一種增強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，在礦山豎井建設中發揮著重要作用，井壁是鉆井法鑿井成井后的一種永久支護，井壁內形成封閉空間，作為礦井提升運輸或通孔通道，同時抵抗地壓，隔斷井筒外地下水的作用，井壁結構及其質量在整個井筒建設中極為重要，決定著井筒的使用壽命和使用安全。

關鍵詞：鉆井法鑿井;井筒;井壁;井壁結構：豎向拉應力：摩擦力

引言

作為特殊鑿井法之一的鉆井法鑿井施工，機械化作業程度高，用工少，人員地面作業，打井不下井的本質安全特點，必將成為今后礦山豎井建設的主要工法，鉆井法鑿井成井其施工工藝是在地面上用鉆井機鉆一個大孔，且一直鉆至設計全深，然后將在地面上預制的井壁自下而上逐節對接漂浮下沉至孔底，因為最底部一節井壁是封口設計，其外形類似“鍋”，故行業內俗稱“鍋底”，此時整個井筒內與井筒外形成封閉空間，然后采用膠凝材料將井壁外側與鉆孔之間的間隙進行置換泥漿充填， 充填完成后，井壁外側與鉆孔孔壁之間環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水并破除鍋底后，則形成一個內外封閉的通道（以下簡稱井筒），作為后續礦山井建設及生產的提升、通風通道，井壁結構及質量直接影響到成井質量，成井后的井壁受力及其復雜，除了承受徑向壓力，同時還要承受由于自身重量而產生的豎向拉力， 及由于地殼運動產生的彎、剪應力，受井壁結構及連接方式限制，井壁承受拉應力能力較弱，若井壁與壁后填充物連接不好，當井壁自重大于井壁與填充間的摩阻力時，會下滑，導致井壁對接焊縫撕裂。

1 鉆井法鑿井成井井壁豎向拉應力產生及危害

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與鉆孔之間的間隙進行置換泥漿充填（見圖-1a：未破鍋底前井壁縱向受力示意圖），充填完成后，井壁外側與鉆孔孔壁之間環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水并破除鍋底后， 此時整個井筒底部懸空（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，按常規成井凈直徑6m，深度500m的豎井計算，整個井的井壁總重量約21000噸，如此大的重量，井壁與充填物間若存在充填不密實或摩擦力不夠，均會出現井壁滑落現象，導致出現重大事故，會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，隨著科技的發展，社會的進步，預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，反而對固井不利，故本文正是針對現有井壁存在缺點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現減小井壁豎向拉應力。

壁底產生的豎向支撐力。

在鉆井法鑿井成井過程中，當完成井壁與壁后充填后，為滿足后續施工破除鍋底，此時井壁受力狀況如圖-1所示，井壁對接后形成的整個井筒由于自身重量產生的重力“G”完全要由井壁外側與充填層產生的摩擦阻力“F1”平衡，當F1<G時，則將出現整個井筒向下掉落出現井壁與充填層間的相對位移，造成整個井筒下沉;另外還會出現當井筒下部井壁與井壁外充填物摩擦力不足時，下部井壁局部下滑，而上部井壁不動將井壁對接處拉裂， 形成局部環向裂縫，導致涌水涌砂事故，一但出現以上兩種現象均會給礦井帶來巨大危害，輕者需巨大金額來修復，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 預期效果

通過對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，以結構上小的變動達到大的作用，大大改善整個井筒的受力，達到“四兩撥千斤”的目的，實現質的飛躍;其次，大大降低井筒使用安全風險，確保礦井正常使用，降低風險率;再次為具有本質安全、機械化程度高、成井質量好等優點，符合我國煤炭建設與生產機械化、自動化、智能化、少人化的發展方向的鉆井法鑿井技術的推廣和普及提供有力保障，勢必助推礦井建設技術邁向新臺階。

4 總結

在不改變原有工藝基礎上，通過簡單辦法，低成本實現增大井壁與充填物間的摩擦阻力，改善井壁受力，為井筒安全提供強有力保障，無論對施工方還是建設方勢必都是極為有益的，對鉆井法發展及祖國礦井建設均會增光添彩。

參考文獻：

[1]崔云龍.簡明建井工程手冊.煤炭工業出版社.TSBN：7502019412019.2003-1-1.

作者簡介：楊光，1976.11，男，安徽淮北，高級工程師，中煤特殊鑿井有限責任公司安徽鉆井分公司副總經理、總工程師，研究方向：特殊鑿井技術及施工管理。

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