一种适用于立井井筒的钢管混凝土应力变形反馈支护结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种立井井筒支护结构，特别涉及一种适用于立井井筒的钢管混凝土应力变形反馈支护结构。
【背景技术】
[0002]立井井筒是整个煤矿安全生产的咽喉，随着煤炭资源开采深度的增加，煤矿立井井壁的深度也在不断增加，由于设计和施工工艺以及地层赋存条件等多方面的因素，立井井壁在基岩和表土交界面不可避免的出现破裂，而这些破裂位置往往会伴随着渗水现象，严重影响井壁结构和井筒内装备的使用寿命，当淋水量过大甚至会影响到整个矿井安全。
[0003]为了确保立井井壁的安全，目前常用的治理井壁破裂的工程措施有:(1)井圏背板加固，通过架设槽钢井圈来支护破裂井壁；(2)井筒内喷射高强混凝土来加固破裂井壁；
[3]地面注浆加固地层方案。方案(I)存在占用井筒提升时间长，对于已经破裂井壁进行井圈加固只能承受被动载荷支护的效果有限，且槽钢的锈蚀和占用空间大，影响了加固的效果。方案(2)工程量大、工期长，为了达到加固的强度，喷射混凝土的厚度占用井筒的空间，影响安全提升。方案(3)工程量大、工期长、造价高，对于已经严重破裂的井壁注浆对于井壁结构的安全同样是重要的安全隐患。
[0004]综上所示，现场迫切需要一种既能达到支护效果同时又能尽量少占用井筒空间的方法，这正是本发明的主要目的。
【发明内容】
[0005]发明目的:正对上述现有技术，提出一种适用于立井井筒的钢管混凝土应力变形反馈支护结构，既能达到支护效果同时又能尽量少占用井筒空间。
[0006]技术方案:一种适用于立井井筒的钢管混凝土应力变形反馈支护结构，包括若干道沿井筒圆周设置的钢管混凝土支护结构；所述每道钢管混凝土支护结构为由若干段圆弧形钢管连接构成的圆环状结构，该圆环状结构的外直径与井筒的内径相等；每段圆弧形钢管内均填充膨胀性混凝土，钢管径向膨胀量为I?5%。
[0007]进一步的，还包括应力监测传感器系统和数据采集分析装置；所述应力监测传感器系统包括设置在每个相邻圆弧形钢管连接处的混凝土压力传感器，所述混凝土压力传感器均连接数据采集分析装置。
[0008]进一步的，还包括激光变形监测传感器系统；所述激光变形监测传感器系统包括沿所述钢管混凝土支护结构的内侧均匀间隔排布的一个激光发射器和若干个激光接收器，所述一个激光发射器和若干个激光接收器均连接数据采集分析装置。
[0009]进一步的，每段圆弧形钢管的下方均匀间隔设置2?3个楔入立井井筒壁的钢楔支撑件，同时上下相邻两道钢管混凝土支护结构之间采用竖向结构相连。
[0010]进一步的，所述每段圆弧形钢管与井壁之间还安装有槽钢。
[0011]进一步的，在所述钢管混凝土支护结构和井壁之间挂有金属网，所述金属网上喷射有尚强混凝土。
[0012]进一步的，每段圆弧形钢管的上方设有混凝土浇灌振捣口。
[0013]进一步的，所述每段圆弧形钢管内填充的膨胀性混凝土为细粒混凝土。
[0014]进一步的，所述钢管混凝土支护结构包括4?8段圆弧形钢管，所述每段圆弧形钢管的钢管直径为100?200mm，钢管壁厚为5?1mm0
[0015]进一步的，相邻的两段圆弧形钢管之间通过金属波纹管或法兰连接。
[0016]有益效果:本发明的一种适用于立井井筒的钢管混凝土应力变形反馈支护结构，包括沿井筒圆周设置的若干道钢管混凝土支护结构，每道钢管混凝土支护结构为由若干段圆弧形钢管连接构成的圆环状结构，圆环状结构的外直径与井筒的内径相等，在每段圆弧形钢管内均填充膨胀性混凝土，使得钢管径向膨胀量为I?5%。即通过钢管和膨胀性混凝土组合的支护体系实现径向可控变形，通过钢管的变形对加固段井壁施加一定的约束力，改变井壁的二维受力状态为三维受力状态，提高加固段井壁自身的承载能力。相对于现有技术来说，其结构占用立井空间小于槽钢的空间，且通过控制钢管径向的膨胀量，起到对井壁的主动支撑效果。
[0017]在每段钢管的端部设置压力传感器，通过混凝土的膨胀使得压力传感器接触并承受一定压力，通过实时的压力数据监测，监控支护体系的受力状态，起到预警作用。通过激光变形监测传感器系统监测井筒的变形，也起到预警作用，有效地保证井壁的安全使用。
[0018]依据井壁的破坏程度确定，在每段圆弧形钢管下方设置钢楔支撑件，且上下相邻两道钢管混凝土支护结构之间采用竖向结构相连，进一步增加支护体系的整体刚度。
[0019]如果井壁已经严重破碎，还可以在圆弧形钢管后安装槽钢来增加支护面积，同时在钢管混凝支护体系和井壁之间挂金属网，待支护体系完成后喷射高强混凝土，从而进一步增加支护体系的整体刚度。
【附图说明】
[0020]图1为本发明钢管混凝土支护结构的示意图；
[0021]图2为钢管混凝土支护结构位置A的局部放大图；
[0022]图3为激光变形监测传感器系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0024]如图1所示，一种适用于立井井筒的钢管混凝土应力变形反馈支护结构，包括沿井筒圆周设置的若干道钢管混凝土支护结构，根据立井井筒的直径，每道钢管混凝土支护结构为由4?8段圆弧形钢管2连接构成的圆环状结构，该圆环状结构的外直径与井筒I的内径相等。每段圆弧形钢管的钢管直径为100?200mm，钢管壁厚为5?10mm，该圆弧形钢管可以事先由圆形钢管按一定弧度加工而成。在安装钢管之前，预先在圆弧形钢管两端端部安装一个可以自由移动的混凝土压力传感器5，然后再井下将各段圆弧形钢管连接起来，相邻的两段圆弧形钢管之间通过焊接金属波纹管6连接，此时每个混凝土压力传感器5位于钢管内相邻圆弧形钢管连接处；如果不具备井下焊接条件可以采用端部焊接法兰和高强螺栓连接的方式。根据立井的实际情况，选择对立井的多个位置设置本发明的混凝土支护结构，提高整个立井井筒的刚度。
[0025]在安装好的圆环状结构上，每段圆弧形钢管的上方设有混凝土浇灌振捣口 3，通过该混凝土浇灌振捣口 3向钢管内部灌入膨胀性混凝土，膨胀性混凝土使得钢管发生径向膨胀，对立井井筒壁施加预压力，预压力能够改变井壁的受力状态，提高支护体系的支护性能。为了确保膨胀性混凝土的浇筑效果，采用细粒混凝土，先通过实验和