8.3m超大井筒钻井井壁设计

吴双 白（９ ７ ） 男 ， １５ 一 ， 室主任 ， 高级工 程师 ， 国家注册采 矿工程
师 ，３０ １安徽省合肥市阜阳北路 ３ ５号 。 ２ ０４ ５ ８ ２
和偏心受压进行了计算 ， 考虑 了均匀地压 和不均匀 地压及施工临时荷载的作用 。钢筋混凝土结构的井
壁按厚壁筒公式计算 ， 双层钢板混凝土复合结构 的
立 井井 筒 ， 创造 了钻 井 法施 工 超 大 井 筒 的全 国新 记 录 。并 分别 获得 煤炭 工业建 设工 程质 量监督 总 站认 定 的 ２０ 度煤 炭行业 优质 工程 和 ２ １ 度安 徽 ０９年 ００年
省科 学技 术二 等奖 。
径采用变断面 ， 外直径保持 ９ ９ｍ不变 。由于受龙 ．
祁 东煤矿回风井
５５ ．
３ ５ ９ ５ ２ ０ ０ ６ ０ １８ ７． ２ ． ．５ ．１ ２
１ ８ｍ。 ０．
竖三燮 亘垦
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竺 ：
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４ ６ 接 头 型式 ．
由于井壁 厚度 减 薄 ， 钻井 直径 减小 ， 而可 以 使 从 使用 ＡＳ９５０大钻 井施 工 ， －／０ 节省 了大 量 的工程 费 用
门吊 ２０ｔ ０ 限制 ， 每节 井壁节 高控 制在 ３ １ ． ． —４０ｍ。
井壁底节高 ３４ｍ， ． 采用削球厚壳钢筋混凝土结构。 钢筋混凝土强度等级 ： 井壁底 （ 锅底 ） 采用 Ｃ ０ 其余 ７， 为 Ｃ ０～Ｃ ０ 钢板混 凝土 复合 井壁 Ｃ ０一Ｃ ０ 其 钢 ３ ６； ６ ７，
工， 其钻 井直径 分 别 为 １． 和 ９６ｍ， 井 深 度 ０ ８ｍ ． 钻 分 别为 ４ ００ｍ 和 ４０ ０ｍ。 ６ ． ４ ． 西 进风 井井筒 ２０ ０ ６年 ５月 ２ 日由中煤 特殊 凿 ６ 井 （ 团 ） 限责 任 公 司 使 用 Ａ －／０ 集 有 Ｓ９５０大 钻 井 开 钻 ，０８年 ３月 １ 日整 个 钻 井 井 筒 竣 工 ， 过 ４ａ ２０ ６ 经
为 ００ ６ ， ．９ 以此值计算 ， ４ 张集西进风井井壁厚度较 先期施工表土厚度大致接近的谢桥西风井、 祁东 回 风 井 和 潘 三 西 风 井 分 别 减 薄 了 １ ． ％ 、 ２ ６ 和 ０ ２ ２． ％
５ ．％ ， ５６ 见表 ２ 。
表２ ４种 井简 的技 术参数比较
井筒名称 张集煤矿西进风井 谢 桥煤矿西风井 井筒 净径
井 壁底 强 度 和在其 在下 沉过 程 中井壁 底 内需充 填 混
混凝土复合井壁。两种井壁都具有很高的承载能力 ， 由于钢板井壁与混凝土的复合作用 ， 使得中间混凝土 层完全 处于三 向受力状态 ， 压强 度将得 到较 大 幅 其抗 度提 高 ， 从而大 大提 高 复合 井 壁结 构 的 承载 能力 ， 可 抵御较大的地压作用。施工 时不需模板 、 钢筋， 便于 施工 ， 深厚表土钻井井 壁 的理 想支 护结 构 。在计 算 是 井壁强度时 ， 了混凝土强度提高系数 ， 考虑 根据安徽 理工大学井壁结构模型的试验结果 及文献 ［ ］ ３ 第 ５２８条规定 ， 筋混凝土 井壁 强度 提 高系数 取 １２ ．． 钢 ．。 钢板混凝土复合井壁强度提高系数取 １４ 使得设计 ．， 的井壁 即安全可靠 ， 经济合理 。 又
吴双 白 ：． ８ ３ｍ超 大 井筒钻 井井壁设 计
２ １ ４月第 ４期 ０ ２年
井壁 ， 由于实 际 的 钢 板 与 混 凝 土 的 弹性 模 数 比 （ 简
称 弹模 比 ｎ 较难 准 确选取 ， 先 用德 国 Ｈ ・ 克 方 ） 故 林
井 口 ， 放 人 井 内 。 由 于 受 龙 门 吊 ２０ｔ Ａ －／ 并 ０ 及 Ｓ９
ｍ
极大地 提 高了钻井效 率。井 口安装 １台与 Ａ － Ｓ／ ９
５０型钻 机配 套 的轨距 １ ０ ２ｍ起 吊重 量 ２ ０ｔ ０ 的龙 门
吊 ， 足钻 具 系统及 井壁 的 吊运 。 满
４５ 钻进 方 案 ． 根 据 Ａ －／０ Ｓ９５０钻机 的能 力结 构特 点 ， 合 其他 结 矿 山的钻 井经 验 ， 风井 采 用 一 次 超 前 分 级 扩孔 的 进 施 工 工 艺 ， 前 钻 进 ６ ． ｆ 第 一 级 扩 孔 钻 进 超 ４ ０ ｒ， ｌ
上 下 井 壁 之 间采 用 单 板式 法 兰 盘 连接 ， 虑 到 考
连 接井 壁 的 法 兰 盘 之 间不 可 避 免 的存 在 一 定 的 间
和建井工期 ， 大大降低材料消耗 。 ４ ２ 井 壁底 防沉 技术 ．
井 壁底 是 悬 浮下 沉 井 壁 的重 要 组 成 部分 ， 钻 在 井井 壁设 计 中至关 重要 ， 须有 足够 的强 度 ， 时能 必 同
（ ） ３个 隔水 层 （ ） 组 和 组 。
００２ ． １Ｈ．基 岩风 化带 ， 表 土段 最 大压 力 控制 。完 按
２ 设计简况
进 风井 井 筒 设 计 净 直 径 ８ ３ ｍ， 井 荒 径 为 ． 钻 １ ． Ｏ８ｍ。根据 井 筒 检 查 孔 资 料 ， 满 足 有 关 规 程 、 在
成高强钢筋混凝 土厚壳 削球结构 ， 使用了高强 Ｃ ０ ７
混凝 土 ， 总厚 度仅 ６０ｍ 成 功地 承受 了 ２ ８ ｔ ５ ｍ， ５８６ 井 壁悬 浮下 沉 荷载 考验 。 由于支 承环 与削 球交 界处 几 何形 体 的急 剧变 化 ， 比较 容 易 引 起应 力集 中 。试 验
了 高强 Ｃ ０混凝 土应 用 于 该井 壁 底 中 ， 决 混凝 土 ８ 解
１ 工 程 概 况
该井 筒 水 文地 质 条 件 复杂 ， 四系 一第 三 系松 第 散 层厚 度大 ， 中黏土 层 多且 厚 度大 ， 占 ５ ． ％ ， 其 约 ０５ 可 塑性 和粘 结性 强 ， 进 中极 易发 生膨 胀缩径 、 钻 钻 卡 和泥包 钻头 ； 次 砂 层 约 占 ３ ．％ 。地 层较 稳 定 ， 其 ３８
板 厚度 ｌ ０～２ ｍ， 质 为 Ｑ ４ ０ｍ 材 ３ ５钢 。预 制 井 壁 共
１９节 ， 中 ： 凝 土井 壁 ７ ３ 其 混 ３节 ； 板 复 合 井 壁 ６ 钢 ５ 节 ； 壁 底 钢 筋 混 凝 土 井 壁 １节 。井 壁 总 重 量 为 井
２ ８ ４ ｔ ５ ８ ６． 。
．
表土 深度
ｍ
支护 深度
， ｍ
井壁 厚度 厚径 比
， ｍ
８３ ． ７ｏ ．
４ １２ ４ ２ ｏ Ｏ ． ６ ． ４５５ ４４５ ０ ． ６ ．
ｏ ８ ｏ ０ ６ ．Ｏ ．９ ４ ｏ ７ ．０ ０１０ ．０
１ｍ， 二 级扩孔 钻 进 ９ ０ｍ， 三 级 扩孔 钻进 第 ． 第
５ ０大 钻井 提 吊能 力 ３ ０ｔ ０ ０ 的影 响 ， 壁底 只能设 计 井
法估 算 井 壁 厚 度 ， 按 组 合 厚 壁 筒公 式 验算 强 再 度…， 以确保井壁的安全可靠度。 ３ ３ 混凝 土 强度提 高 系数 ．
由于该井筒穿 过 的冲积层 较厚 ， 井简 直径 特 尤其 别大， 对井壁整体 受力十分 不利 。井 筒浅 部设计 优先 考 虑采用高强 钢筋混凝土井 壁 ， 深部采 用双层 钢板 其
目前 国 内外钻 井法钻 井直径 最大 的立 井井筒 。介 绍 了该 井壁在 设计 、 工方 面的特 点及成 果 。 施 关键 词 钻 井法 凿井 超 大井筒 井壁设 计
表 １ 井筒穿过的地层 岩土参数
淮 南矿业 集 团张集 煤矿 位于安 徽省 淮南 市凤 台
县城西约 ２ ｍ处 。由于生产的需要 ， ０ｋ 在西 区新增 进风井 、 回风井 ２个井筒 。其 中进风井设计净直径 ８３ｍ 回风井设计净直径 为 ７ ２ｍ， ． 、 ． 穿过表 土冲积 层厚 分 别 为 ４ １ ２ｍ 和 ４ ２ ６ ｍ， 采 用 钻 井 法施 ０ ． ０ ． 均
现
Ａｐ ｌ ０ ２ ｉ ｒ ．２ １
代
矿
业
Ｍ０ ＲＤＥ ＮＩ Ｎ ＭＩ ＮＧ
总 第５６ １ 期 ２ １ 年 ４ 月第 ４期 ０２
８ ３ｍ超 大 井 筒钻 井 井壁 设计 ．
吴双 白
（ 炭工业合肥设计研 究院） 煤
摘 要 张 集煤 矿 （ 区） 西 西进 风 井 为净 直径 ８３ｍ超 大井 筒 ， ． 穿厚表 土采 用钻 井 法 凿 井 ， 是
４ 主要特点
４ １ 减薄 井壁 厚度 ．
井筒支护是保证钻凿成功的重要环节 ， 由于受
钻机 能力 、 间尺 寸 和悬 浮 下 沉 井 壁 安装 工 艺 的 限 空 制 ， 壁结 构选 择和 厚度 控制 就显 得更 加 突 出 ， 井 甚至 关 系 到钻 井法凿 井 实施 的可 能性 。通 过对 高强 钻井 井 壁设 计 方法及 井 壁 结 构进 行 优 化 ， 张集 西 进 风 井 井 壁 最 大厚 度 仅 ８０ｍ 较 薄 ， 壁 厚 与净 径 之 比 ０ ｍ， 其
３ 井壁结构设计原则
３ １ 水 平荷载 （ ． 地压 ） 依 照文 献 ［ ］ 表 土 段 井 壁 设 计 荷 载 ： １，
整 基岩 段按
Ｐ０ ： ０． １ Ｈ ， ００
＝
总体趋势是北厚南薄 ， 表土层主要为黏土 、 砂层和少 量砾 石 层 ， 表 １ 见 。从 上 至 下 可 划 分 ３个 含 水 层
采用高强钢筋混凝土井壁结构 ， 井深 ２７ ６～ ５ ． ５． ４６６
ｍ采 用 双层钢 板 高强 混 凝 土 复 合井 壁 结 构 ， 筒 内 井
复杂受力条件 的考验 ， 目 到 前井筒无任何异常现象 ， 井壁 无漏 水 ， 工 质 量 优 良。该 井筒 是 目前 我 国采 施 用钻井法施工， 表土层超过 ４ ０ｍ， ０ 井筒净径最大的
隙， 设计时对节间注浆管进行 了改进 ， 完善了节间注 浆材料 、 工艺 ， 尽可能消除井壁节 间空 隙， 使得井壁 法兰盘的受力和传力得到改善。每节井壁下部预留 ４根节间注浆管 ， 在井壁对接好采用 １ 孔注浆其余 ３