一种增强井壁与充填物间摩阻力的井壁

摘 要：钻井法凿井作为特殊凿井的重要工法之一，在矿山竖井建设中发挥着重要作用，井壁是钻井法凿井成井后的一种永久支护，井壁内形成封闭空间，作为矿井提升运输或通孔通道，同时抵抗地压，隔断井筒外地下水的作用，井壁结构及其质量在整个井筒建设中极为重要，决定着井筒的使用寿命和使用安全。

关键词：钻井法凿井;井筒;井壁;井壁结构：竖向拉应力：摩擦力

引言

作为特殊凿井法之一的钻井法凿井施工，机械化作业程度高，用工少，人员地面作业，打井不下井的本质安全特点，必将成为今后矿山竖井建设的主要工法，钻井法凿井成井其施工工艺是在地面上用钻井机钻一个大孔，且一直钻至设计全深，然后将在地面上预制的井壁自下而上逐节对接漂浮下沉至孔底，因为最底部一节井壁是封口设计，其外形类似“锅”，故行业内俗称“锅底”，此时整个井筒内与井筒外形成封闭空间，然后采用胶凝材料将井壁外侧与钻孔之间的间隙进行置换泥浆充填， 充填完成后，井壁外侧与钻孔孔壁之间环向空间为充填的胶凝材料（通常为水泥浆），充填材料凝固后抽取井筒内水并破除锅底后，则形成一个内外封闭的通道（以下简称井筒），作为后续矿山井建设及生产的提升、通风通道，井壁结构及质量直接影响到成井质量，成井后的井壁受力及其复杂，除了承受径向压力，同时还要承受由于自身重量而产生的竖向拉力， 及由于地壳运动产生的弯、剪应力，受井壁结构及连接方式限制，井壁承受拉应力能力较弱，若井壁与壁后填充物连接不好，当井壁自重大于井壁与填充间的摩阻力时，会下滑，导致井壁对接焊缝撕裂。

1 钻井法凿井成井井壁竖向拉应力产生及危害

采用钻井法成井的矿山竖井，井壁外空间采用胶凝材料将井壁外侧与钻孔之间的间隙进行置换泥浆充填（见图-1a：未破锅底前井壁纵向受力示意图），充填完成后，井壁外侧与钻孔孔壁之间环向空间为充填的胶凝材料（通常为水泥浆），充填材料凝固后抽取井筒内水并破除锅底后， 此时整个井筒底部悬空（见图-1b：锅底破处后井壁纵向受力示意图）， 所有井壁重量全部由井壁与充填物间的摩擦阻力平衡，使其不至下沉，随着井筒直径加大、井筒深度增加，井壁总重量也增加，按常规成井净直径6m，深度500m的竖井计算，整个井的井壁总重量约21000吨，如此大的重量，井壁与充填物间若存在充填不密实或摩擦力不够，均会出现井壁滑落现象，导致出现重大事故，会带来不可估量的损失，充填密度受多种因素影响，做到百分之百很难，随着科技的发展，社会的进步，预制井壁采用的摸板均为钢模板，磨板表面光滑，井壁成型后表面光滑，反而对固井不利，故本文正是针对现有井壁存在缺点而通过改变井壁外形表面平整度来提高井壁与充填的摩擦力来实现减小井壁竖向拉应力。

壁底产生的竖向支撑力。

在钻井法凿井成井过程中，当完成井壁与壁后充填后，为满足后续施工破除锅底，此时井壁受力状况如图-1所示，井壁对接后形成的整个井筒由于自身重量产生的重力“G”完全要由井壁外侧与充填层产生的摩擦阻力“F1”平衡，当F1<G时，则将出现整个井筒向下掉落出现井壁与充填层间的相对位移，造成整个井筒下沉;另外還会出现当井筒下部井壁与井壁外充填物摩擦力不足时，下部井壁局部下滑，而上部井壁不动将井壁对接处拉裂， 形成局部环向裂缝，导致涌水涌砂事故，一但出现以上两种现象均会给矿井带来巨大危害，轻者需巨大金额来修复，重则涉及井下人员安全。

2 一种增大井壁与充填物间摩擦阻力的井壁

3 预期效果

通过对井壁外表面的刨槽和滚花处理增大井壁与充填物间的摩阻力， 大大降低F1<G的概率，使得井筒安全得到有效提高，其意义：首先，以结构上小的变动达到大的作用，大大改善整个井筒的受力，达到“四两拨千斤”的目的，实现质的飞跃;其次，大大降低井筒使用安全风险，确保矿井正常使用，降低风险率;再次为具有本质安全、机械化程度高、成井质量好等优点，符合我国煤炭建设与生产机械化、自动化、智能化、少人化的发展方向的钻井法凿井技术的推广和普及提供有力保障，势必助推矿井建设技术迈向新台阶。

4 总结

在不改变原有工艺基础上，通过简单办法，低成本实现增大井壁与充填物间的摩擦阻力，改善井壁受力，为井筒安全提供强有力保障，无论对施工方还是建设方势必都是极为有益的，对钻井法发展及祖国矿井建设均会增光添彩。

参考文献：

[1]崔云龙.简明建井工程手册.煤炭工业出版社.TSBN：7502019412019.2003-1-1.

作者简介：杨光，1976.11，男，安徽淮北，高级工程师，中煤特殊凿井有限责任公司安徽钻井分公司副总经理、总工程师，研究方向：特殊凿井技术及施工管理。

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