以蒙陕矿区某煤矿风井为工程背景,利用双向不等压模型推导出水平地应力下井壁的受力形式,并得出了非均匀系数k的计算公式,确定了蒙陕矿区地层的不均匀系数范围为0.06~0.20,研判了钻井井壁全深受力关键横断面的受力破坏特征。根据有限元软件AN-SYS模拟非均匀荷载条件下的井壁受力规律,井壁混凝土外缘环向应力为控制应力,井壁应力呈现非均匀分布,90°位置的不均匀程度大于0°位置,外荷载较小的90°位置受拉,而外荷载较大的0°位置受压。通过对井壁压力试验台对内钢板-钢筋混凝土进行非均匀加载试验分析,非均匀荷载对钻井井壁受力影响极为明显,在k=0.15时模型的峰值应力仅为均匀荷载条件下的23.1%~33.3%;在k=0.20时模型的峰值应力为均匀荷载条件下的20%左右,且破坏形式为混凝土先受拉破坏,随后钢筋和钢板屈服。研究结果表明,内钢板-钢筋混凝土钻井井壁对非均匀荷载较为敏感,在蒙陕矿区使用钻井法应该考虑非均匀系数的影响,且需要在井壁设计阶段重点关注井壁外荷载较小位置的受力。

工信部高质量发展专项项目(2023ZY02004);天地科技股份有限公司创新创业资金重点资助项目(2021-2-TD-ZD006)

荆国业,尹俊,韩博.蒙陕矿区内钢板-钢筋混凝土钻井井壁非均匀受力特性研究[J].建井技术,2024,45(5):73-82.