深厚表土层中的井壁破裂与治理

在介绍了深厚表土层中的井壁破裂现象及特征基础上,分析了竖直附加力对井壁破裂的影响,展望了对破坏井筒及新建井筒的破裂治理及预防破裂的方法与技术。     

破裂井筒治理方法的评述与选择

根据现场实没，对破裂井筒的治理方法进行分析比较，提出选择井筒加固方案的方法。     

矿山振动与立井井筒破裂分析

本文应用工程地震与结构振动理论，分析了煤矿井下矿山振动的特点以及覆盖层和立井井筒结构对矿山振动的动力响应，认为矿山振动作用是影响筒破裂的一个作用机制，对目前井筒破裂治理提出了自己的方案。     

煤矿井筒破坏的模糊聚类分析与评价

为了防治煤矿出现大量井筒破坏事故,采用VB语言实现了用模糊聚类算法进行破裂分析,并建立了兖州矿区井筒破坏分析与评价的模糊聚类数学模型．运算结果表明,当截集λ=0．075时,可将已经出现破坏的井筒和未破坏的井筒模糊聚类为两类,据此可以评价、预测井筒今后破坏的可能性．参考预测结果,2005年兖矿集团对济宁3号井进行了预防性工程治理．     

兖州矿区立井井壁破裂的原因分析及防治

针对兖州矿区有８ 个生产井筒发生井壁破裂事故的问题,在进行调查、治理和分析近期监测资料的基础上,详细研究了本区井壁破裂的原因,认为由于第四系下组水位的强烈疏降引起砂层压缩所产生的垂向附加应力与井壁自重应力之和大于井壁混凝土的强度是导致井壁破裂的最根本原因,提出了可以用ｅ－ｐ 曲线法、ｐｗ －ｆｎ 法和模糊聚类评判法预测井筒的稳定性,同时提出了井筒破坏的防治措施．     

水平井地层破裂压力的解析公式

分析了正断层地层任意偏离角水平井在裸眼完井和射孔完井两种完井方式下,井筒和孔眼的应力状态,以垂直井地层破裂压力公式为基础,利用替代方法,给出了水平井地层破裂压力的解析公式,并进行了算例研究.结果表明,地层破裂压力与完井方式及偏离角密切相关.由于射孔完井孔眼和裸眼完井井筒的应力状态完全不同,所以,两者破裂压力通常并不相等.不论是裸眼完井还是射孔完井,其破裂压力都是偏离角的单调递增函数.当偏离角为0°时,破裂压力最低;而当偏离角为90°时,破裂压力最高.     

厚冲积层疏水引起地面沉降时井筒受力分析

首先分析临涣矿区井筒破裂的原因，进一步分析厚冲积层疏降水引起地面沉降情况下井筒附加纵向载荷的产生及其计算方法．在上述分析基础上，根据矿区现有井筒技术参数和实际状态，按照摩擦阻力为直线分布与三角形分布两种形式，应用第四强度理论推算摩擦阻力极限值大小，此值可作为本矿区以及地质条件类似矿区的现有井筒井壁强度验算与新井井壁设计的重要参考．     

临涣矿区水文工程地质条件与井筒破裂关系探讨

本文着重讨论了临涣矿区新生界松散层中第四含水层（以下简称四含）及其下基岩风化带的水文地质条件，于此基础上对该矿区井筒破裂原因进行了探讨，指出不良的基岩工程地质条件和矿井开采导致四含及基岩风化带水文工程地质条件恶化是井筒破裂的重要原因。     

井筒移动与形变的动态数据处理

从井筒形变的力学模型入手，推导了井筒变生突变的临界压力，按照灰色系统思想，探讨了带有突变现象的灰色非线性模型来预计井筒形变的可行性。实例表明，在突变点大大地改善了拟合精度，它为解释各项工程破裂现象及其预计方法提供了一种有效的数学方法。     

页岩气水平井压裂影响因素分析

从水平井多级压裂技术入手,在考虑原始井筒周围地应力分布状态的基础上,结合弹性力学理论和岩石拉伸破裂理论,分析压裂过程中裂缝的形态、裂缝参数优化等问题。     

深厚表土层井壁竖向附加力反演及稳定预测

在深厚表土层中建成的煤矿竖井井壁,开拓和采矿活动或人为疏水造成井壁周围土层固结沉降,土层在固结下沉过程中对井壁外表面施加一个竖直向下的附加力,这一竖直附加力是导致井壁破裂的关键原因.因此,合理确定这一附加力的大小对于分析预测、评价井壁的安全状态有重要意义.为此提出了基于监测信息的应变优化反分析确定附加力的方法,反演了作用在某井壁表土段上的竖向附加力,在此基础上进行了有限元弹塑性数值计算,得到了井壁由弹性进入塑性的发展过程及应力、应变随时间的变化规律,获得了井壁的极限压应变,从而为井壁的信息化监测预警提供了依据.     

立井井壁附加应变长期实测研究

对华东地区十多个立井井筒6～9 a的井壁附加应变进行了实测和研究,获取多个井筒的实测附加应变演变规律并进行了分类处理,在对附加应变进行拟合的基础上分析了几种典型附加应变曲线的特点,分析了不同类型曲线中竖直附加力和温度应力对井壁破裂的贡献.结果表明:温度可造成竖向温度应变27×10~(-6)～88×10~(-6)幅度的波动,可以认为是井壁固有的恒定交替变化的应力,本身并不会造成井壁的破坏,但会加剧或缩短井壁破坏进程;竖直附加力增长率在0.015×10~(-6)～0.068×10~(-6)d~(-1)之间,随时间逐步增大的竖直附加力造成井壁破坏.     

新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究

基于一种新型单层井壁结构,利用数值计算方法,对变温度、变弹性模量、变约束条件的井壁温度和膨胀应力场进行了深入研究,结果表明,加入膨胀剂的新型井壁径向在浇筑全程中均处于受压状态,井壁径向不会开裂;采用微膨胀混凝土能在井壁竖向产生最大约1．59MPa的压应力,有效防止了井壁温度裂缝的形成;温度拉应力仅出现在距井壁表面100mm左右,拉伸裂缝属于浅表裂缝,且井壁内缘的竖向配筋将有助于抑制水平裂缝的出现;微膨胀混凝土可以在井壁环向最大提供2．8MPa的环向压应力,使井壁在环向始终受压．研究结果对于单层井壁的设计与施工具有重要的指导意义．     

特殊地层中的井壁应力计算问题

针对华东地区立井井壁破坏现象，结合模拟试验研究的成果，用空间弹性理论对承受地压、自重和附加力的立井井壁应力计算进行了探讨，导出近似可用的井壁应力计算公式，通过实例计算证明了附加力是导致井壁破坏的主要原因，故井壁设计应当考虑附加力的影响。     

深厚表土中钻井法凿井的井壁外载和结构

分析了钻井法凿井的井壁外载,特别是近年来研究厚表土层中井壁破裂机理时发现的竖直附加力,在已知外载条件下,研究了两种可行的井壁结构,即以增加井壁整体强度的“抗”型和安装竖向可缩装置的“让”型井壁结构的力学特性及适用条件,研究了安装竖向可缩装置井壁的井筒装备应采取的措施,认为当表土深度超过200m时,以安装竖向可缩装置的“让”型井壁结构为好。     

粘土层中立井井壁附加力的模拟研究

本文在依相似理论建立的竖井模拟试验台上,对位于特殊地层中的立井井壁受力问题进行了模拟研究,首次证实了粘土层对井壁作用有纵向附加力,并得到了该力的数值、分布及变化规律。得出附加力是导致矿井井壁结构破坏的重要因素的结论,指出位于特殊地层的立井井壁结构设计应当采用三维空间理论进行计算。     

Research on Stress and Strength of High Strength Reinforced Concrete Drilling Shaft Lining in Thick Top Soils

High strength reinforced concrete drilling shaft linings have been adopted to solve the difficult problem of supporting coal drilling shafts penetrating through thick top soils. Through model experiments the stress and strength of such shaft linings are studied. The test results indicate that the load beating capacity of the shaft lining is very high and that the main factors affecting the load bearing capacity are the concrete strength, the ratio of lining thickness to inner radius and the reinforcement ratio. Based on the limit equilibrium conditions and the strength theory of concrete under multi-axial compressive stressed state, a formula for calculating the load-beating capacity of a high strength reinforced concrete shaft lining was obtained. Because the concrete in a shaft lining is in a multi-axial compressive stress state the compressive strength increases to a great extent compared to uni-axial loading. Based on experiment a formula for the gain factor in compressive strength was obtained： it can be used in the structural design of the shaft lining. These results have provided a basis for sound engineering practice when designing this kind of shaft lining structure.     

特殊地层条件下井壁破裂机理与防治技术的研究（之三）

对井壁破裂后抢险加固技术措施及治理已破裂井壁的开卸压槽技术和井内破壁注浆加固地层技术进行了综述．通过模拟试验，研究了注浆加固地层法防治井壁破裂的可行性．结果表明，该方法能大大减小井壁竖直附加力，从而可根治井壁破裂．最后，指出了进一步研究的内容及方向．     

深厚表土中井壁结构破裂的力学机理

建立了深厚表土中钢筋混凝土井壁结构破裂的弹塑性理论,利用大型通用结构分析软件ＡＮＳＹＳ进行了井壁结构的弹塑性数值模拟计算,得到在水平地压、井壁重力以及随时间不断增大的竖直附加力的共同作用下井壁结构内部应力、应变的动态变化过程,探讨了深厚表土中井壁结构破裂的力学机理以及裂缝出现的位置和扩展过程,为井壁破裂的治理和预防提供了理论依据．     

疏水围土中立井井壁破坏机理研究动态与井筒结构力学构想

综述了疏水围土中立井井壁破坏机理的研究成果．在此基础上,对建立疏水围土中立井井筒结构力学体系提出了构想：一是载荷的分类与计算,包括初始载荷、井壁负摩擦力以及变温荷载等;二是井壁的应力分析,探讨了各类载荷下井壁工作应力计算的合理模型．