煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，包括相互间隔布置的多个钢管混凝土支架与钢筋混凝土预制管片，钢管混凝土支架的顶面设有注浆口和排气孔。钢管混凝土支架由3—4节组合成圆形，管内充填高强混凝土。筋混凝土预制管片上预留锚杆眼，钢管混凝土支架焊有固定耳板并通过锚杆锚固在预留锚杆眼中。每圈钢筋混凝土预制管片由多节单节管片组合而成。钢筋混凝土预制管片与井壁之间注浆或者壁后铺设隔水层。钢管混凝土支架内充填膨胀混凝土。成本低、支护能力强、易施工。
【专利说明】煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿立井井筒支护技术，尤其涉及一种煤矿立井井筒钢管混凝土 支架与混凝土管片支护装置。
【背景技术】
[0002]煤炭是目前乃至今后一段时间内的主要一次性能源，随着煤炭的开采，浅部资源 渐趋枯竭，今后煤炭开发均为深部资源，煤矿立井井筒穿过的第三系和第四系表土层厚达 500?800m，如正在建设的安徽板集矿井表土层厚达580m，山东巨野煤田万福矿井表土层 更是厚达750m。今后，还将要开发表土覆盖层更为深厚的煤炭资源。随着矿井建设中井筒 穿过的表土层增厚，井壁承受的地压也将越来越大，因而提高井壁的承载能力就成为一个 突出的问题。
[0003]目前，立井施工方法主要为冻结法和钻井法，冻结法大约占80%，冻结井壁一般为 双层混凝土结构，表土深部施工条件复杂地段通常在内、外壁间增设塑料夹层，钻井井壁 为钢筋混凝土结构或钢板-钢筋混凝土复合结构。随着表土厚度的增加，地压将随之增 大，在井壁材料不变的情况下，井壁厚度势必也将快速增大，从而不仅带来钻掘断面有效 利用率过低和钻井井壁漂浮下沉困难等问题，而且将导致工程造价飙升。大量的研究、试 验和工程实践表明，要保证深表土井壁具有合理的厚度，必须提高井壁材料的强度。解决 办法可以从两方面考虑:一是增加井壁含钢量，采用钢骨混凝土、钢纤维混凝土、钢板混凝 土、铸钢(铸铁)混凝土井壁；二是采用高强混凝土井壁。
[0004]在如此深厚的表土层中建井，当采用冻结法凿井时，为抵御强大的冻结压力和水 土压力作用，就必须采用超高强冻结井壁结构。冻结井壁主要采用现浇钢筋混凝土结构，其 最大支护表土层深度为585m,井壁最大总厚度为2.45m,混凝土最高强度等级为C75。理论 分析和试验研究结果表明，为了提高建井速度和降低工程造价，易于冻结孔布置和冻结壁 稳定，井壁设计不宜过厚。因此，超高强井壁结构的一个有效技术途径就是尽可能地提高井 壁中的混凝土强度等级，使用高强混凝土。但现有研究成果表明，高强混凝土在受压时其破 坏特征表现为高度脆性，且随着强度等级的提高，其脆性也相应增大，破坏时呈无先兆的突 然式破坏，工程结构物的可靠性降低。而且，这种高脆性从高强混凝土本身是不能克服的， 因为混凝土的集料抑或水泥石，在微观结构键型上均为共价键所主导，所以高强混凝土最 适宜的应用方式，是与金属材料进行有效地复合，特别是用金属材料对高强混凝土进行全 面约束的方式进行应用。
[0005]现有技术中，用于深井支护的方法主要有单、双层钢筋混凝土井壁，钢板筒以及它 们之间的组合支护方法，例如钢板-钢筋混凝土复合结构。存在的问题主要有:
[0006]1、钢筋混凝土井壁承载力低，在深立井支护中，随着表土厚度的增加，地压将随 之增大，在井壁材料不变的情况下，井壁厚度势必也将快速增大，从而不仅带来钻掘断面 有效利用率过低和钻井井壁漂浮下沉困难等问题，而且将导致工程造价飙升，钢筋混凝土 井壁无法满足深井支护特别是深厚表土层立井支护。[0007]2、钢板筒承载カ高，一般使用在井壁内侧，可以使井壁混凝土两向受压，已经成功应用于工程实践中，但是其成本昂贵，施工也很复杂。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种成本低、支护能力强、易施工的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0010]本发明的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，包括相互间隔布置的多个钢管混凝土支架与钢筋混凝土预制管片，所述钢筋混凝土预制管片与钢管混凝土支架结合的部位设有与所述钢管混凝土支架外壁相配合的弧面，所述钢管混凝土支架的顶面设有注浆口和排气孔。
[0011]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，包括相互间隔布置的多个钢管混凝土支架与钢筋混凝土预制管片，钢筋混凝土预制管片与钢管混凝土支架结合的部位设有与钢管混凝土支架外壁相配合的弧面，钢管混凝土支架的顶面设有注浆口和排气孔，成本低、支护能力强、易施エ。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例提供的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置的纵向剖面结构示意图；
[0013]图2为本发明实施例提供的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置的横向剖面结构示意图；
[0014]图3为本发明实施例中钢筋混凝土预制管片与钢管混凝土支架连接的结构示意图；
[0015]图4为本发明实施例中钢筋混凝土预制管片的结构示意图。
[0016]图中:1、套管，2、钢筋混凝土预制管片，3、注浆ロ，4、高强混凝土，5、固定耳板，6、钢管混凝土支架，7、排气孔，8、锚杆眼。
【具体实施方式】
[0017]下面将对本发明实施例作进ー步地详细描述。
[0018]本发明的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，其较佳的【具体实施方式】是:
[0019]包括相互间隔布置的多个钢管混凝土支架与钢筋混凝土预制管片，所述钢筋混凝土预制管片与钢管混凝土支架结合的部位设有与所述钢管混凝土支架外壁相配合的弧面，所述钢管混凝土支架的顶面设有注浆口和排气孔。
[0020]所述钢管混凝土支架由2— 6节组合成圆形，管内充填高强混凝土，节间采用套管连接，套管两端设有挡环。
[0021]所述钢筋混凝土预制管片上预留锚杆眼，所述钢管混凝土支架焊有固定耳板并通过锚杆锚固在所述预留锚杆眼中。[0022]每圈钢筋混凝土预制管片由多节单节管片组合而成。
[0023]所述钢筋混凝土预制管片与井壁之间注浆或者壁后铺设隔水层。
[0024]所述隔水层包括浙青、聚酯塑料。
[0025]所述钢管混凝土支架内充填膨胀混凝土。
[0026]所述注浆ロ与所述钢管混凝土支架轴心圆面成45°夹角，所述排气ロ布置在所述注浆ロ的对侧。
[0027]本发明的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，采用高强钢筋混凝土预制管片与钢管混凝土支架层叠架设，采用壁后注浆(水玻璃、水泥浆等的混合液)和铺设隔水层(浙青、聚酯塑料等)进行井筒的防渗水处理。
[0028]钢管混凝土支架是在钢管外壳内填装混凝土组成的构件。其工作原理是:借助内填混凝土，增强管壳的稳定性；借助钢管壳的约束作用使混凝土处于三向受压状态，从而使夹心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力。
[0029]钢管混凝土支架具有圆柱状外形，是当前最科学、最合理的截面形状，它不仅有惯性矩大的特点，而且无异向性，在矿井复杂的应カ环境下，不易扭曲变形。圆形外壳不易滞留水分和尘污，对于防锈蚀处理比较方便，钢管混凝土本身就是“外钢筋混凝土”。内钢筋不能做的防腐蚀处理或补强处理，“外钢筋”——钢管管壳就完全可以做到，这是钢筋混凝土构件无法比拟的。因而，钢管混凝土经局部补强修复后还可以重复使用，在自重相近，承载相同的情况下，可节约钢材30%以上。
[0030]本发明中的用于深厚表土层立井支护的钢管混凝土支架一般由3?4节组成，管内充填高强混凝土，支架结构本身可承受较大塑性变形而不挠曲，上、下层钢管混凝土支架之间采用预制的高强钢筋混凝土管片设计连接，二者层叠架设。
[0031]具体实施例:
[0032]如图1、图2所示，井筒的结构:钢管混凝土支架与钢筋混凝土预制管片间隔层叠。钢管混凝土支架由3— 4节组合成圆形，管内充填高强混凝土，节间采用套管连接，套管两端设有挡环。与同重量的u型支架相比单架承载カ提高一倍以上，与钢板筒相比预计节约钢材50%左右。施工采用逐断锚固喷砼，管片上预留锚杆眼，钢管混凝土支架焊接锚杆固定耳板。
[0033]上、下层钢管混凝土支架之间采用高强钢筋混凝土预制管片连接。每圈与支架相契合的钢筋混凝土预制管片由多节单节管片组合而成。
[0034]如图3、图4所示，钢筋混凝土预制管片截面參数包括:高度H，外侧壁厚BI，内侧壁厚B2，钢管混凝土支架配合的圆弧半径R。
[0035]钢管混凝土支架结构:注浆ロ与钢管轴心圆面成45°夹角，排气ロ布置在注浆ロ对侧，排气ロ与出浆ロ均干支架的顶端开ロ，利于气体排出，锚固耳板用来逐段锚固时固定钢管混凝土支架。支架各段间采用套管连接，支架各段间采用套管连接，方便快速，安全稳定。在现场支架架设之后，再注入支架钢管内的混凝土，使得支架运输、搬动和支护轻便，支护エ艺简单，支护效率倍増。支架钢管内的混凝土使用膨胀混凝土，使得支护工程中混凝土強度能够充分发挥。采用壁后注浆或者壁后铺设隔水层(浙青、聚酯塑料等)作为井筒防渗水处理。
[0036]本发明技术方案带来的有益效果:[0037]1、钢管混凝土支架相比现在的钢板筒井筒支护方式，在保证支护能力的前提下， 可以大大降低支护成本。
[0038]2、钢管混凝土支架用于井筒支护，与最常用的厚重的钢筋混凝土井壁相比，成本 降低的同时，新型井壁支护能力大大超强，为深部煤炭资源的开采提供了技术前提保障。
[0039]3、钢管混凝土支架之间的连接方式为高强预制管片，二者层叠架设，逐层锚固，随 掘随支，这样的施工方法可以提高井筒施工速度，进一步保证了深井施工的安全稳定。
[0040]4、预制管片相比现浇钢筋混凝土井壁不产生凝固水化热，在冻结施工中不会导致 冻结壁解冻融化，而且抗压强度高，砌筑后就能承压。
[0041]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
【权利要求】
1.一种煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，其特征在于，包括相互间隔布置的多个钢管混凝土支架与钢筋混凝土预制管片，所述钢筋混凝土预制管片与钢管混凝土支架结合的部位设有与所述钢管混凝土支架外壁相配合的弧面，所述钢管混凝土支架的顶面设有注浆口和排气孔。
2.根据权利要求1所述的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，其特征在于，所述钢管混凝土支架由2— 6节组合成圆形，管内充填高强混凝土，节间采用套管连接，套管两端设有挡环。
3.根据权利要求2所述的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，其特征在于，所述钢筋混凝土预制管片上预留锚杆眼，所述钢管混凝土支架焊有固定耳板并通过锚杆锚固在所述预留锚杆眼中。
4.根据权利要求3所述的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，其特征在于，每圈钢筋混凝土预制管片由多节单节管片组合而成。
5.根据权利要求1至4任一项所述的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，其特征在于，所述钢筋混凝土预制管片与井壁之间注浆或者壁后铺设隔水层。
6.根据权利要求5所述的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，其特征在于，所述隔水层包括浙青、聚酯塑料。
7.根据权利要求1至4任一项所述的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，其特征在于，所述钢管混凝土支架内充填膨胀混凝土。
8.根据权利要求1至4任一项所述的煤矿立井井筒钢管混凝土支架与混凝土管片支护装置，其特征在于，所述注浆ロ与所述钢管混凝土支架轴心圆面成45°夹角，所述排气ロ布置在所述注浆ロ的对侧。
【文档编号】E21D5/11GK103527201SQ201310481625
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】高延法, 王军, 何晓升 申请人:中国矿业大学(北京)