地面钻井剪切变形破坏时空规律分析.pdf

2011年l2月 矿 业安全 与环保 第38卷第6期 地面钻井剪切变形破坏的时空规律分析 林府进 (1．瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037；2．中煤科工集团重庆研究院 瓦斯防灭火研究分院，重庆400037) 摘 要：为有效预防地面瓦斯抽采钻井的剪切变形破坏，建立了基于采场上覆岩层层面剪切滑移效 应的采场任意点地面钻井剪切变形破坏模型，并对套管变形随回采工作面推进的空间分布和时间变化 规律进行了分析，同时运用3DEC数值模拟软件对模型进行模拟分析并与现场工程实例进行 了对比验 证。指出地面抽采钻井应优先布置在采场中部区域以减小剪切变形，模型描述的规律对地面钻井的施 工布井和钻井防护具有较强的工程指导意义。 关键词：地面钻井；瓦斯抽采；剪切滑移；时空规律 中图分类号：TD265；TD712 文献标志码 ：A 文章编号：1008—4495(2011)06—0001—05 利用地面钻井抽采煤矿瓦斯时，随着回采工作 向的变形和受力特性进行分析，如图1所示。 面的推进，采场上覆岩层会发生剧烈的移动，当工作 面推过地面钻井位置后钻井迅速发生切孔破坏，使 钻井无法再继续抽采采空区瓦斯。而且 ，随着煤层 回采工作面的推进 ，采场空间不同位置的钻井，其变 形量是不同的。因此，笔者将概率积分法与复合岩 梁理论相结合，构建了采场任意位置地面抽采钻井 的剪切滑移破坏模型，并对钻井套管变形随回采工 作面推进的空间分布规律和时间变化规律进行了研 究，可为地面钻井的布孔及防护提供工程指导 1-3]。 1 地面钻井剪切滑移变形破坏规律 图1 上覆岩层移动的等效岩梁模型 由于沉积岩地质结构的赋存特点，煤系岩层一 采场上覆岩层的移动可以转变为采场倾向和采 般为层叠板状结构。因此，在煤层倾向上，开采长度 场走向的等效复合岩梁的综合作用进行分析，如图2 一 般远远大于采场覆岩单一岩层的厚度，在走向方 所示。由于地表沉陷、岩层移动是一个随着回采工 向上任取一微段，可以选用等效岩梁模型对岩层倾 作面推进而逐渐变化的动态过程，等效复合岩梁的 向方向的变形及受力特性进行分析。同样，在煤层 应力也是一个 由相对均匀逐渐转变为非均匀分布状 走向上，从回采工作面到下沉盆地的边缘距离一般 态的过程 。 远远大于采场覆岩单一岩层的厚度，在倾向方向上 任取一微段，可以选用等效岩梁模型对岩层走向方 ／』?-gU』 ．… … … … 一 一 收稿 日期：2011—05—28；2011—09—26修订 l ／Z， t 基金项 目：国家重大基础研究发展计划(973计划)项 目 (2005CB221504)；国家科技重大专项(2008ZX05041—006)；国 家 自然科学基金青年基金项 目 图2 复合等效岩梁结构模型 作者简介：林府进 (1974一)，男，贵州盘县人，高级工程 师，主要从事煤矿安全技术方面的科研开发工作。E—mail： 由文献[4]可知，等效复合岩梁所在平面任意点 l0qy@163．com。 的沉降函数为 · 1 · 2011年12月 矿业安全与环保 第38卷第6期