厚表土薄基岩特殊工程条件下的钻井井壁受拉破断机理研究

以淮南矿区某在建煤矿副井为背景，分析厚表土薄基岩钻井井筒受拉破断过程与特征，建立马头门上覆岩层弯曲变形竖向剪切拉应力力学模型，给出井筒围岩分层竖向位移函数，采用最小势能原理及弹性力学理论推导出井筒竖向拉应力解析解。分析表明，井筒马头门上覆岩层受施工多次扰动影响发生弯曲变形是产生作用于井筒之上的竖向剪切拉应力的致因；该剪切拉应力产生的作用于井筒之上的拉力由下而上积累到某一阈值，该阈值与井筒自重应力的合力超过钻井井筒极限抗拉强度时，在钻井井筒接头处发生第一次拉断破坏，其后，随着岩层弯曲变形发展，拉断处以上井筒继续受竖向剪切拉应力作用而发生第二次拉断破坏，并导致底部含水层水砂溃入井筒发生淹井事故。