淮南煤矿副井厚土薄岩钻井井壁拉断机理研究

本文以安徽淮南矿区在建煤矿副井的复杂地质条件——厚表土和薄基岩作为研究背景，探讨了在这样的特殊工程环境下，钻井井壁受拉破断的过程与特性。钻井过程中，由于表土层厚，基岩厚度相对较小，导致井筒施工时会受到频繁扰动，引发马头门上覆岩层的弯曲变形。这种变形产生了显著的竖向剪切拉应力，它是影响井筒稳定性的关键因素。 剪切拉应力在井筒中自下而上累积，当积累到一定程度，超过了钻井井筒的极限抗拉强度与井筒自重应力的合力时，首先在井筒接头处发生初次拉断破坏。随后，随着岩层弯曲变形的持续发展，拉断区以上的井筒部分继续承受剪切拉应力，可能导致第2次拉断，进而引发底部含水层的水砂溃入井筒，形成严重的淹井事故。 马头门围岩的稳定性对于整个钻井井筒的受力状况至关重要。当基岩较薄时，其稳定性下降，更容易引发井壁的拉断。同时，基岩与风化基岩之间的弹性模量比以及风化基岩与底含水层的弹性模量比虽然对井筒拉断破坏位置和马头门顶部的最大竖向位移有一定影响，但相较于基岩的厚度，这些因素的影响相对较小。 为了防止这类事故的发生，文章提出了几种改进措施：首先，实施钻井井筒竖向受拉等强设计，以确保井筒结构的强度；其次，考虑在井筒底部设置壁座，增强局部承载能力；再次，设置1至2道水平隔离缝，以分散剪切力；最后，通过地面L型注浆加固马头门的软弱围岩，提高围岩的整体稳定性。这些技术手段的采纳，有助于完善现有的设计规范，确保钻井井筒的安全运行。 本文的研究深入剖析了厚表土薄基岩特殊条件下钻井井壁的破断机制，为类似地质环境下的工程设计提供了科学依据，对于保障矿井建设中的安全具有重要意义。