基于智能监测的地下高压储气库加固装置及其应用方法与流程

本发明涉及能源地下储存技术领域，具体涉及一种基于智能监测的地下高压储气库加固装置及其应用方法。

背景技术：

地下储气库是用于储存天然气的地质构造和配套设施，主要功能是用气调峰和安全供气、战略储备、提高管线利用系数节省投资、降低输气成本等。城市燃气市场需求随季节和昼夜波动较大，仅依靠输气管网系统均衡输气对流量小范围调节，难以解决用气大幅度波动的矛盾。采用地下储气库将用气低峰时输气系统中富余的气量储存起来，在用气高峰时采出以补充管道供气量不足，解决用气调峰问题。当出现气源中断、输气系统停输时，可用地下储气库作为气源保证连续供气，起到调峰和安全供气双重作用。按建设储气库的不同地质构造通常分为枯竭油气藏储气库、含水层储气库、盐穴储气库和废弃矿穴储气库等4类。

通常来讲，地下洞库的支护设计只考虑围岩对储气库向内侧的压力。储气库的衬砌类似于鸡蛋壳结构，考虑围岩对储气库向内侧的压力时，具有良好的承载性能。然而，由于高压储气库中气体处于压缩状态，储气库的墙壁会受到较大的向外扩张的压力，这个压力是在以往的研究中未考虑的问题。如果气体压力过大，地下储气库墙壁会产生较大拉应力，处于极其不利的受力状态，而且混凝土结构通常承受拉力的能力较小，从而会导致储气库墙壁产生裂缝等严重问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于智能监测的地下高压储气库加固装置及其应用方法，该装置有利于改善高压储气库的受力状态，减小高压储气库的变形，避免高压储气库的受拉破坏。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于智能监测的地下高压储气库加固装置，包括双头锚固索、拉力施加装置、拉力监测单元、应变测量单元和监测控制系统，所述双头锚固索穿设于高压储气库中，且其两端贯穿高压储气库衬砌壁并埋入其外侧的围岩中，所述双头锚固索两端经粘结材料与高压储气库衬砌壁以及围岩固定连接，所述拉力施加装置设于双头锚固索一端，并固定在高压储气库衬砌壁上，以给双头锚固索施加拉力，并调控双头锚固索拉力的大小，所述拉力监测单元设于双头锚固索上，以监测双头锚固索所受拉力的大小，所述应变测量单元粘贴在高压储气库衬砌壁上，以监测高压储气库衬砌壁的变形，所述监测控制系统包括现场监控装置和计算机，所述现场监控装置的输入端分别与拉力监测单元及应变测量单元电性连接，输出端与拉力施加装置电性连接，以采集、处理、存储双头锚固索所受拉力数据和高压储气库衬砌壁的变形数据，并传输给计算机，以及接收计算机的命令，调控双头锚固索拉力的大小。

进一步地，包括多个双头锚固索，当双头锚固索沿水平方向设置时，各双头锚固索从上到下水平间隔均布，且各双头锚固索错开一定角度；当双头锚固索沿竖向设置时，各双头锚固索沿高压储气库周向间隔均布。

进一步地，对于所受围岩水平压力小于竖向压力的高压储气库，高压储气库衬砌壁主要存在水平方向变形风险，所述双头锚固索沿水平方向设置。

进一步地，对于所受围岩水平压力大于竖向压力的高压储气库，高压储气库衬砌壁主要存在竖向变形风险，所述双头锚固索沿竖向设置。

进一步地，所述双头锚固索为钢筋或钢绞线，当双头锚固索为钢筋时，所述钢筋分为多段，各段之间采用螺纹连接或安装后焊接。

进一步地，所述拉力施加装置为液压油泵或电动机。

进一步地，包括多个应变测量单元，各应变测量单元粘贴在高压储气库衬砌壁的不同位置上，以监测高压储气库衬砌壁不同位置的变形。

进一步地，所述现场监控装置分别通过导线与拉力监测单元、应变测量单元电性连接，并与计算机通信，所述计算机根据现场监控装置发来的高压储气库衬砌壁的变形数据，计算出双头锚固索需要施加的拉力，据此向现场监控装置发出命令，通过现场监控装置控制拉力施加装置，调控双头锚固索的拉力，再通过拉力监测单元监测双头锚固索的拉力是否达到设定值，所述拉力始终小于双头锚固索的最大承载力。

本发明还提供了一种基于智能监测的地下高压储气库加固装置的应用方法，包括以下步骤：

（1）在高压储气库衬砌壁需要加固的位置开孔，开孔穿过高压储气库衬砌壁并深入其外侧的围岩中；

（2）在开孔位置安装固定双头锚固索，并安装好拉力施加装置和拉力监测单元；在高压储气库衬砌壁上粘贴好应变测量单元；

（3）将拉力施加装置、拉力监测单元、应变测量单元分别与监测控制系统的现场监控装置连接好；

（4）向高压储气库内输入气体、液体或气液混合物，监测控制系统通过应变测量单元实时监测高压储气库衬砌壁的变形，当高压储气库衬砌壁的变形大于允许值时，控制拉力施加装置调控双头锚固索的拉力，直至高压储气库衬砌壁的变形回到允许值之内或拉力达到双头锚固索的最大承载力。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：针对高压储气库的受力特性和应用特性，提出了一种基于双头锚固索的地下高压储气库新型加固结构，通过对高压储气库衬砌壁的变形的监测，调控双头锚固索的拉力，从而改善高压储气库的受力状态，减小高压储气库的变形，避免了高压储气库的受拉破坏，提高了高压储气库的可靠性和使用寿命，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的正向结构示意图。

图2是本发明实施例的俯视结构示意图。

图3是本发明实施例的控制原理图。

图4是本发明实施例中拉力施加装置的结构示意图。

图中，1-1、双头锚固索，1-2、粘结材料，2、拉力施加装置，2-1、液压油泵的缸体，2-2、液压油泵的活塞，2-3、液压油出入口a，2-4、液压油出入口b，3、拉力监测单元，4、应变测量单元，5、高压储气库衬砌壁。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种基于智能监测的地下高压储气库加固装置，如图1、2所示，包括双头锚固索1-1、拉力施加装置2、拉力监测单元3、应变测量单元4和监测控制系统。所述双头锚固索1-1穿设于高压储气库中，且其两端贯穿高压储气库衬砌壁5并埋入其外侧的围岩中，所述双头锚固索1-1两端经水泥砂浆或树脂等粘结材料与高压储气库衬砌壁5以及围岩固定连接，所述拉力施加装置2设于双头锚固索1-1一端，并固定在高压储气库衬砌壁5上，以给双头锚固索施加拉力，并调控双头锚固索拉力的大小，所述拉力监测单元3设于双头锚固索1-1上，以监测双头锚固索所受拉力的大小，所述应变测量单元4粘贴在高压储气库衬砌壁5上，以监测高压储气库衬砌壁的变形。所述监测控制系统包括现场监控装置和计算机，所述现场监控装置的输入端分别与拉力监测单元及应变测量单元电性连接，输出端与拉力施加装置电性连接，以采集、处理、存储双头锚固索所受拉力数据和高压储气库衬砌壁的变形数据，并传输给计算机，以及接收计算机的命令，调控双头锚固索拉力的大小。其控制原理如图3所示。

双头锚固索提供的拉力可以有效控制高压储气库衬砌壁膨胀，并将受到的拉力分散到围岩中，可以防止储气库衬砌壁局部受拉破坏。由于储气库存储的是液态或气态物质，因此贯穿储气库的双头锚固索不会对储气量等造成实质性影响。本发明的加固结构是针对高压储气库的受力特性和应用特性专门设计的。当储气库内输入气体、液体或气液混合物时，储气库内部压力逐渐升高，压迫储气库向外侧产生微膨胀，从而在衬砌壁产生拉力，进而引发拉裂纹。本发明通过预埋在储气库衬砌壁和围岩中的双头锚固索提供补偿压力，防止压力作用下储气库衬砌壁和围岩破坏引起的高压气体泄漏。

在本实施例中，该装置包括多个双头锚固索，当双头锚固索沿水平方向设置时，各双头锚固索从上到下水平间隔均布，且各双头锚固索错开一定角度；当双头锚固索沿竖向设置时，各双头锚固索沿高压储气库周向间隔均布。对于所受围岩水平压力小于竖向压力的高压储气库，高压储气库衬砌壁主要存在水平方向变形风险，所述双头锚固索沿水平方向设置。对于所受围岩水平压力大于竖向压力的高压储气库，高压储气库衬砌壁主要存在竖向变形风险，所述双头锚固索沿竖向设置。

所述双头锚固索为钢筋或钢绞线。当双头锚固索为钢筋时，所述钢筋分为多段，各段之间采用螺纹连接或安装后焊接。

在本实施例中，所述拉力监测单元3为拉力传感器。所述拉力监测单元与双头锚固索的连接方式为：所述双头锚固索在连接拉力监测单元的位置分为两段，将两段端头分别与拉力监测单元的两个受拉端连接，以将拉力监测单元连接于双头锚固索上。具体连接方式可以为螺纹连接、焊接、绳扣连接等。

拉力施加装置通过小型锚栓固定在衬砌壁上，由于它施加的拉力主要沿双头锚固索传播，因此，它与衬砌壁的连接基本不会损坏衬砌壁。所述拉力施加装置与双头锚固索的连接方式为：所述双头锚固索在连接拉力施加装置的位置分为两段，将两个端头分别与拉力施加装置的两个受拉端相连。具体连接方式可以为螺纹连接、焊接、绳扣连接等。所述拉力施加装置2可以为液压油泵或电动机。在本实施例中，拉力施加装置为液压油缸，其实现方式如图4所示，通过向液压油泵的缸体2-1上的两个液压油出入口2-3和2-4注入或释放液压油，控制液压油泵活塞2-2的行程，从而调节拉力。对于拉力施加装置为电动机的实现方式，是通过调节电动机的转动角度来调控拉力。

该装置包括多个应变测量单元4，各应变测量单元4粘贴在高压储气库衬砌壁5的不同位置上，以监测高压储气库衬砌壁不同位置的变形。在本实施例中，所述应变测量单元4为应变传感器。

所述现场监控装置分别通过导线与拉力监测单元、应变测量单元电性连接，并与计算机通信。所述计算机根据现场监控装置发来的高压储气库衬砌壁的变形数据，计算出双头锚固索需要施加的拉力，据此向现场监控装置发出命令，通过现场监控装置控制拉力施加装置，调控双头锚固索的拉力，再通过拉力监测单元监测双头锚固索的拉力是否达到设定值，所述拉力始终小于双头锚固索的最大承载力。在本实施例中，监控装置和计算机在一起，拉力监测单元、应变测量单元的导线通过一个地质钻孔引出，与设于高压储气库外的监控装置相连。

本发明还提供了上述地下高压储气库加固装置的应用方法，包括以下步骤：

（1）在高压储气库衬砌壁需要加固的位置开孔，开孔穿过高压储气库衬砌壁并深入其外侧的围岩中；

（2）在开孔位置安装固定双头锚固索，并安装好拉力施加装置和拉力监测单元；在高压储气库衬砌壁上粘贴好应变测量单元；

（3）将拉力施加装置、拉力监测单元、应变测量单元分别与监测控制系统的现场监控装置连接好；

（4）向高压储气库内输入气体、液体或气液混合物，监测控制系统通过应变测量单元实时监测高压储气库衬砌壁的变形，当高压储气库衬砌壁的变形大于允许值时，控制拉力施加装置调控双头锚固索的拉力，直至高压储气库衬砌壁的变形回到允许值之内或拉力达到双头锚固索的最大承载力。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。