钻井井壁新型竖向连接结构研究

论文摘要

钻井法是煤矿井筒穿越深厚表土层的特殊施工方法之一,综合技术指标已达到世界先进水平,具有广阔的应用前景,但仍有许多因素制约其进一步发展,主要是井壁结构的稳定性和井壁结构局部破坏两个方面。总结分析近年来钻井井壁在使用过程中出现的井壁结构局部破坏情况多属于井壁受压破坏,目前针对受压破坏的研究提出了比较多的解决方法,一种是采用“抗”的形式,如采用高强混凝土,单层钢板—混凝土复合井壁,双层钢板—混凝土复合井壁来提高井壁结构的竖向抗压承载力,还有一种就是采用“让”的形式,采用竖向可缩性接头,使井壁结构与土层同步下沉,大大减小竖向附加力。但当井壁结构竖向受拉时,节间只通过法兰盘之间的焊缝连接,竖向抗拉强度差。井壁结构在竖向方向极易被拉裂,对井筒的安全使用存在不利影响。本文研究节间新型连接形式,确保井壁节间抗拉等强设计。首先,针对双层钢板—混凝土复合井壁设计理论和受力情况进行了阐述,本文以信湖矿为例,主要研究其井壁结构竖向受拉时,井壁结构整体的极限受拉状况。通过对井壁结构和井壁竖向连接结构的极限抗拉强度的计算分析,指出井壁竖向连接是整个井壁结构抗拉的薄弱点。其次,针对这个薄弱点来研究竖向等强抗拉新型井壁结构,主要是引入高分子粘结材料—结构灌注胶,替代水泥浆进行节间注浆,对井壁竖向连接结构进行抗拉补强,来实现井壁节间抗拉等强设计。最后,通过结构灌注胶的力学性能、老化性能实验以及井壁结构相似模拟实验验证其可行性。实验结果表明,材料性能满足研究要求,应用于新型井壁竖向连接结构对于实现井壁节间抗拉等强设计是具有一定可行性的。图34表16参47

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钻井法凿井
• 1.2.1 钻井法凿井的施工过程
• 1.3 国内外井壁结构及其连接结构的研究现状
• 1.3.1 井壁的材料
• 1.3.2 井壁结构
• 1.3.3 在井壁的结构设计方法方面
• 1.3.4 井壁竖向连接结构设计
• 1.4 本文所做的主要工作
• 2 钻井井壁竖向连接部位应力分布和破坏规律
• 2.1 荷载分类
• 2.1.1 永久地压
• 2.1.2 不均匀压力
• 2.1.3 竖向附加力
• 2.1.4 施工荷载
• 2.1.5 井壁拉力
• 2.2 应力分析
• 2.2.1 均匀侧压力
• 2.2.2 不均匀侧压力
• 2.2.3 双层钢板混凝土复合井壁应力计算
• 2.3 井壁竖向连接计算
• 2.4 破坏规律
• 2.5 本章小结
• 3 竖向等强抗拉新型井壁结构研究
• 3.1 双层钢板—混凝土复合井壁
• 3.2 竖向连接结构设计
• 3.2.1 对接焊缝
• 3.2.2 角焊缝
• 3.2.3 螺栓连接
• 3.3 结构灌注胶
• 3.3.1 实验材料—TLS—402结构灌注胶
• 3.3.2 固化机理
• 3.3.3 粘结机理
• 3.3.4 灌缝胶抗拉实验
• 3.3.5 灌缝胶抗压实验
• 3.3.6 灌缝胶抗老化实验
• 3.4 本章小结
• 4 新型井壁连接结构试验研究
• 4.1 相似理论与模型试验发展概述
• 4.2 新型井壁连接结构试验方案分析
• 4.3 相似理论公式推导
• 4.4 试验材料及其配比
• 4.4.1 试验材料
• 4.4.2 井壁混凝土材料配比表
• 4.5 模型参数与制作
• 4.5.1 模型参数
• 4.5.2 井壁模型的制作
• 4.6 加载设备
• 4.6.1 加载设备及加载方法
• 4.7 试验结果分析
• 4.8 钻井井壁竖向连接结构的计算方法
• 4.8.1 初始钻井井壁结构的计算方法
• 4.8.2 新型钻井井壁结构的计算方法
• 4.9 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果