欢迎来到中国矿山建设第一门户网站！
一、前 言
“井”者，顾名思义，为向地层钻凿开挖的圆形筒状空洞。煤矿
立井，无论是原始的人工开挖，还是技术发展后的机械化掘砌，都离
不开凿井工人进入地层中窄小的空间进行操作，其劳动之艰辛不言而
喻。特别是在含水流砂层等不稳定地层，为防止流砂涌入，还需进行
地层改性处理，施工条件更为复杂。钻井法凿井完全改变了这种传统
的做法，它的机械化程度很高，全部作业(包括地层改性、挖掘、矸
石提升和井筒支护等)在地面进行，避免了恶劣的工作条件，将建井
工人从笨重的体力劳动中解脱出来，是一种劳动强度小、无职业病危
害、安全可靠、成本低、成井质量好的煤矿大直径井筒施工方法，尤
其适合于深厚含水不稳定冲积层的井筒施工。
钻井法凿井在完成钻孔掘进之后，一般都要进行井筒永久支护。
在稳定地层中，可分别采用料石、混凝土砌块、丘宾筒或喷射水泥砂
浆、混凝土护壁，以防止岩面风化；用单锚、锚网喷射水泥砂浆或混
凝土加固裂隙岩层；也可以采用注浆堵水的方法加固地层。其支护方
法，一般是成孔后在工作面直接支护。当采用钢板筒支护时，也可采
用地面预制井壁节，进行分段加压下滑安装。在不稳定含水冲积层或
软岩地层中，根据围岩性质的不同，分别采用钢板、钢筋混凝土井壁
或钢板一-钢筋混凝土复合井壁进行支护。其支护方法，则是在钻井液
中悬浮下沉地面分段预制的钢筋混凝土或钢板一钢筋混凝土复合井壁
节。
我国钻井法凿井主要用于不稳定含水冲积层和软岩地层，已完成
多个600m左右的井筒施工，悬浮下沉的井壁由200多段井壁节组成，
重20000~300000(相当于200多层楼高)，成井偏斜不超过200mm，
井筒无水，质量优良。随着施工井筒深度的增加，地层条件复杂性加
大，为适应钻井法凿井整体工艺和井壁受力的要求，井壁结构形式和
施工工艺也在不断改进和发展。
本书主要回顾了在我国钻井法凿井技术发展过程中，井筒永久支
护从参考沿用国内外其他施工方法的理论与技术，到创新开发具有自
己特色的井壁结构和施工工艺，进而形成一套比较完整的深厚冲积层
井筒支护理论、井壁结构形式、计算方法和施工工艺的全过程。全书
内容包括钻井法凿井技术的发展概况、钻井法凿井支护工艺与井壁受
力、不断发展的钻井井壁结构设计方法、钻井井壁受力实测研究、井
壁结构模型试验、井筒竖向附加力与防御措施研究、壁后充填与井壁
竖向附加力取值研究、内钢板-钢筋混凝土复合井壁、井壁底结构与
削球厚壳、钻井法凿井高强防裂混凝土应用研究、深井井壁悬浮下沉
安装竖向稳定性控制研究、不均匀受力条件下内钢板-钢筋混凝土复
合井壁的抗弯特性研究等。
书中所述内容系作者长期从事该领域技术研究和工程实践工作的
总结，也收录了原煤炭科学研究总院北京建井研究所(现天地科技建
井研究院)参与钻井法凿井井壁结构与施工技术研究的科研人员和协
作单位的辛勤劳动成果。书中附录部分由谭杰研究员撰写，当时她任
职于济南煤矿设计研究院，是龙固煤矿钻井法凿井工程设计的主要完
成者之一。由于研究工作历经几十年，期间工程对象所处的条件愈来
愈复杂，规程规范不断变化，科学技术飞速发展，因此总结归纳难免
有差误，欢迎读者予以指正补充，以共同推动钻井法凿井支护技术向
前发展。
二、目 录
第一章 钻井法凿井技术的发展概况
1.1 我国钻井法凿井技术的研究与发展
1.2 凿井史上的突破
1.3 立足深井，稳步发展
1.4 协作攻关，继续前进
第二章 钻井法凿井支护工艺与井壁受力
2.1 钻井法凿井支护工艺研究
2.1.1 井口现浇混凝土滑模法
2.1.2 分节吊装安装法
2.1.3 悬浮下沉安装法
2.2 悬浮下沉安装法的基本工序
2.2.1 井孔检测
2.2.2 井壁底体系的安装
2.2.3 井壁节吊装与找正
2.2.4 节间垫铁找正、焊接和注浆
2.2.5 井壁悬浮下沉
2.2.6 壁后充填固井
2.3 钻井井壁受力特点
第三章 不断发展的钻井井壁结构设计方法
3.1 学习、使用许用应力法结构设计阶段
3.2 研究纳入国家设计规范阶段
3.2.1 研究采用《TJ10-74》规范
3.2.2 考虑不均匀地压验算
3.3 开发适用于深井支护条件的特种结构阶段
3.4 研究井壁复杂受力及采用《GB50010》规范设计阶段
第四章 钻井井壁受力实测研究
4.1 测试元件准备与布设
4.2 巡回检测装置
4.3 现场工程实测
4.3.1 井壁悬浮下沉过程测试
4.3.2 壁后充填测试
4.3.3 排出井内配重水测试
4.4 大屯龙东矿风井地压测试异常情况叙述
4.5 关于永久地压测试的综合小结
4.5.1 测得钻井法凿井井壁实际地压系数
4.5.2 竖向应力不规律性
4.5.3 与马头门的关系
第五章 井壁结构模型试验
5.1 井壁模型试验装置设计的基本构思
5.2 井壁试验装置的组成
5.2.1 模型井壁试验反力台座
5.2.2 加载油缸和传压系统
5.2.3 加载控制系统
5.2.4 测试和数据采集处理系统
5.3 井壁模型试验
5.4 试验结果分析
5.4.1 各试件危险截面的外力-应变曲线
5.4.2 破坏强度与理论计算值比较
第六章 井筒竖向附加力与防御措施研究
6.1 钻井法凿井井壁因地层竖向附加力破坏情况
6.2 井壁局部破坏原因分析
6.3 井筒竖向附加力破坏设防的研究
6.4 约束混凝土井壁的研究
第七章 壁后充填层与井壁竖向附加力取值的研究
7.1 壁后充填材料与井壁的静摩擦系数试验
7.1.1 试验原理和设备
7.1.2 试验内容
7.2 表土段泥浆中抛石充填层与井壁摩阻力的模型试验——有侧向压力
7.2.1 侧向压力
7.2.2 竖向推力
7.2.3 荷载监测与数据处理
7.2.4 试验用模型井壁
7.2.5 模型试验
7.3 泥浆中充填水泥浆与井壁粘滞力的试验——无侧压力
7.4 应用于工程的分析与计算
7.4.1碎石充填层与井壁之间摩阻力的分布规律
7.4.2 水泥浆充填与井壁摩阻力的分布规律
7.4.3冲积层井壁竖向附加力综合取值的建议
第八章 内钢板-钢筋混凝土复合井壁
8.1 内钢板-钢筋混凝土复合井壁的结构特征
8.2 内钢板-钢筋混凝土井壁的内力分析
8.3 内钢板-钢筋混凝土井壁强度计算
8.3.1 均匀荷载计算
8.3.2 不均匀荷载计算
8.4 内钢板-钢筋混凝土井壁的构造要求
8.5 内钢板-钢筋混凝土井壁结构性能试验
8.5.1 模型井壁设计的基本原则
8.5.2 模型井壁制作
8.5.3 测量元件布置
8.5.4 试验结果分析
8.6 工业性试验
8.7 工程应用——龙固矿等四个井筒井壁设计与施工
8.7.1 井壁设计依据
8.7.2 采用的主要规范
8.7.3 设计基本参数
8.7.4 主要荷载
8.7.5 结构设计
8.7.6 设计小结
第九章 井壁底结构与削球厚壳
9.1 半椭圆旋转厚壳井壁底
9.1.1 工程应用的井壁底条件与设计假定
9.1.2 计算简图与使用荷载
9.1.3 筒体内力分析
9.1.4 筒体强度计算
9.1.5 壳体内力分析
9.1.6 壳体强度计算
9.1.7 壳顶浅碟效应的计算
9.1.8 r=50cm处与钢板联接处径向钢筋截面计算
9.2 削球厚壳井壁底
9.2.1 削球厚壳井壁底的计算模型
9.2.2 井壁底计算方法
9.2.3 井壁底应力分析
9.2.4 井壁底内力计算
9.2.5 综合优化
9.2.6 削球厚壳井壁底内力计算表
9.2.7 削球厚壳井壁底内力计算表使用例题
9.2.8 龙固主井近600m深钻井井筒井壁底工程应用
第十章 钻井法凿井高强防裂混凝土应用研究
10.1 预制井壁开裂情况及原因分析
10.2 高强防裂混凝土试验研究
10.2.1 技术路线设计
10.2.2 高强混凝土收缩开裂的因素及其防止措施
10.2.3 C60～C70高强防裂混凝土的原材料选择
10.2.4 C60～C70高强防裂混凝土的配合比与抗压强度试验结果
10.2.5 现场施工技术要求及注意事项
10.3 C60～C70高强防裂混凝土的工程应用
10.3.1 基本情况
10.3.2 井壁测温试验结果及分析
10.3.3 小 结
第十一章 深井井壁悬浮下沉安装竖向稳定性控制的研究
11.1悬浮条件下井壁稳定性分析
11.2壁后充填前加满配重水井壁的临界深度计算
11.2.1 重力作用下，任意截面上的弯矩
11.2.2 泥浆侧向压差作用下任意截面的弯矩
11.2.3 井壁弯曲应变能
11.2.4 井壁弯曲时荷载位能的损失量
11.2.5 利用位能法求井壁失稳长度临界值
11.3 力矩平衡法控制变截面井壁轴向稳定
11.4 龙固主井井壁悬浮下沉井壁轴向稳定控制计算实例
11.4.1 基本参数
11.4.2 井壁悬浮下沉到底时配重水高度计算
11.4.3 悬浮下沉井壁稳定性控制计算
11.5 力矩平衡法应用前景的探讨
11.5.1 该井井壁结构基本参数
11.5.2 井壁悬浮下沉到底时配重水高度计算
11.5.3 悬浮下沉井壁稳定性计算
11.5.4 结论
第十二章 不均匀受力下内钢板=钢筋混凝土复合井壁的抗弯特性研究
12.1 钢板-混凝土组合结构
12.1.1 研究现状
12.1.2 组合结构抗弯承载力与连接件
12.2.2 不均匀荷载下的井壁强度计算
12.3.5 试验装置及测试方案
12.3.6 加载分级
12.3.7 钢板-混凝土组合梁负弯矩试验结果及分析
12.4 内钢板-（钢筋）混凝土复合井壁模型试验研究
12.4.1 模型制作
结 语
三、作者简介
洪伯潜中国工程院院士，大直径煤矿井筒钻井法凿井专家，矿山深大竖井钻井法凿井技术的奠基人，国家有突出贡献的中青年专家。中国煤炭科工集团首席科学家，煤炭科学研究总院建井研究分院教授级高级工程师、博士生导师。长期在科研第一线从事矿井建设研究工作，主持完成国家及部、院课题30项，11次获国家及部级科技进步奖。
1931年12月出生于福建省厦门市，教授级高级工程师，博士生导师，1956年毕业于浙江大学土木系，1997年当选为中国工程院院士。煤炭科学研究总院副总工程师，北京中煤矿山工程有限公司学术委员会主任。负责完成国家“六五” “七五”科技攻关项目“深井钻井法凿井技术的研究”，达到国际先进水平。1986年评为国家有突出贡献的中青年专家， 1990年7月首批获国务院政府特殊津贴，11次获国家及部科技进步奖，其中国家科技进步一等奖1项，二等奖2项，部科技进步特等奖1项，中国煤炭工业科学技术特等奖1项。2002年承担国家“十五”科技攻关项目，完成了山东省龙固煤矿近 600m深井钻井法凿井技术的研究，达到国际领先水平，获2005年煤炭工业协会科学技术特等奖、2006年国家科技进步二等奖。热爱祖国，热爱煤炭事业，刻苦钻研，无私奉献，执着追求，开拓创新，勇攀科学高峰，体现出崇高的人品和严谨的学风。长期从事矿井建设大直径钻井法凿井技术的研究，是我国煤矿深大竖井钻井法凿井技术的开拓者之一。负责并完成国家“六五”、“七五”科技攻关项目“深井钻井法凿井技术的研究”，使钻井法成为我国首先通过440m以上（钻深508m）表土不稳定含水地层、独具优势的大直经井筒特殊施工方法，综合技术达到国际先进水平。在此基础上，2001年他又主持国家“十五”攻关项目《600m深厚冲击层钻井法凿井技术》课题研究，提出“约束混凝土井壁”新型结构及其设计理论与计算方法，亲自承担了井壁结构的设计与计算，为确保钻井工程的顺利实施，年过七旬的洪院士亲临现场，特别是最后下沉井壁的30多天里，他一直守在现场，深思熟虑各个技术细节，对现场技术人员和工人进行具体指导，每个环节严格把关，并及时组织会议研究解决偶发问题。2004年4月28日，在他及有关技术人员共同努力下，钻井法凿井在龙固矿深厚表土（546.48m）不稳定含水地层成井582.75m的井筒施工，获得成功，创造了国内外记录，综合技术达世界领先水平，并拥有自主知识产权。该项目获2005年煤炭工业科学技术特等奖，2006年国家科学技术进步二等奖，为我国东部建井通过深厚冲积层提供了理论基础及实践经验。主要论著：大直经煤矿井筒钻井法凿井，《中国科学技术前沿》1997，中国工程院出版；约束混凝土结构在井筒支护中的研究与应用；钻井法凿井深井井壁在泥浆中的轴向稳定；巨野煤田开发条件及井筒特殊施工的关键技术等。
矿山建设网公众号
矿山界公众号
您当前所在位置：