煤炭学报

作者：姚直书, 许永杰, 程桦, 方玉, 王宗金, 王瑞,

关键词：钻井法凿井, 一钻成井, 高强钢板, 复合井壁, 力学特性,

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。

来源：2023年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

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