[發明專利]一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應力變形反饋支護結構

有效

• 申請號: 201510040739.X
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104747192B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 王建州;周國慶;梁恒昌;趙光思;趙曉東;況聯飛;汪平生;周檀君
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D5/11
• 分類號: E21D5/11
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種立井井筒支護結構，特別涉及一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應力變形反饋支護結構。

背景技術

立井井筒是整個煤礦安全生產的咽喉，隨著煤炭資源開采深度的增加，煤礦立井井壁的深度也在不斷增加，由于設計和施工工藝以及地層賦存條件等多方面的因素，立井井壁在基巖和表土交界面不可避免的出現破裂，而這些破裂位置往往會伴隨著滲水現象，嚴重影響井壁結構和井筒內裝備的使用壽命，當淋水量過大甚至會影響到整個礦井安全。

為了確保立井井壁的安全，目前常用的治理井壁破裂的工程措施有：(1)井圏背板加固，通過架設槽鋼井圈來支護破裂井壁；(2)井筒內噴射高強混凝土來加固破裂井壁；(3)地面注漿加固地層方案。方案(1)存在占用井筒提升時間長，對于已經破裂井壁進行井圈加固只能承受被動載荷支護的效果有限，且槽鋼的銹蝕和占用空間大，影響了加固的效果。方案(2)工程量大、工期長，為了達到加固的強度，噴射混凝土的厚度占用井筒的空間，影響安全提升。方案(3)工程量大、工期長、造價高，對于已經嚴重破裂的井壁注漿對于井壁結構的安全同樣是重要的安全隱患。

綜上所示，現場迫切需要一種既能達到支護效果同時又能盡量少占用井筒空間的方法，這正是本發明的主要目的。

發明內容

發明目的：正對上述現有技術，提出一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應力變形反饋支護結構，既能達到支護效果同時又能盡量少占用井筒空間。

技術方案：一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應力變形反饋支護結構，包括若干道沿井筒圓周設置的鋼管混凝土支護結構；所述每道鋼管混凝土支護結構為由若干段圓弧形鋼管連接構成的圓環狀結構，該圓環狀結構的外直徑與井筒的內徑相等；每段圓弧形鋼管內均填充膨脹性混凝土，鋼管徑向膨脹量為1～5％。

進一步的，還包括應力監測傳感器系統和數據采集分析裝置；所述應力監測傳感器系統包括設置在每個相鄰圓弧形鋼管連接處的混凝土壓力傳感器，所述混凝土壓力傳感器均連接數據采集分析裝置。

進一步的，還包括激光變形監測傳感器系統；所述激光變形監測傳感器系統包括沿所述鋼管混凝土支護結構的內側均勻間隔排布的一個激光發射器和若干個激光接收器，所述一個激光發射器和若干個激光接收器均連接數據采集分析裝置。

進一步的，每段圓弧形鋼管的下方均勻間隔設置2～3個楔入立井井筒壁的鋼楔支撐件，同時上下相鄰兩道鋼管混凝土支護結構之間采用豎向結構相連。

進一步的，所述每段圓弧形鋼管與井壁之間還安裝有槽鋼。

進一步的，在所述鋼管混凝土支護結構和井壁之間掛有金屬網，所述金屬網上噴射有高強混凝土。

進一步的，每段圓弧形鋼管的上方設有混凝土澆灌振搗口。

進一步的，所述每段圓弧形鋼管內填充的膨脹性混凝土為細粒混凝土。

進一步的，所述鋼管混凝土支護結構包括4～8段圓弧形鋼管，所述每段圓弧形鋼管的鋼管直徑為100～200mm，鋼管壁厚為5～10mm。

進一步的，相鄰的兩段圓弧形鋼管之間通過金屬波紋管或法蘭連接。

有益效果：本發明的一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應力變形反饋支護結構，包括沿井筒圓周設置的若干道鋼管混凝土支護結構，每道鋼管混凝土支護結構為由若干段圓弧形鋼管連接構成的圓環狀結構，圓環狀結構的外直徑與井筒的內徑相等，在每段圓弧形鋼管內均填充膨脹性混凝土，使得鋼管徑向膨脹量為1～5％。即通過鋼管和膨脹性混凝土組合的支護體系實現徑向可控變形，通過鋼管的變形對加固段井壁施加一定的約束力，改變井壁的二維受力狀態為三維受力狀態，提高加固段井壁自身的承載能力。相對于現有技術來說，其結構占用立井空間小于槽鋼的空間，且通過控制鋼管徑向的膨脹量，起到對井壁的主動支撐效果。

在每段鋼管的端部設置壓力傳感器，通過混凝土的膨脹使得壓力傳感器接觸并承受一定壓力，通過實時的壓力數據監測，監控支護體系的受力狀態，起到預警作用。通過激光變形監測傳感器系統監測井筒的變形，也起到預警作用，有效地保證井壁的安全使用。

依據井壁的破壞程度確定，在每段圓弧形鋼管下方設置鋼楔支撐件，且上下相鄰兩道鋼管混凝土支護結構之間采用豎向結構相連，進一步增加支護體系的整體剛度。

如果井壁已經嚴重破碎，還可以在圓弧形鋼管后安裝槽鋼來增加支護面積，同時在鋼管混凝支護體系和井壁之間掛金屬網，待支護體系完成后噴射高強混凝土，從而進一步增加支護體系的整體剛度。

附圖說明

圖1為本發明鋼管混凝土支護結構的示意圖；