钻井井壁新型竖向连接结构研究

摘要

钻井法是煤矿井筒穿越深厚表土层的特殊施工方法之一，综合技术指标已达到世界先进水平，具有广阔的应用前景，但仍有许多因素制约其进一步发展，主要是井壁结构的稳定性和井壁结构局部破坏两个方面。总结分析近年来钻井井壁在使用过程中出现的井壁结构局部破坏情况多属于井壁受压破坏，目前针对受压破坏的研究提出了比较多的解决方法，一种是采用“抗”的形式，如采用高强混凝土，单层钢板-混凝土复合井壁，双层钢板-混凝土复合并壁来提高井壁结构的竖向抗压承载力，还有一种就是采用“让”的形式，采用竖向可缩性接头，使井壁结构与土层同步下沉，大大减小竖向附加力。但当井壁结构竖向受拉时，节间只通过法兰盘之间的焊缝连接，竖向抗拉强度差。井壁结构在竖向方向极易被拉裂，对井筒的安全使用存在不利影响。本文研究节间新型连接形式，确保井壁节间抗拉等强设计。
　　 首先，针对双层钢板-混凝土复合井壁设计理论和受力情况进行了阐述，本文以信湖矿为例，主要研究其井壁结构竖向受拉时，井壁结构整体的极限受拉状况。通过对井壁结构和井壁竖向连接结构的极限抗拉强度的计算分析，指出井壁竖向连接是整个井壁结构抗拉的薄弱点。其次，针对这个薄弱点来研究竖向等强抗拉新型井壁结构，主要是引入高分子粘结材料-结构灌注胶，替代水泥浆进行节间注浆，对井壁竖向连接结构进行抗拉补强，来实现井壁节间抗拉等强设计。最后，通过结构灌注胶的力学性能、老化性能实验以及井壁结构相似模拟实验验证其可行性。实验结果表明，材料性能满足研究要求，应用于新型井壁竖向连接结构对于实现井壁节间抗拉等强设计是具有一定可行性的。