厚表土薄基岩钻井井筒突水溃砂次生竖向受压破坏机理研究

摘要

以淮南矿区板集煤矿副井为背景,分析厚表土薄基岩钻井井筒因突水溃砂引发竖向受压次生破断过程与特征,采用Mohr-Coulomb准则建立井筒底部含水层巨量水砂快速流失引发上覆土层沉降力学模型,推导负摩擦力解析解。分析表明,含水层巨量水砂流失引发井筒周围土体发生剪切破坏产生作用于井筒之上的负摩擦力,该负摩擦力产生的作用于井筒之上的竖向压应力与自重应力超过井壁竖向极限承载力时,井筒发生受压破坏,其后,竖向作用力依次向上传递导致多节钻井井筒发生受压次生破坏。土的抗剪强度指标对井筒竖向受力影响较大,黏聚力c和内摩擦角φ越大,井筒负摩擦力越大。对比分析突水溃砂与疏水沉降情况下井筒负摩擦力特征,表明突水溃砂情况下负摩擦力具有增长迅速及数值大,对井筒安全威胁大的特点。