专利名称：一种斜井井壁压力测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及矿井支护工程技术领域，具体涉及一种斜井井壁压力测量装置及方法。
背景技术：
在矿井支护工程中开凿斜井井壁时需要对土体进行临时支护，冻结法是在含水土体设置冻结管，冻结管内设置循环冷媒剂，以带走土体中热量从而形成强度高、密封性好的冻土，起到承受荷载和密封防水的作用，冻土壁适应性强、安全可靠、无污染，经常作为斜井井壁工程中的临时支护方法。由于冻结时土中所含的自由水、毛细水及一部分弱结合水随温度降低相继相变成 冰，生成许多冰晶体、冰夹层、透镜体等冰侵入物，从而引起土颗粒的相对位移，使得土体体积膨胀，即所谓“冻胀”现象。冰冻土融化时，融化后的土体由于冰变成水体积减小产生融化性沉降，同时由于在融化区域发生排水固结，引起土层的压密沉降，即所谓“融沉”现象。土体的冻胀和融沉会使斜井井壁上受到一定的压力，易造成斜井井壁破裂，为了对冻土的冻胀融沉规律进行研究，同时保护斜井井壁，需要在冻结及解冻过程中对冻土体施加在斜井井壁上的压力进行监测。目前，常采用土体压力盒实现井壁压力的测量，但土体压力盒需要固定在一定的位置，才能保证测量结果准确，但在土体中，难以让土体压力盒保持在恒定位置。常见的土体压力盒有一信号引出线，用于将压力盒的信号导出，但在斜井井壁施工过程中，常采用滑模的方式来施工二衬结构中的上部拱体及左右井壁，要得到土体压力盒测得的土体对斜井井壁的压力，需要将信号引出线引至井壁内部，在斜井井壁采用滑模的方式施工二衬结构时，信号引出线难以穿过斜井井壁，即使采用井壁上开孔等方式，也很容易造成井壁漏水，带来严重的安全隐患。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种斜井井壁压力测量装置及方法，牢固固定土体压力盒，避免了施工过程中的滑模等步骤破坏土体压力盒的信号引出线，能有效避免井壁外的水沿着PVC管等管路渗入井壁内部，使测量结果准确。为实现上述目的，本发明提供一种斜井井壁压力测量装置，包括压力盒支架、土体压力盒、软管、PVC管和信号引出管，压力盒支架内设置有土体压力盒，土体压力盒和土体紧密接触，压力盒支架通过软管连接PVC管，PVC管连接信号引出管，各土体压力盒的信号引出线穿过软管及PVC管并从信号引出管内导出。所述的信号引出管由管体、阻水钢板及支架组成，在管体的外部设置有一到三圈阻水钢板，管体的下部设置有支架，管体上部的内侧设置有螺纹。所述的土体压力盒采用TJ-23型振弦式土体压力盒。所述的软管与PVC管连接处通过铁丝将软管绑紧固定。
所述的软管与压力盒支架连接处通过铁丝将软管绑紧固定。一种斜井井壁压力测量方法，应用上述斜井井壁压力测量装置，包括以下步骤
a.当井筒开挖时，将初衬结构中的型钢运输到工作面并组装完毕后，在井壁上部及侧
部
的压力测点安装压力盒支架，压力盒支架内设置土体压力盒，土体压力盒与土体紧密接触，土体压力盒的信号引出线从压力盒支架内引出，压力盒支架通过绑扎或焊接的方式固定在初衬结构中的型钢上；
b.根据井壁形状加工与其配合的PVC管，将井壁上部及侧部的PVC管绑扎在初衬结构上，PVC管一端通过软管连接至压力盒支架，另一端引至井壁侧壁下部作为连接端；土体压力盒的信号引出线穿过软管及PVC管，软管与PVC管连接处通过铁丝将软管绑紧固定，软管·与土体压力盒支架连接处通过铁丝将软管绑紧固定；
C.井壁下部砂浆片石层填充片石后，未灌注砂浆前，将井壁下部压力测点附近的片石清理干净，在井壁下部压力测点安装压力盒支架，压力盒支架内设置土体压力盒，土体压力盒与土体紧密接触，土体压力盒的信号引出线从压力盒支架内引出，再将片石填回压力测点附近；
d.在井壁底部砂浆片石层施工完毕，混凝土层中的钢筋绑扎完毕后，采用一段PVC管 连接井壁下部的压力盒支架上固定的软管，且将该段PVC管端部通过L形接头与井壁
上部及侧部的PVC管连接，井壁下部设置有信号引出管，信号引出管距井壁侧部的距离大于滑模的厚度与滑模拆模时的缩模量之和，井壁底部的PVC管连接信号引出管，土体压力盒的信号引出线穿过软管及PVC管，软管与PVC管连接处通过铁丝将软管绑紧固定，软管与压力盒支架连接处通过铁丝将软管绑紧固定，；
e.将井壁上部、侧部、底部设置的土体压力盒的信号引出线从信号引出管内穿出，分别编号，并记录各组土体压力盒所测的土体压力的初始值；
f.浇筑斜井井壁底板混凝土；
g.在信号引出管管体内充填防水材料，若信号引出管内仍有水涌出，用相应的丝堵配
合
生胶带通过信号引出管管体内侧设置的螺纹将信号引出管封堵；
h.根据需要，记录土体压力盒所测土体压力值。所述的土体压力盒采用为TJ-23型振弦式土体压力盒。所述的井壁上部、侧部及底部的压力盒支架、软管和PVC管距离二衬结构内壁的距离均不小于30cm。所述信号引出管管体外部设置的最上部的阻水钢板距设计的井壁底板混凝土表面高度的距离为30cm。所述管体内填充的防水材料为水泥砂浆-水玻璃混合物。本发明的有益效果根据对上述方案的叙述可知所述斜井井壁压力测量装置及方法，适用于斜井井壁的土体压力测量，操作和布设方便，能牢固固定土体压力盒，避免了施工过程中的滑模等步骤破坏土体压力盒的信号引出线，有效避免井壁外的水沿着PVC管等管路渗入井壁内部，测量结果更加准确，实现了在井壁内部准确测量井壁外的土体压力。
图I为本发明斜井井壁压力测量方法的布局示意 图2为信号引出管的结构示意 图中标记1、压力盒支架；2、土体压力盒；3、软管；4、PVC管；5、信号引出管；51、管体；52、螺纹；53、阻水钢板；54、支架；6、初衬结构；7、二衬结构。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
如附图所示，某煤矿主井副井均采用斜井，由于主井和副井位于含水地层，采用人工地层冻结法作为土体临时加固方法。由于土体的冻胀和融沉会使斜井井壁上受到一定的压 力，易造成斜井井壁破裂，为了对冻土的冻胀融沉规律进行研究，同时保护斜井井壁，需要在井壁上安置土体压力盒测量土体压力。本发明提供的斜井井壁压力测量装置，包括压力盒支架I、土体压力盒2、软管3、PVC管4和信号引出管5，压力盒支架I内固定有土体压力盒2，土体压力盒2与土体紧密接触，压力盒支架I通过软管3连接PVC管4，PVC管4连接信号引出管5，各土体压力盒2的信号引出线穿过软管3及PVC管4，从信号引出管5内导出。所述的信号引出管5由管体51、阻水钢板53及支架54组成，在管体51的外部设置有一到三圈阻水钢板53，管体51的下部设置有支架54，管体51上部的内侧设置有螺纹52。所述的土体压力盒2为TJ-23型振弦式土体压力盒。所述软管3与PVC管4连接处通过铁丝将软管3绑紧固定。所述软管3与压力盒支架I连接处通过铁丝将软管3绑紧固定。利用本发明的测量装置及方法进行井壁压力测量，包括以下步骤
a.当井筒开挖时，初衬结构6中的型钢运输到工作面并组装完毕后，在井壁上部及侧部的压力测点安装压力盒支架1，压力盒支架I内设置土体压力盒2，土体压力盒2与土体紧密接触，土体压力盒2的信号引出线从压力盒支架I内引出，压力盒支架I通过绑扎或焊接的方式固定在初衬结构6中的型钢上；
b.根据井壁形状加工与其配合的PVC管4，将井壁上部及侧部的PVC管4绑扎在初衬结构6上，PVC管4 一端通过软管3连接至压力盒支架1，另一端引至井壁侧壁下部作为连接端；土体压力盒2的信号引出线穿过软管3及PVC管4，软管3与PVC管4连接处通过铁丝将软管3绑紧固定，软管3与压力盒支架I连接处通过铁丝将软管3绑紧固定；
c.在井壁下部砂浆片石层填充片石后，未灌注砂浆前，将井壁下部压力测点附近的片
石
清理干净，在井壁下部压力测点安装压力盒支架1，压力盒支架I内设置土体压力盒2，土体压力盒2与土体紧密接触，土体压力盒2的信号引出线从压力盒支架I内引出，将片石填回压力测点附近；
d.在井壁底部砂浆片石层施工完毕，混凝土层中的钢筋绑扎完毕后，采用一段PVC管4连接井壁下部的压力盒支架I上固定的软管3且将该段PVC管通过L形接头与井壁上部及侧部的PVC管4连接，底部的PVC管4连接信号引出管5，土体压力盒2的信号引出线穿过软管3及PVC管4，软管3与PVC管4连接处通过铁丝将软管3绑紧固定；软管3与压力盒支架I连接处通过铁丝将软管3绑紧固定，井壁下部设置信号引出管5，信号引出管5距井壁侧部的距离为70cm，以避免滑模缩模时受到挤压，信号引出管5最上部的阻水钢板53距设计的井壁底板混凝土表面高度的距离为30cm，管体51的下部设置有支架54，管体51上部的内侧设置有螺纹52，将支架54通过绑扎或焊接的方式固定在混凝土层中的钢筋上；
e.将井壁上部、侧部、底部设置的共计4组土体压力盒2的信号引出线从信号引出管
5
内穿出，分别编号，并记录各组土体压力盒2所测的土体压 力的初始值；
f.浇筑斜井井壁底板混凝土；
g.在信号引出管5管体51内充填水泥砂衆一水玻璃混合物；
h.根据需要，记录土体压力盒2所测土体压力值。所述的井壁上部、侧部及底部的压力盒支架I、软管3和PVC管4距离二衬结构7内壁的距离均大于30cm，以满足防水要求。在上述实施例中，对本发明的较佳实施方式做了描述，很显然，在本发明的发明构思下，仍可做出很多变化。在此，应该说明，在本发明的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种斜井井壁压力测量装置，包括压力盒支架、土体压力盒、软管、PVC管和信号引出管，其特征在于，压力盒支架内设置有土体压力盒，土体压力盒和土体紧密接触，压力盒支架通过软管连接PVC管，PVC管连接信号引出管，各土体压力盒的信号引出线穿过软管及PVC管并从信号引出管内导出。
2.根据权利要求I所述的斜井井壁压力测量装置，其特征在于，所述的信号引出管由管体、阻水钢板及支架组成，在管体的外部设置有一到三圈阻水钢板，管体的下部设置有支架，管体上部的内侧设置有螺纹。
3.根据权利要求I所述的斜井井壁压力测量装置，其特征在于，所述的土体压力盒采用TJ-23型振弦式土体压力盒。
4.根据权利要求I所述的斜井井壁压力测量装置，其特征在于，所述的软管与PVC管连接处通过铁丝将软管绑紧固定。
5.根据权利要求I所述的斜井井壁压力测量装置，其特征在于，所述的软管与压力盒支架连接处通过铁丝将软管绑紧固定。
6.一种斜井井壁压力测量方法，应用权利要求I所述的斜井井壁压力测量装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤 a.当井筒开挖时，将初衬结构中的型钢运输到工作面并组装完毕后，在井壁上部及侧部的压力测点安装压力盒支架，压力盒支架内设置土体压力盒，土体压力盒与土体紧密接触，土体压力盒的信号引出线从压力盒支架内引出，压力盒支架通过绑扎或焊接的方式固定在初衬结构中的型钢上； b.根据井壁形状加工与其配合的PVC管，将井壁上部及侧部的PVC管绑扎在初衬结构上，PVC管一端通过软管连接至压力盒支架，另一端引至井壁侧壁下部作为连接端；土体压力盒的信号引出线穿过软管及PVC管，软管与PVC管连接处通过铁丝将软管绑紧固定，软管与土体压力盒支架连接处通过铁丝将软管绑紧固定； c.井壁下部砂浆片石层填充片石后，未灌注砂浆前，将井壁下部压力测点附近的片石清理干净，在井壁下部压力测点安装压力盒支架，压力盒支架内设置土体压力盒，土体压力盒与土体紧密接触，土体压力盒的信号引出线从压力盒支架内引出，再将片石填回压力测点附近； d.在井壁底部砂浆片石层施工完毕，混凝土层中的钢筋绑扎完毕后，采用一段PVC管连接井壁下部的压力盒支架上固定的软管，且将该段PVC管端部通过L形接头与井壁上部及侧部的PVC管连接，井壁下部设置有信号引出管，信号引出管距井壁侧部的距离大于滑模的厚度与滑模拆模时的缩模量之和，井壁底部的PVC管连接信号引出管，土体压力盒的信号引出线穿过软管及PVC管，软管与PVC管连接处通过铁丝将软管绑紧固定，软管与压力盒支架连接处通过铁丝将软管绑紧固定； e.将井壁上部、侧部、底部设置的土体压力盒的信号引出线从信号引出管内穿出，分别编号，并记录各组土体压力盒所测的土体压力的初始值； f.浇筑斜井井壁底板混凝土； g.在信号引出管管体内充填防水材料，若信号引出管内仍有水涌出，用相应的丝堵配合生胶带通过信号引出管管体内侧设置的螺纹将信号引出管封堵； h.根据需要，记录土体压力盒所测土体压力值。
7.根据权利要求6所述的斜井井壁压力测量方法，其特征在于，所述的土体压力盒采用为TJ-23型振弦式土体压力盒。
8.根据权利要求6所述的斜井井壁压力测量方法，其特征在于，所述的井壁上部、侧部及底部的压力盒支架、软管和PVC管距离二衬结构内壁的距离均不小于30cm。
9.根据权利要求6所述的斜井井壁压力测量方法，其特征在于，所述信号引出管管体外部设置的最上部的阻水钢板距设计的井壁底板混凝土表面高度的距离为30cm。
10.根据权利要求6所述的斜井井壁压力测量方法，其特征在于，所述管体内填充的防水材料为水泥砂浆-水玻璃混合物。
全文摘要
本发明提供一种斜井井壁压力测量装置及方法，该装置包括压力盒支架、土体压力盒、软管、PVC管和信号引出管，压力盒支架内设置有土体压力盒，土体压力盒和土体紧密接触，压力盒支架通过软管连接PVC管，PVC管连接信号引出管，各土体压力盒的信号引出线穿过软管及PVC管并从信号引出管内导出；以使土体压力盒牢固固定，避免施工过程中的滑模等步骤破坏土体压力盒的信号引出线，能有效避免井壁外的水沿着PVC管等管路渗入井壁内部，保证测量结果的准确性。
文档编号E21B47/06GK102943663SQ201210513720
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者张东峰, 岳丰田, 李学武, 齐吉龙, 张勇, 时建华, 石荣剑, 陆路 申请人:兖矿集团有限公司, 陕西未来能源化工有限公司