2016年第41卷第1期
Vol. 41 No.1
doi:10.3969/j.issn.16729943.2016.01.00
能源技术与管理
Energy Technology and Management
地面抽采瓦斯钻井井壁受力研究
熊伟12
9
(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，研究得出了不同钻并、不同区域段在不同时期的受破坏危险性，进而指导钻并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，以提高钻并的安全稳定性，增加地面瓦斯抽采钻并的服务寿命。
[关键词］地面钻井；受力；应变；位移；破坏
【中图分类号］TD823［文献标识码】A【文章编号］1672-9943(2016)01-0009-03
0引言
地面瓦斯抽采钻井是在地面向煤矿井下区域施工的各种形式的钻井。施工地面瓦斯抽采钻井的地点选择时，要求井身围岩致密、无裂隙，以满足钻井液返屑和水泥浆固井的需要。钻井在回采工作面推过钻井后开始对抽采区域内的瓦斯进行抽采1-2]。然而.在煤矿井下工作面的回采工作中，回采工作面上覆煤岩层易发生琦落、滑移、弯曲和断裂等变化，地面钻井的井身结构会受到破坏。若此种破坏导致钻井井身出现剪切破断，会导致瓦斯流动通道被隔断，使得地面瓦斯抽采钻井无法继续抽采瓦斯，地面钻井由此失效(3)。所以，研究如何提高地面瓦斯抽采钻井井身结构稳定性就显
得尤为重要。 1理论分析
地面瓦斯抽采钻井在施工完成后，其井身为铅直形井身，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。地面钻井井身形状在岩层移动及其挤压和剪切作用下，会发生一定程度的变化，可能会造成钻井被破坏的现象4)。
为分析地面瓦斯抽采钻井井身形状的改变过程及形态，将钻井井身围岩从上往下任意划分为 3个不同高度的岩层.记作S、S,和S。在钻井围岩未受采动影响时，井身结构为铅直形，当工作面
基金项目：十二五国家科技重大专项（2011ZX05041-004 04）；十二五国家科技重大专项（2011ZX05040-003-003）
推进或回采一定距离时，钻井在采动的影响下，并身上部围岩层S，首先开始产生水平移动：伴随着工作面的不断推进，围岩层S，的水平移动不断增大，而S层和S，层也依次发生水平移动，而且井身围岩层Si、S2和S，的水平移动会按序逐步减小，此时井身为斜直形，倾斜方向朝向采空区。由于岩层的物理性质不一定按照均序分布，可能存在某些区域的S的水平层移动大于围岩S,和S，的水平层移动，井身结构由斜直形变化为S形[5-7)。
在工作面的回采过程中，地面瓦斯抽采钻井井身的上部围岩层首先受到影响，开始向采空区的方向产生移动，伴随着工作面的推进，钻井围岩由上至下逐层开始出现水平移动。由于不同岩层的水平移动和其移动速度不同，会造成岩层之间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
行分析。 2
数值模型解算
地面瓦斯抽采钻井数值解算模型选取圆柱型，内径0.05m，外径1.05m，高2m，径向和环向均划分为20个单元，高度方向划分为8个单元。由于模型其有对称性，选取1/4模型量采用 MATLAB进行计算。
本构模型选取M-C模型，MATLAB网格划分如图1所示。