煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，包括相互間隔布置的多個鋼管混凝土支架與鋼筋混凝土預制管片，鋼管混凝土支架的頂面設有注漿口和排氣孔。鋼管混凝土支架由3—4節組合成圓形，管內充填高強混凝土。筋混凝土預制管片上預留錨桿眼，鋼管混凝土支架焊有固定耳板并通過錨桿錨固在預留錨桿眼中。每圈鋼筋混凝土預制管片由多節單節管片組合而成。鋼筋混凝土預制管片與井壁之間注漿或者壁后鋪設隔水層。鋼管混凝土支架內充填膨脹混凝土。成本低、支護能力強、易施工。
【專利說明】煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤礦立井井筒支護技術，尤其涉及一種煤礦立井井筒鋼管混凝土 支架與混凝土管片支護裝置。
【背景技術】
[0002]煤炭是目前乃至今后一段時間內的主要一次性能源，隨著煤炭的開采，淺部資源 漸趨枯竭，今后煤炭開發均為深部資源，煤礦立井井筒穿過的第三系和第四系表土層厚達 500?800m，如正在建設的安徽板集礦井表土層厚達580m，山東巨野煤田萬福礦井表土層 更是厚達750m。今后，還將要開發表土覆蓋層更為深厚的煤炭資源。隨著礦井建設中井筒 穿過的表土層增厚，井壁承受的地壓也將越來越大，因而提高井壁的承載能力就成為一個 突出的問題。
[0003]目前，立井施工方法主要為凍結法和鉆井法，凍結法大約占80%，凍結井壁一般為 雙層混凝土結構，表土深部施工條件復雜地段通常在內、外壁間增設塑料夾層，鉆井井壁 為鋼筋混凝土結構或鋼板-鋼筋混凝土復合結構。隨著表土厚度的增加，地壓將隨之增 大，在井壁材料不變的情況下，井壁厚度勢必也將快速增大，從而不僅帶來鉆掘斷面有效 利用率過低和鉆井井壁漂浮下沉困難等問題，而且將導致工程造價飆升。大量的研究、試 驗和工程實踐表明，要保證深表土井壁具有合理的厚度，必須提高井壁材料的強度。解決 辦法可以從兩方面考慮:一是增加井壁含鋼量，采用鋼骨混凝土、鋼纖維混凝土、鋼板混凝 土、鑄鋼(鑄鐵)混凝土井壁；二是采用高強混凝土井壁。
[0004]在如此深厚的表土層中建井，當采用凍結法鑿井時，為抵御強大的凍結壓力和水 土壓力作用，就必須采用超高強凍結井壁結構。凍結井壁主要采用現澆鋼筋混凝土結構，其 最大支護表土層深度為585m,井壁最大總厚度為2.45m,混凝土最高強度等級為C75。理論 分析和試驗研究結果表明，為了提高建井速度和降低工程造價，易于凍結孔布置和凍結壁 穩定，井壁設計不宜過厚。因此，超高強井壁結構的一個有效技術途徑就是盡可能地提高井 壁中的混凝土強度等級，使用高強混凝土。但現有研究成果表明，高強混凝土在受壓時其破 壞特征表現為高度脆性，且隨著強度等級的提高，其脆性也相應增大，破壞時呈無先兆的突 然式破壞，工程結構物的可靠性降低。而且，這種高脆性從高強混凝土本身是不能克服的， 因為混凝土的集料抑或水泥石，在微觀結構鍵型上均為共價鍵所主導，所以高強混凝土最 適宜的應用方式，是與金屬材料進行有效地復合，特別是用金屬材料對高強混凝土進行全 面約束的方式進行應用。
[0005]現有技術中，用于深井支護的方法主要有單、雙層鋼筋混凝土井壁，鋼板筒以及它 們之間的組合支護方法，例如鋼板-鋼筋混凝土復合結構。存在的問題主要有:
[0006]1、鋼筋混凝土井壁承載力低，在深立井支護中，隨著表土厚度的增加，地壓將隨 之增大，在井壁材料不變的情況下，井壁厚度勢必也將快速增大，從而不僅帶來鉆掘斷面 有效利用率過低和鉆井井壁漂浮下沉困難等問題，而且將導致工程造價飆升，鋼筋混凝土 井壁無法滿足深井支護特別是深厚表土層立井支護。[0007]2、鋼板筒承載カ高，一般使用在井壁內側，可以使井壁混凝土兩向受壓，已經成功應用于工程實踐中，但是其成本昂貴，施工也很復雜。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種成本低、支護能力強、易施工的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置。
[0009]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0010]本發明的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，包括相互間隔布置的多個鋼管混凝土支架與鋼筋混凝土預制管片，所述鋼筋混凝土預制管片與鋼管混凝土支架結合的部位設有與所述鋼管混凝土支架外壁相配合的弧面，所述鋼管混凝土支架的頂面設有注漿口和排氣孔。
[0011]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，包括相互間隔布置的多個鋼管混凝土支架與鋼筋混凝土預制管片，鋼筋混凝土預制管片與鋼管混凝土支架結合的部位設有與鋼管混凝土支架外壁相配合的弧面，鋼管混凝土支架的頂面設有注漿口和排氣孔，成本低、支護能力強、易施エ。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明實施例提供的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置的縱向剖面結構示意圖；
[0013]圖2為本發明實施例提供的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置的橫向剖面結構示意圖；
[0014]圖3為本發明實施例中鋼筋混凝土預制管片與鋼管混凝土支架連接的結構示意圖；
[0015]圖4為本發明實施例中鋼筋混凝土預制管片的結構示意圖。
[0016]圖中:1、套管，2、鋼筋混凝土預制管片，3、注漿ロ，4、高強混凝土，5、固定耳板，6、鋼管混凝土支架，7、排氣孔，8、錨桿眼。
【具體實施方式】
[0017]下面將對本發明實施例作進ー步地詳細描述。
[0018]本發明的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其較佳的【具體實施方式】是:
[0019]包括相互間隔布置的多個鋼管混凝土支架與鋼筋混凝土預制管片，所述鋼筋混凝土預制管片與鋼管混凝土支架結合的部位設有與所述鋼管混凝土支架外壁相配合的弧面，所述鋼管混凝土支架的頂面設有注漿口和排氣孔。
[0020]所述鋼管混凝土支架由2— 6節組合成圓形，管內充填高強混凝土，節間采用套管連接，套管兩端設有擋環。
[0021]所述鋼筋混凝土預制管片上預留錨桿眼，所述鋼管混凝土支架焊有固定耳板并通過錨桿錨固在所述預留錨桿眼中。[0022]每圈鋼筋混凝土預制管片由多節單節管片組合而成。
[0023]所述鋼筋混凝土預制管片與井壁之間注漿或者壁后鋪設隔水層。
[0024]所述隔水層包括浙青、聚酯塑料。
[0025]所述鋼管混凝土支架內充填膨脹混凝土。
[0026]所述注漿ロ與所述鋼管混凝土支架軸心圓面成45°夾角，所述排氣ロ布置在所述注漿ロ的對側。
[0027]本發明的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，采用高強鋼筋混凝土預制管片與鋼管混凝土支架層疊架設，采用壁后注漿(水玻璃、水泥漿等的混合液)和鋪設隔水層(浙青、聚酯塑料等)進行井筒的防滲水處理。
[0028]鋼管混凝土支架是在鋼管外殼內填裝混凝土組成的構件。其工作原理是:借助內填混凝土，增強管殼的穩定性；借助鋼管殼的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態，從而使夾心混凝土具有更高的抗壓強度和抗變形能力。
[0029]鋼管混凝土支架具有圓柱狀外形，是當前最科學、最合理的截面形狀，它不僅有慣性矩大的特點，而且無異向性，在礦井復雜的應カ環境下，不易扭曲變形。圓形外殼不易滯留水分和塵污，對于防銹蝕處理比較方便，鋼管混凝土本身就是“外鋼筋混凝土”。內鋼筋不能做的防腐蝕處理或補強處理，“外鋼筋”——鋼管管殼就完全可以做到，這是鋼筋混凝土構件無法比擬的。因而，鋼管混凝土經局部補強修復后還可以重復使用，在自重相近，承載相同的情況下，可節約鋼材30%以上。
[0030]本發明中的用于深厚表土層立井支護的鋼管混凝土支架一般由3?4節組成，管內充填高強混凝土，支架結構本身可承受較大塑性變形而不撓曲，上、下層鋼管混凝土支架之間采用預制的高強鋼筋混凝土管片設計連接，二者層疊架設。
[0031]具體實施例:
[0032]如圖1、圖2所示，井筒的結構:鋼管混凝土支架與鋼筋混凝土預制管片間隔層疊。鋼管混凝土支架由3— 4節組合成圓形，管內充填高強混凝土，節間采用套管連接，套管兩端設有擋環。與同重量的u型支架相比單架承載カ提高一倍以上，與鋼板筒相比預計節約鋼材50%左右。施工采用逐斷錨固噴砼，管片上預留錨桿眼，鋼管混凝土支架焊接錨桿固定耳板。
[0033]上、下層鋼管混凝土支架之間采用高強鋼筋混凝土預制管片連接。每圈與支架相契合的鋼筋混凝土預制管片由多節單節管片組合而成。
[0034]如圖3、圖4所示，鋼筋混凝土預制管片截面參數包括:高度H，外側壁厚BI，內側壁厚B2，鋼管混凝土支架配合的圓弧半徑R。
[0035]鋼管混凝土支架結構:注漿ロ與鋼管軸心圓面成45°夾角，排氣ロ布置在注漿ロ對側，排氣ロ與出漿ロ均干支架的頂端開ロ，利于氣體排出，錨固耳板用來逐段錨固時固定鋼管混凝土支架。支架各段間采用套管連接，支架各段間采用套管連接，方便快速，安全穩定。在現場支架架設之后，再注入支架鋼管內的混凝土，使得支架運輸、搬動和支護輕便，支護エ藝簡單，支護效率倍増。支架鋼管內的混凝土使用膨脹混凝土，使得支護工程中混凝土強度能夠充分發揮。采用壁后注漿或者壁后鋪設隔水層(浙青、聚酯塑料等)作為井筒防滲水處理。
[0036]本發明技術方案帶來的有益效果:[0037]1、鋼管混凝土支架相比現在的鋼板筒井筒支護方式，在保證支護能力的前提下， 可以大大降低支護成本。
[0038]2、鋼管混凝土支架用于井筒支護，與最常用的厚重的鋼筋混凝土井壁相比，成本 降低的同時，新型井壁支護能力大大超強，為深部煤炭資源的開采提供了技術前提保障。
[0039]3、鋼管混凝土支架之間的連接方式為高強預制管片，二者層疊架設，逐層錨固，隨 掘隨支，這樣的施工方法可以提高井筒施工速度，進一步保證了深井施工的安全穩定。
[0040]4、預制管片相比現澆鋼筋混凝土井壁不產生凝固水化熱，在凍結施工中不會導致 凍結壁解凍融化，而且抗壓強度高，砌筑后就能承壓。
[0041]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范 圍為準。
【權利要求】
1.一種煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其特征在于，包括相互間隔布置的多個鋼管混凝土支架與鋼筋混凝土預制管片，所述鋼筋混凝土預制管片與鋼管混凝土支架結合的部位設有與所述鋼管混凝土支架外壁相配合的弧面，所述鋼管混凝土支架的頂面設有注漿口和排氣孔。
2.根據權利要求1所述的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其特征在于，所述鋼管混凝土支架由2— 6節組合成圓形，管內充填高強混凝土，節間采用套管連接，套管兩端設有擋環。
3.根據權利要求2所述的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其特征在于，所述鋼筋混凝土預制管片上預留錨桿眼，所述鋼管混凝土支架焊有固定耳板并通過錨桿錨固在所述預留錨桿眼中。
4.根據權利要求3所述的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其特征在于，每圈鋼筋混凝土預制管片由多節單節管片組合而成。
5.根據權利要求1至4任一項所述的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其特征在于，所述鋼筋混凝土預制管片與井壁之間注漿或者壁后鋪設隔水層。
6.根據權利要求5所述的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其特征在于，所述隔水層包括浙青、聚酯塑料。
7.根據權利要求1至4任一項所述的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其特征在于，所述鋼管混凝土支架內充填膨脹混凝土。
8.根據權利要求1至4任一項所述的煤礦立井井筒鋼管混凝土支架與混凝土管片支護裝置，其特征在于，所述注漿ロ與所述鋼管混凝土支架軸心圓面成45°夾角，所述排氣ロ布置在所述注漿ロ的對側。
【文檔編號】E21D5/11GK103527201SQ201310481625
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月15日 優先權日:2013年10月15日
【發明者】高延法, 王軍, 何曉升 申請人:中國礦業大學(北京)