西部钻井法"一钻成井"新型高强复合井壁力学特性
姚直书1
许永杰2
程桦1
方玉2
王宗金3
王瑞2
1.安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,安徽淮南 232001;安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 2320012.安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南 2320013.中煤特殊凿井集团有限责任公司,安徽合肥 230001
摘要：针对西部地区富水弱胶结地层中深、大钻井井筒"一钻成井"支护难题,提出采用高强钢板-混凝土复合井壁新型结构.首先,以内蒙古鄂尔多斯市陶忽图煤矿北风井为工程原型,基于相似理论推导了复合井壁结构模型试验相似指标,通过正交模型试验,研究了不同井壁厚度、混凝土强度等级和钢板型号情况下高强钢板-混凝土复合井壁的力学特性.其次,采用数值模拟方法,计算分析了高强钢板-混凝土复合井壁极限承载力的影响因素及其变化规律.然后,根据模型试验与数值计算结果,构建了高强钢板-混凝土复合井壁承载力和混凝土抗压强度提高系数计算公式,并给出了各影响因素的取值范围,同时提供了该种井壁结构的工程应用设计优化方法.最后,分析了复合井壁结构中锚卡的力学作用效应.研究结果表明,在复合井壁结构中,由于高强钢板屈服强度高,可更好地对中间混凝土产生复合约束作用,混凝土抗压强度提高系数可达2.3～2.6,井壁承载力显著提高.在相同条件下,与Q345钢板相比,高强钢板(Q460～Q620)-混凝土复合井壁的极限承载力可提高7.14％～19.46％,井壁厚度可减薄8.18％～19.52％,且增大内层钢板厚度更有助于提高井壁极限承载力.复合井壁结构中锚卡约束着内钢板,使其达到屈服应力后不会过早发生屈曲失稳,同时对中间混凝土提供约束作用,保证其处于三向受压状态,2者起到很好的复合作用,有利于井壁结构整体受力.
关键词：钻井法凿井一钻成井高强钢板复合井壁力学特性
分类号：TD262(矿山设计与建设)
资助基金：国家自然科学基金(52174104)国家自然科学基金(51674006)安徽省重点研究与开发计划资助项目(202004a07020034)
论文发表日期：2023-12-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 4365-4379 )
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