：未破鍋底前井壁縱向受力示意圖），充填完成后，井壁外側(cè)與鉆孔孔壁之間環(huán)向空間為充填的膠凝材料（通常為水泥漿），充填材料凝固后抽取井筒內(nèi)水并破除鍋底后， 此時(shí)整個(gè)井筒底部懸空（見圖-1b：鍋底破處后井壁縱向受力示意圖）， 所有井壁重量全部由井壁與充填物間的摩擦阻力平衡，使其不至下沉，隨著井筒直徑加大、井筒深度增加，井壁總重量也增加，按常規(guī)成井凈直徑6m，深度500m的豎井計(jì)算，整個(gè)井的井壁總重量約21000噸，如此大的重量，井壁與充填物間若存在充填不密實(shí)或摩擦力不夠，均會(huì)出現(xiàn)井壁滑落現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)重大事故，會(huì)帶來不可估量的損失，充填密度受多種因素影響，做到百分之百很難，隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，預(yù)制井壁采用的摸板均為鋼模板，磨板表面光滑，井壁成型后表面光滑，反而對(duì)固井不利，故本文正是針對(duì)現(xiàn)有井壁存在缺點(diǎn)而通過改變井壁外形表面平整度來提高井壁與充填的摩擦力來實(shí)現(xiàn)減小井壁豎向拉應(yīng)力。

壁底產(chǎn)生的豎向支撐力。

在鉆井法鑿井成井過程中，當(dāng)完成井壁與壁后充填后，為滿足后續(xù)施工破除鍋底，此時(shí)井壁受力狀況如圖-1所示，井壁對(duì)接后形成的整個(gè)井筒由于自身重量產(chǎn)生的重力“G”完全要由井壁外側(cè)與充填層產(chǎn)生的摩擦阻力“F1”平衡，當(dāng)F1<G時(shí)，則將出現(xiàn)整個(gè)井筒向下掉落出現(xiàn)井壁與充填層間的相對(duì)位移，造成整個(gè)井筒下沉;另外還會(huì)出現(xiàn)當(dāng)井筒下部井壁與井壁外充填物摩擦力不足時(shí)，下部井壁局部下滑，而上部井壁不動(dòng)將井壁對(duì)接處拉裂， 形成局部環(huán)向裂縫，導(dǎo)致涌水涌砂事故，一但出現(xiàn)以上兩種現(xiàn)象均會(huì)給礦井帶來巨大危害，輕者需巨大金額來修復(fù)，重則涉及井下人員安全。

2 一種增大井壁與充填物間摩擦阻力的井壁

3 預(yù)期效果

通過對(duì)井壁外表面的刨槽和滾花處理增大井壁與充填物間的摩阻力， 大大降低F1<G的概率，使得井筒安全得到有效提高，其意義：首先，以結(jié)構(gòu)上小的變動(dòng)達(dá)到大的作用，大大改善整個(gè)井筒的受力，達(dá)到“四兩撥千斤”的目的，實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍;其次，大大降低井筒使用安全風(fēng)險(xiǎn)，確保礦井正常使用，降低風(fēng)險(xiǎn)率;再次為具有本質(zhì)安全、機(jī)械化程度高、成井質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，符合我國(guó)煤炭建設(shè)與生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、少人化的發(fā)展方向的鉆井法鑿井技術(shù)的推廣和普及提供有力保障，勢(shì)必助推礦井建設(shè)技術(shù)邁向新臺(tái)階。

4 總結(jié)

在不改變?cè)泄に嚮A(chǔ)上，通過簡(jiǎn)單辦法，低成本實(shí)現(xiàn)增大井壁與充填物間的摩擦阻力，改善井壁受力，為井筒安全提供強(qiáng)有力保障，無論對(duì)施工方還是建設(shè)方勢(shì)必都是極為有益的，對(duì)鉆井法發(fā)展及祖國(guó)礦井建設(shè)均會(huì)增光添彩。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔云龍.簡(jiǎn)明建井工程手冊(cè).煤炭工業(yè)出版社.TSBN：7502019412019.2003-1-1.

作者簡(jiǎn)介：楊光，1976.11，男，安徽淮北，高級(jí)工程師，中煤特殊鑿井有限責(zé)任公司安徽鉆井分公司副總經(jīng)理、總工程師，研究方向：特殊鑿井技術(shù)及施工管理。

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