一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應(yīng)力變形反饋支護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種立井井筒支護(hù)結(jié)構(gòu)，特別涉及一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應(yīng)力變形反饋支護(hù)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]立井井筒是整個煤礦安全生產(chǎn)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(shè)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(xiàn)破裂，而這些破裂位置往往會伴隨著滲水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響井壁結(jié)構(gòu)和井筒內(nèi)裝備的使用壽命，當(dāng)淋水量過大甚至?xí)绊懙秸麄€礦井安全。
[0003]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(shè)槽鋼井圈來支護(hù)破裂井壁；(2)井筒內(nèi)噴射高強(qiáng)混凝土來加固破裂井壁；
[3]地面注漿加固地層方案。方案(I)存在占用井筒提升時間長，對于已經(jīng)破裂井壁進(jìn)行井圈加固只能承受被動載荷支護(hù)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(dá)到加固的強(qiáng)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(jīng)嚴(yán)重破裂的井壁注漿對于井壁結(jié)構(gòu)的安全同樣是重要的安全隱患。
[0004]綜上所示，現(xiàn)場迫切需要一種既能達(dá)到支護(hù)效果同時又能盡量少占用井筒空間的方法，這正是本發(fā)明的主要目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:正對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應(yīng)力變形反饋支護(hù)結(jié)構(gòu)，既能達(dá)到支護(hù)效果同時又能盡量少占用井筒空間。
[0006]技術(shù)方案:一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應(yīng)力變形反饋支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括若干道沿井筒圓周設(shè)置的鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)；所述每道鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)為由若干段圓弧形鋼管連接構(gòu)成的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)的外直徑與井筒的內(nèi)徑相等；每段圓弧形鋼管內(nèi)均填充膨脹性混凝土，鋼管徑向膨脹量為I?5%。
[0007]進(jìn)一步的，還包括應(yīng)力監(jiān)測傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析裝置；所述應(yīng)力監(jiān)測傳感器系統(tǒng)包括設(shè)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(shù)據(jù)采集分析裝置。
[0008]進(jìn)一步的，還包括激光變形監(jiān)測傳感器系統(tǒng)；所述激光變形監(jiān)測傳感器系統(tǒng)包括沿所述鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)均勻間隔排布的一個激光發(fā)射器和若干個激光接收器，所述一個激光發(fā)射器和若干個激光接收器均連接數(shù)據(jù)采集分析裝置。
[0009]進(jìn)一步的，每段圓弧形鋼管的下方均勻間隔設(shè)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(hù)結(jié)構(gòu)之間采用豎向結(jié)構(gòu)相連。
[0010]進(jìn)一步的，所述每段圓弧形鋼管與井壁之間還安裝有槽鋼。
[0011]進(jìn)一步的，在所述鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)和井壁之間掛有金屬網(wǎng)，所述金屬網(wǎng)上噴射有尚強(qiáng)混凝土。
[0012]進(jìn)一步的，每段圓弧形鋼管的上方設(shè)有混凝土澆灌振搗口。
[0013]進(jìn)一步的，所述每段圓弧形鋼管內(nèi)填充的膨脹性混凝土為細(xì)?；炷?。
[0014]進(jìn)一步的，所述鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)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?1mm0
[0015]進(jìn)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。
[0016]有益效果:本發(fā)明的一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應(yīng)力變形反饋支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括沿井筒圓周設(shè)置的若干道鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)，每道鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)為由若干段圓弧形鋼管連接構(gòu)成的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)的外直徑與井筒的內(nèi)徑相等，在每段圓弧形鋼管內(nèi)均填充膨脹性混凝土，使得鋼管徑向膨脹量為I?5%。即通過鋼管和膨脹性混凝土組合的支護(hù)體系實(shí)現(xiàn)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(tài)為三維受力狀態(tài)，提高加固段井壁自身的承載能力。相對于現(xiàn)有技術(shù)來說，其結(jié)構(gòu)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。
[0017]在每段鋼管的端部設(shè)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(shí)時的壓力數(shù)據(jù)監(jiān)測，監(jiān)控支護(hù)體系的受力狀態(tài)，起到預(yù)警作用。通過激光變形監(jiān)測傳感器系統(tǒng)監(jiān)測井筒的變形，也起到預(yù)警作用，有效地保證井壁的安全使用。
[0018]依據(jù)井壁的破壞程度確定，在每段圓弧形鋼管下方設(shè)置鋼楔支撐件，且上下相鄰兩道鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)之間采用豎向結(jié)構(gòu)相連，進(jìn)一步增加支護(hù)體系的整體剛度。
[0019]如果井壁已經(jīng)嚴(yán)重破碎，還可以在圓弧形鋼管后安裝槽鋼來增加支護(hù)面積，同時在鋼管混凝支護(hù)體系和井壁之間掛金屬網(wǎng)，待支護(hù)體系完成后噴射高強(qiáng)混凝土，從而進(jìn)一步增加支護(hù)體系的整體剛度。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0021]圖2為鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)位置A的局部放大圖；
[0022]圖3為激光變形監(jiān)測傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0024]如圖1所示，一種適用于立井井筒的鋼管混凝土應(yīng)力變形反饋支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括沿井筒圓周設(shè)置的若干道鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)立井井筒的直徑，每道鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)為由4?8段圓弧形鋼管2連接構(gòu)成的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)的外直徑與井筒I的內(nèi)徑相等。每段圓弧形鋼管的鋼管直徑為100?200mm，鋼管壁厚為5?10mm，該圓弧形鋼管可以事先由圓形鋼管按一定弧度加工而成。在安裝鋼管之前，預(yù)先在圓弧形鋼管兩端端部安裝一個可以自由移動的混凝土壓力傳感器5，然后再井下將各段圓弧形鋼管連接起來，相鄰的兩段圓弧形鋼管之間通過焊接金屬波紋管6連接，此時每個混凝土壓力傳感器5位于鋼管內(nèi)相鄰圓弧形鋼管連接處；如果不具備井下焊接條件可以采用端部焊接法蘭和高強(qiáng)螺栓連接的方式。根據(jù)立井的實(shí)際情況，選擇對立井的多個位置設(shè)置本發(fā)明的混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高整個立井井筒的剛度。
[0025]在安裝好的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)上，每段圓弧形鋼管的上方設(shè)有混凝土澆灌振搗口 3，通過該混凝土澆灌振搗口 3向鋼管內(nèi)部灌入膨脹性混凝土，膨脹性混凝土使得鋼管發(fā)生徑向膨脹，對立井井筒壁施加預(yù)壓力，預(yù)壓力能夠改變井壁的受力狀態(tài)，提高支護(hù)體系的支護(hù)性能。為了確保膨脹性混凝土的澆筑效果，采用細(xì)?；炷?，先通過實(shí)驗和