变断面深厚表土钻井井壁竖向结构稳定性

采用理论分析和有限元分析2种方法深入研究了变断面深厚表土钻井井壁竖向稳定性问题.用外推法建立了变断面非满水钻井井壁竖向稳定临界深度计算公式,并分析了其影响因素;借助ABAQUS软件分析了不同阶段钻井井壁的竖向稳定性问题,计算了钻井井壁竖向稳定临界深度,分析了井壁自重、不同边界条件、井壁底部接触面积对竖向稳定临界深度的影响.结果表明,井壁筒受力状态和边界条件对竖向稳定临界深度的影响最大.     

钻井井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性计算方法探讨

针对目前深钻井工程井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性临界深度计算结果与工程实际相差较大的难题,论文通过对深钻井井壁筒悬浮下沉到底后的受力分析,建立了新的计算模型,并基于结构稳定理论与能量法,推导出了第一段高充填前、后井壁筒悬浮下沉竖向结构稳定性临界深度计算新公式,采用实例计算表明,井筒临界深度都大于井壁筒的实际深度,并具有一定的安全储备,井壁筒不会发生竖向结构失稳。目前,这一研究结果已在4个井筒的深钻井工程实践中得到验证。     

充满配重水钻井井壁筒在泥浆中竖向结构稳定的理论研究

提出了被广泛采用的钻井法施工悬浮下沉井壁有其深度极限的概念， 分析了泥浆中钻井井壁底接触岩石后的受力状态，建立了固井前泥浆中充满配重水井壁的力学模型，该模型类似于液体中的有底管状细长压杆. 以能量法为基础，利用结构稳定理论和流体力学理论原理，推导了井壁结构轴向临界稳定高度的解析式，并给出了典型算例. 强调了工程设计中利用该公式的注意事项，提出了井壁深度超过屈曲极限后可以改变井壁结构或改变井壁下沉方法的建议. 最后，指出进一步研究这一问题的内容和方法.     

深部开采煤岩体的软化临界深度研究

基于岩石与巷道围岩的破坏特征分析，提出研究围岩的破坏特征必须考虑围岩的弱面（地下水的作用等）特征，而不能将岩石的破坏特征直接取代围岩的破坏特征，采用相似模拟和数值模拟分析了不同力学特性围岩的软化临界荷载，得到了不同围岩在不同开采深度条件下的软化临界埋深值，研究结果表明:基本顶的软化临界深度在陈四楼煤矿的开采深度范围内没有出现，基本顶在这个开采深度范围内处于稳定性状态；直接顶的软化临界深度为800 m；煤层的软化临界深度小于500 m；直接底的软化临界深度大于1 000 m；基本底与基本顶的情况相同，在陈四楼煤矿的开采深度范围内不会出现临界软化状态，基本底围岩在这个开采深度范围内是稳定的。     

漂浮下沉钻井井壁竖向稳定性理论研究

通过理论分析的方法，深入研究了漂浮下沉阶段钻井井壁的竖向稳定性问题，证明了漂浮下沉阶段井壁的稳定平衡性。     

钻井法凿井变断面井壁在泥浆中的竖向稳定

本文论述钻井法凿井变断面井壁在泥浆内漂浮下沉阶段以及在井壁壁后充填前阶段和壁后充填后阶段的竖向稳定性,并导出具有多种断面规格井壁失稳的临界高度,供设计人员和施工人员参考.     

深厚冲积层中钻井法钻深对井壁稳定性的影响研究

根据工程实例建立起数值模型,利用数值分析方法研究钻井深度是否对井壁的稳定性构成影响.结果表明,随着钻井深度的增加,井壁的最终位移状况没有发生明显改变.井壁的稳定性与冲积层中土的性质密切相关,砂土层的井帮内易出现一定的塑性区域,稳定性较差.     

钻井法施工阶段变刚度井壁结构整体稳定性分析

在分析钻井法井壁结构施工受力以及稳定性影响因素的基础上,建立了固井前井壁结构稳定性分析的力学模型.该模型考虑了井壁分段数、节间连接刚度、井壁刚度分布以及井壁荷载分布等影响井壁整体稳定性的因素.通过理论推导,得出了井壁结构的稳定系数和稳定性判别公式,并编制程序实现了求解.经程序计算,定量分析了上述各个因素对井壁结构施工整体稳定性的影响,并对数据进行拟合,得出了稳定系数的实用计算公式.     

钻井井壁破坏分析及强化结构

研究近年来钻井井壁在使用中出现的局部破坏情况，在分析其原因的基础上，提出在今后的钻井井壁设计中应考虑表土与岩石交界处的井壁水平截面上竖向附加弯矩的影响、单节井壁法兰盘附近的水平截面上竖向约束弯矩的影响和增设径向联系筋的构造措施，从而达到强化钻井井壁结构的目的。为此，导出了竖向附加弯矩和法兰盘约束弯矩的计算方法，提出了径向联系筋的形式及数量。     

钻井井壁可缩性接头力学特性研究

针对新型钻井井壁可缩性接头,分析了其变形规律和受力特征,即在竖向和水平荷载共同作用下,钻井井壁可缩接头在同一水平面上的竖向位移基本相同,而不发生翘曲现象;外箍弧板主要承受水平外荷载,内、外环形竖板对可缩接头承担竖向,临界荷载起决定作用．设计计算可缩接头竖向临界值时,可不计外箍弧板的影响．     

配重水高度对钻井复合井壁竖向稳定性的影响

本文按钻井复合井壁的施工顺序,分阶段讨论了配重水高度对钻井复合井壁竖向稳定性的影响。重新推导了钻井复合井壁在悬浮下沉和壁后充填阶段配重水高度计算公式,考虑了钻井复合井壁变内径、变断面的实际情况。通过力矩平衡法确立了二次配重水的最大高度,给出了井壁悬浮下沉到井底至壁后充填阶段配重水高度的合理范围,对于指导工程实践有一定现实意义。     

削球式及椭圆回转式钻井井壁底力学性能分析

钻井法凿井是采用大型钻井机经一次或几次扩孔施工竖井井筒的方法,钻井底部井壁底结构承受最大的水泥浆压力,容易发生破坏。根据钻井井壁底飘浮下沉中的实际工况建立模型,采用ANSYS计算软件对削球式和椭圆回转式2种井壁底的力学性能进行有限元分析,分析2种井壁底的应力分布规律和受力的主要影响因素,同时选取受力形式相对较好的削球式和椭圆回转式模型进行关键点受力比较,提出了对深厚表土层钻井井壁底的最佳结构形式,为今后采用钻井设计与施工时选择最佳井壁底结构形式提供参考。     

特厚表土层钻井井壁底结构分析与设计优化

针对目前特厚表土层深钻井工程井壁底常用设计计算方法不能反映结构的细部应力特征、且支承环应力与实际状态不符的难题,采用有限元法对淮南张集煤矿西区进风井井壁底结构进行了数值分析,计算结果表明,原设计井壁底结构中壳体与支承环相交处内缘径向应力最大,为-34.54 MPa.在井壁底结构设计时,可取支承环高度2.0 m进行计算.通过设计优化,井壁底结构中最大应力得到大大降低,只有-12.68 MPa,满足了设计强度要求.工程实测结果表明,优化后井壁底结构中实际钢筋的最大应力为-67.20 MPa,混凝土最大应变为-351 με,且都远小于他们的设计值.优化后的井壁底不但节约了混凝土浇灌量,更为重要的是中间部位没有浇灌实,为后面破锅底爆破工作创造了自由面,加快了施工进度.     

厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理

为揭示厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理,以安徽淮南矿区某在建煤矿副井为背景,分析厚表土薄基岩钻井井筒受拉破断过程与特征,建立马头门上覆岩层弯曲变形竖向剪切拉应力力学模型,给出井筒围岩分层竖向位移函数,采用最小势能原理及弹性力学理论推导出井筒竖向拉应力解析解。分析表明,井筒马头门上覆岩层受施工多次扰动影响发生弯曲变形是产生作用于井筒之上的竖向剪切拉应力的致因;该剪切拉应力产生的作用于井筒之上的拉力由下而上积累到某一阈值,该阈值与井筒自重应力的合力超过钻井井筒极限抗拉强度时,在钻井井筒接头处发生第1次拉断破坏,其后,随着岩层弯曲变形发展,拉断处以上井筒继续受竖向剪切拉应力作用而发生第2次拉断破坏,并导致底部含水层水砂溃入井筒发生淹井事故。马头门围岩的稳定性对改变上部钻井井筒受力状态有重要影响,其上覆基岩越薄影响越大,越易发生钻井井壁拉断破坏,基岩与风化基岩弹性模量比和风化基岩与底含弹性模量比对井筒发生拉断破坏时的位置,以及对应马头门顶部最大竖向位移影响均较小。通过采用钻井井筒竖向受拉等强设计、钻井井筒底部设置壁座、马头门至钻井井筒底部基岩段设置1~2道水平隔离缝、地面L型注浆加固马头门软弱围岩等技术途径,完善现行相关设计规范,确保钻井井筒运行安全。     

单层井壁竖直附加力变化规律的数值分析

深厚表土疏排水沉降地层条件下的井壁处于复杂的动态受力状态,井壁的受力变化主要与底部含水层的渗透系数、含水层固结沉降量、井壁与国土的耦合作用有关.为探讨井壁竖直附加力大小的变化规律,运用数值模拟方法对单层混凝土井壁进行了分析研究,得出:井壁的竖直附加力与底部含水层渗透系数成正比对数关系,与井壁混凝土的弹性模量成正比线性关系;同时发现复合载荷作用下井壁的应力应变关系是动态变化的,井壁的塑性区是多种载荷耦合作用的结果.因此,减小底部含水层的渗透系数、井壁混凝土的弹性模量,有利于减小井壁的竖直附加力,可提高井壁的可靠性.     

新庄煤矿大直径立井快速施工

甘肃新庄煤矿主立井,净直径9 m,井深790.5 m,冲积层厚30 m,冻结深度673m。井筒冻结段掘进直径最大达13.4m,每循环需出矸900m3(段高4m);井壁最厚处达2.2m,每m井壁需浇筑混凝土77.5m3。井筒冻结段掘砌施工中,采用8臂伞形钻架钻眼、甩吊桶法出矸、溜灰管下混凝土等新技术、新工艺,加快了施工速度,仅用7个月就施工到底,取得了平均月进尺超过90m、最高月进尺达110m的好成绩。     

带式输送机传动滚筒轴的有限元分析

介绍了利用有限元分析软件COSMOS WORKS ,对带式输送机传动滚筒轴进行有限元静力分析的过程。根据分析结果 ,基本掌握了滚筒轴的应力和变形分布规律 ,并为传动滚筒轴的失效分析和优化设计提供了可靠的理论依据。     

深冻结井井壁大体积高强高性能混凝土的试验研究

为解决我国能源短缺问题，两淮地区掀起了建国以来规模最大的新井建设高潮，此次开发均为深部资源，井筒穿越的冲积层深厚，为了降低井壁厚度，提高井壁混凝土的耐久性，筑壁材料采用了高强高性能混凝土，为了确保施工中使用的高强高性能混凝土既经济合理又强度可靠，对深厚表土冻结井壁的高强高性能混凝土进行了试验研究，并成功在淮南矿业集团丁集矿井建设中应用。