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摘要：随着国家对小煤窑开采的取缔，建设深井煤矿的需求，深井井筒将会穿过地质条件复杂性的深地层，因此对钻井法井壁的设计要求也就俞高，井壁的水平侧压力和竖向拉力要求也将俞严格。因此，在以往设计研究的基础上，经煤炭工业合肥设计研究院设计、安徽理工大学计算、中煤特殊凿井（集团）有限责任公司、华煤建设特殊工程技术有限公司现场施工验证，钢板复合砼井壁竖向等强接头技术具备应用条件。
关键词：深井井筒 钢板复合砼井壁 等强接头 现场施工验证
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
0、前言
信湖煤矿是淮北矿业（集团）有限责任公司兴建的大型矿井，设计年生产能力300万吨。工业广场内布置有主井、副井和风井共三个井筒，穿过表土冲积层厚度约450m，井筒设计净直径分别为6.0m、8.1m和7.0m，其中主井和风井井筒表土段及基岩分化带采用钻井法施工。
钻井法凿井与其它特殊凿井法相比，具有施工安全性好、成井质量高、机械化程度高、节省材料、成本低、在冲积层中凿井技术经济效果好等优点。
1、设计思路
过去，在钻井井壁结构设计计算时，主要考虑水平侧压力作用。但随着井筒穿过地质条件复杂的地层，当井壁结构竖向出现拉应力时，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。为此，在以往研究基础上，煤炭工业合肥设计研究院对此讨论、研究和设计在双层钢板复合砼井壁法兰盘连接处加焊同材质的竖向连接钢板条（以下简称等强接头）。
2、设计原则
信湖煤矿主、风井钻井井壁节间竖向连接加强设计计算按照等强设计原则，即节间法兰盘处连接抗拉强度不小于上节井壁自身的竖向抗拉强度。
通过多方案对比，选择采用在井壁筒外表面法兰盘处加焊竖向连接钢板条，即通过焊接钢板条的方法来弥补法兰盘处焊缝自身强度的不足。
3、等强接头抗拉极限强度计算
计算公式如下：
（1）井壁结构抗拉极限强度为:
（1）
—井壁结构自身抗拉强度，N；
—分别为井壁内层、外层钢板截面积，mm2；
—钢板抗拉强度，MPa；
—混凝土抗拉强度，MPa；
—井壁混凝土面积，mm2。
（2）连接法兰盘抗拉强度为:
（2）
—井壁连接法兰盘抗拉强度，N；
—分别为井壁连接法兰盘内、外侧焊缝截面积，mm2。
（3）连接法兰盘处井壁外表面加焊竖向钢板条后井壁连接强度：
（3）
—加强后法兰盘处井壁竖向连接结构，N；
—分别为井壁连接结构内、外层焊缝截面积，mm2；
—井壁外表面加焊的竖向钢板条抗拉强度，MPa；
—井壁外表面加焊的豎向钢板条总截面积，mm2。
等强设计原则要求：公式（3）计算值大于等于公式（1）计算值
4、设计结果
根据上面的计算原则和风井井壁施工图，经计算，设计结果如下。
（1）、37-43节井壁，加焊材料采用Q345、20mm钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×14块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块，其布置位置可根据井壁下沉施工时内侧管路情况作适当调整，当加焊钢板弧长变化时，但总长度应不能减小；以下内侧加焊钢板布置原则相同。
（2）、29-36节井壁，加焊材料采用Q345、20mm钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×14块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块。
（3）、21-28节井壁，加焊材料采用Q345、20mm钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×14块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块。
（4）、6-20节井壁，加焊材料采用Q345、20mm厚钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×15块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块。
（5）、2-5节井壁，加焊材料采用Q345、20mm钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×14块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块。
内、外侧加焊圆弧长度均不低于原内外井壁周长的85%，钢材截面积为460368平方毫米。的等强接头钢板面积（46.037㎡）及所有材料损耗量；
5、保障措施
5.1技术控制
需要说明的是以上等强设计原则要求法兰盘处内、处侧焊缝厚度不小于20mm。因此，在现场施工时要采取措施避免过去法兰盘处焊接为点接触不利情况，应打坡口确保焊缝质量。
附图1施工法兰焊接改进措施示意图
每块圆弧板卷制后需用相同弧度的样板进行验收，且误差不大于2mm；外弧板边缘要预先打45°坡口；所加工的圆弧板表面无油污无毛刺；堆放和运输时要保证圆弧板变形（采用侧向摆放）。
5.2质量控制
到场的等强接头要经过施工单位自检、建设单位、监理单位现场抽查，关键工序（到场材料验收、等强抗拉接头焊接）要安排现场跟班，确保焊接质量符合设计要求，钢板布置均匀。
附图2等强接头布置及焊接示意图
上述等强接头施工工艺在信湖煤矿主、风井施工中的应用可知，设计方案成功的结合到施工工艺中去，在后期的马头门开挖中，在井壁内、外表面的法兰盘连接处加焊的竖向钢板条（等强接头），其改进后的井壁竖向抗拉强度远远大于以往设计的井壁竖向抗拉强度，设计成果在施工中得以见证，具备广泛的应用和推广条件。
作者简介：陈亮，（1982年—），2008年毕业于安徽理工大学土木工程系（工民建），本科学历，在中煤特殊凿井（集团）有限责任公司从事大口径深井钻井技术。其间在淮北矿业（集团）袁店二矿副井，皖北煤电集团公司朱集西矿矸石井，亳州煤业信湖煤矿风井从事施工、现场管理、资料整理等技术工作。
关键词：深井井筒 钢板复合砼井壁 等强接头 现场施工验证
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
0、前言
信湖煤矿是淮北矿业（集团）有限责任公司兴建的大型矿井，设计年生产能力300万吨。工业广场内布置有主井、副井和风井共三个井筒，穿过表土冲积层厚度约450m，井筒设计净直径分别为6.0m、8.1m和7.0m，其中主井和风井井筒表土段及基岩分化带采用钻井法施工。
钻井法凿井与其它特殊凿井法相比，具有施工安全性好、成井质量高、机械化程度高、节省材料、成本低、在冲积层中凿井技术经济效果好等优点。
1、设计思路
过去，在钻井井壁结构设计计算时，主要考虑水平侧压力作用。但随着井筒穿过地质条件复杂的地层，当井壁结构竖向出现拉应力时，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。为此，在以往研究基础上，煤炭工业合肥设计研究院对此讨论、研究和设计在双层钢板复合砼井壁法兰盘连接处加焊同材质的竖向连接钢板条（以下简称等强接头）。
2、设计原则
信湖煤矿主、风井钻井井壁节间竖向连接加强设计计算按照等强设计原则，即节间法兰盘处连接抗拉强度不小于上节井壁自身的竖向抗拉强度。
通过多方案对比，选择采用在井壁筒外表面法兰盘处加焊竖向连接钢板条，即通过焊接钢板条的方法来弥补法兰盘处焊缝自身强度的不足。
3、等强接头抗拉极限强度计算
计算公式如下：
（1）井壁结构抗拉极限强度为:
（1）
—井壁结构自身抗拉强度，N；
—分别为井壁内层、外层钢板截面积，mm2；
—钢板抗拉强度，MPa；
—混凝土抗拉强度，MPa；
—井壁混凝土面积，mm2。
（2）连接法兰盘抗拉强度为:
（2）
—井壁连接法兰盘抗拉强度，N；
—分别为井壁连接法兰盘内、外侧焊缝截面积，mm2。
（3）连接法兰盘处井壁外表面加焊竖向钢板条后井壁连接强度：
（3）
—加强后法兰盘处井壁竖向连接结构，N；
—分别为井壁连接结构内、外层焊缝截面积，mm2；
—井壁外表面加焊的竖向钢板条抗拉强度，MPa；
—井壁外表面加焊的豎向钢板条总截面积，mm2。
等强设计原则要求：公式（3）计算值大于等于公式（1）计算值
4、设计结果
根据上面的计算原则和风井井壁施工图，经计算，设计结果如下。
（1）、37-43节井壁，加焊材料采用Q345、20mm钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×14块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块，其布置位置可根据井壁下沉施工时内侧管路情况作适当调整，当加焊钢板弧长变化时，但总长度应不能减小；以下内侧加焊钢板布置原则相同。
（2）、29-36节井壁，加焊材料采用Q345、20mm钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×14块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块。
（3）、21-28节井壁，加焊材料采用Q345、20mm钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×14块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块。
（4）、6-20节井壁，加焊材料采用Q345、20mm厚钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×15块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块。
（5）、2-5节井壁，加焊材料采用Q345、20mm钢板，外侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×14块，径向均布；内侧加焊钢板规格为：弧长1.28m×0.3m×4块。
内、外侧加焊圆弧长度均不低于原内外井壁周长的85%，钢材截面积为460368平方毫米。的等强接头钢板面积（46.037㎡）及所有材料损耗量；
5、保障措施
5.1技术控制
需要说明的是以上等强设计原则要求法兰盘处内、处侧焊缝厚度不小于20mm。因此，在现场施工时要采取措施避免过去法兰盘处焊接为点接触不利情况，应打坡口确保焊缝质量。
附图1施工法兰焊接改进措施示意图
每块圆弧板卷制后需用相同弧度的样板进行验收，且误差不大于2mm；外弧板边缘要预先打45°坡口；所加工的圆弧板表面无油污无毛刺；堆放和运输时要保证圆弧板变形（采用侧向摆放）。
5.2质量控制
到场的等强接头要经过施工单位自检、建设单位、监理单位现场抽查，关键工序（到场材料验收、等强抗拉接头焊接）要安排现场跟班，确保焊接质量符合设计要求，钢板布置均匀。
附图2等强接头布置及焊接示意图
上述等强接头施工工艺在信湖煤矿主、风井施工中的应用可知，设计方案成功的结合到施工工艺中去，在后期的马头门开挖中，在井壁内、外表面的法兰盘连接处加焊的竖向钢板条（等强接头），其改进后的井壁竖向抗拉强度远远大于以往设计的井壁竖向抗拉强度，设计成果在施工中得以见证，具备广泛的应用和推广条件。
作者简介：陈亮，（1982年—），2008年毕业于安徽理工大学土木工程系（工民建），本科学历，在中煤特殊凿井（集团）有限责任公司从事大口径深井钻井技术。其间在淮北矿业（集团）袁店二矿副井，皖北煤电集团公司朱集西矿矸石井，亳州煤业信湖煤矿风井从事施工、现场管理、资料整理等技术工作。