影响井筒破裂的特征因素定为7项:
地表沉降速度(y1)。反映地层的压缩速率,标志地层压缩对井筒作用影响的程度。压缩速率越大对井筒越不利。
地表累计下沉量(y2)。用来反映地层压缩变形程度的指标。地表累积下沉量越大,对井筒稳定性越不利。
主压缩层埋深(y3)。新生界地层中主压缩层埋深对井筒有如下影响:一是反映地层压缩变形对井筒的扰动作用程度,即附加应力的影响。
土层的主压缩层深度越大,相对于井壁具有运动趋势的土层就越厚,因此土层对井壁产生向下摩擦力的作用面积就会越大,将会导致井壁附加应力随之迅速增大,当井壁附加应力超过了井壁钢筋混凝土的强度,就会导致井壁发生破坏;二是静态作用力。
井筒净直径(y4)。井筒净直径是影响井筒强度的一个因素。按弹性力学拉梅公式,在其它条件相同的情况下,井筒内半径越大,对井筒稳定性越不利。
井壁厚度因素(y5)。井壁的强度只要取决于井壁砼的厚度。井壁越厚,承载力越高。
施工方法(y6)。井筒的施工方法对井筒稳定性有直接影响。一般认为钻井法施工较冻结法为优。
井壁施工质量及井塔因素(y7)。井壁施工质量直接影响井筒强度。
井壁受力破裂是多因素综合作用影响的结果。在影响井壁破坏的诸多因素中,所起的作用各不相同。关键因素初选权重大,次要因素初选权重小。具体参数要通过试算进行调整。
3.2类样本内容
本次聚类选取18个井筒样本,样本各特征因素参数为特定时间井筒的状态参数,有的参数是变化的,例如,冲积层累计压缩量一般是增大的;有些参数是不变的,例如井筒直径和壁厚等。样本内容见表3-1和表3-2。
(1)样本1为标准样本,取各样本特征因素参数中最不利的值。(2)样本2~18为已经知道结果的样本。其中,淮北矿区9个破裂样本,1个未破裂样本。徐州矿区2个破裂样本;兖州矿区5个破裂样本。
3.3模糊聚类结果分析
通过计算,得出的聚类结果参见表3-1和表3-2:已经破裂井筒的聚类值大于0.137,并且聚类值越大,井筒越易破裂。东滩煤矿以现在的条件来进行模糊数学评价,破裂可能性排序为:西风井、副井、北风井和主井。其中西风井聚类值为0.138,已经井筒破裂,现正在治理。副井、北风井和主井的聚类值分别为0.131、0.120和0.107,与地质条件相同井筒发生破坏的聚类值相比较,暂时没有破裂的可能性。
4、结论
通过模糊数学计算结果分析,西风井可能发生破裂,与现实吻合,表明了利用模糊数学来分析评价井筒安全稳定性是可行的,本文的研究不仅可以避免东滩煤矿井筒出现突发破裂,导致安全事故和生产事故,而且在国内类似条件的矿区也有广泛的推广应用前景。