张其朋，问小江，谭东升，陈馨荑，余 荟

（1.山西吕梁离石金晖荣泰煤业有限公司，山西 吕梁033000；2.中国矿业大学 安全工程学院，江苏 徐州221116）

地面钻井瓦斯抽采技术具有抽采流量大、抽采浓度高、不受井下巷道布置影响等优点，目前已在淮南、晋城等高瓦斯矿区推广应用[1]。然而，采动条件下上覆岩层的运动导致地面钻井套管发生多种形式的破坏[2-3]，严重影响瓦斯抽采效果。已有研究表明，抽采气流在套管剪切变形或破坏区域流动时产生的的局部阻力最大，因此剪切变形是影响瓦斯抽采效果最为严重的变形形式[4]。影响套管发生剪切变形或破坏的因素有很多，如：套管力学参数、煤岩层倾角、开采煤层埋深及采高等[5-7]。目前,对套管剪切变形的研究多集中在破坏模型的建立和破坏位置预测[3,8]，岩层倾角对套管剪切变形区应力分布特征的影响研究较少。基于ANSYS 有限元分析软件，研究了岩层倾角对钻井套管剪切变形的影响特性，得出套管剪切变形区域的应力分布规律以及岩层倾角对套管剪切面处剪应力变化的影响。研究内容为完善地面钻井瓦斯抽采理论体系具有重要意义。

1 数值计算模型

1.1 几何模型

共建立4 个数值计算模型，岩层倾角θ 分别为0°、10°、20°、30°，其中岩层倾角θ 为30°的岩层与套管的有限元模型如图1。模型的几何尺寸为长×宽×高=2 m×2 m×2 m。在岩层的中心位置，布置有钻井套管。套管外径为139.7 mm，厚度为6.2 mm，长度为2 m。由于套管及其附近区域是研究的重点，因此对套管剪切变形区进行了网格加密，以得到更加精确的计算结果。……