地面抽采瓦斯钻井井壁受力研究.pdfVIP

2016年第41卷第1期 能源技术与管理 V01．41No．1 and 9 EnergyTechnologyManagement doi：10．39690．issn．1672-9943．2016．0l_004 地面抽采瓦斯钻井井壁受力研究 熊伟1,2 (1．瓦斯灾害监控-9应急技术国家重点实验室，重庆40(3037；2．中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037) [摘要]为了研究地面瓦斯抽采钻井井壁结构的受力情况，利用MATLAB建立不同对地面 钻井施工及煤层回采过程中的数值模型，解算地面钻井井壁不同层位(完整岩石 段、遗留采空区段、表土层段)塑性应变和位移变化量，研究得出了不同钻井、不同 区域段在不同时期的受破坏危险性，进而指导钻井施工与维护过程中对不同位置 进行相应的、有针对性的保护，以提高钻井的安全稳定性，增加地面瓦斯抽采钻井 的服务寿命。 [关键词]地面钻井；受力；应变；位移；at坏 推进或回采一定距离时，钻井在采动的影响下，井 0引言 身上部围岩层S。首先开始产生水平移动；伴随着 地面瓦斯抽采钻井是在地面向煤矿井下区域 工作面的不断推进，围岩层S。的水平移动不断增 施工的各种形式的钻井。施工地面瓦斯抽采钻井 大，而|s：层和．s，层也依次发生水平移动，而且井 的地点选择时，要求井身围岩致密、无裂隙，以满 身围岩层s。、|s：和s，的水平移动会按序逐步减 足钻井液返屑和水泥浆固井的需要。钻井在回采 小，此时井身为斜直形，倾斜方向朝向采空区。由于 工作面推过钻井后开始对抽采区域内的瓦斯进行 岩层的物理性质不一定按照均序分布，可能存在 抽采[1-2]。然而，在煤矿井下工作面的回采工作中，某些区域的S：的水平层移动大于围岩Js。和S，的 回采工作面上覆煤岩层易发生垮落、滑移、弯曲和 水平层移动，井身结构由斜直形变化为s形[5-71。 断裂等变化，地面钻井的井身结构会受到破坏。若 在工作面的回采过程中，地面瓦斯抽采钻井 此种破坏导致钻井井身出现剪切破断，会导致瓦 井身的上部围岩层首先受到影响，开始向采空区 斯流动通道被隔断，使得地面瓦斯抽采钻井无法 的方向产生移动，伴随着工作面的推进，钻井围岩 继续抽采瓦斯，地面钻井由此失效口]。所以，研究 由上至下逐层开始出现水平移动。由于不同岩层 如何提高地面瓦斯抽采钻井井身结构稳定性就显 的水平移动和其移动速度不同，会造成岩层之间 得尤为重要。 出现相对移动且会对钻井井身产生挤压作用。下 面结合钻井施工及瓦斯抽采过程中可能破坏段进 1 理论分析 行分析。 地面瓦斯抽采钻井在施工完成后，其井身为 2数值模型解算 铅直形井身，当钻井受到工作面开采影响时，井身 围岩会在采动作用下出现弯曲下沉。地面钻井井身 地面瓦斯抽采钻井数值解算模型选取圆柱 m，径向和环向 形状在岩层移动及其挤压和剪切作用下，会发生一 型，内径O．05m，外径1．05m，高2 定程度的变化，可能会造成钻井被破坏的现象H]。 均划分为20个单元，高