一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法及气塞

本发明涉及煤巷压缩空气储库，具体涉及一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法及气塞。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、目前关于储存空气地下结构的相关研究主要聚焦于盐穴、新建硬岩硐室、废弃煤巷。借助已关停煤矿巷道作为储气库也可有效提高地下空间利用率，技术前景与应用前景广阔。

3、硐室密封性受衬砌材料疲劳承载性能、渗透性能、气塞与围岩之间接缝等多重影响，气塞作为煤巷储库独有的密封结构，将废弃巷道分隔为不同段。由于施工中混凝土在固化过程中会因失水收缩等原因，气塞与围岩之间的交界面会随着使用年限的增加发生脱离，产生裂缝，甚至成为储库运维过程中的主要漏气通道。一旦发生渗漏，渗漏点不明确，后期修补裂缝难度大。因此设计适用于煤巷压缩空气储库科学合理的气塞结构形式及配套施工方法尤为重要，意义重大。

4、现有专利中专利号为cn 206205934 u，一种地下水封石油洞库巷道的密封塞，所述密封塞本体嵌入在第一连接巷道和第二连接巷道之间岩体中，密封塞本体为圆台型结构，所述密封塞本体的拱顶设置至少六个填充注浆管和四个排气管，所述密封塞本体的周围设置至少十五个接触注浆管，所述填充注浆管、所述排气管和所述接触注浆管均穿过混凝土和围岩的接触面至少10cm。通过填充注浆管、排气管、接触注浆管的设置保证岩体接触的部位不会渗漏，实现对储油洞室的隔离。但岩体与气塞结构的液体渗透率与气体渗透率是两个不同的概念，压缩空气储能硐室中储存的是高温高压气体(高温：超过120℃，高压：10-20mpa)，对结构的稳定性和气密性要求更高，上述技术仅靠密封塞进行密封应用于压缩空气储库容易产生漏气现象，不适合于对气体进行密封，而且上述专利也不能实现漏气或漏液的监测，另外上述专利中气塞断面为马蹄形，不利于气塞的受力，且气塞与围岩之间更容易形成漏气通道。

5、专利号为cn115559587a的专利申请公开了一种带有力流合理弧线的储气库气塞结构，包括本体，本体内部为储气库结构，储气库结构顶端为加固层，加固层、衬砌层和密封层构成了储气库整体结构。加固层内部上侧通过弹簧与铰支座与上部拉杆相连接，上拱线结构、第一铰支点、拉杆和预应力装置组件构成上部气塞，上部气塞底部通过拉杆与铰支座与第一弹簧和第二弹簧连接，拉杆中间存在预应力装置，上部气塞顶点为第一铰支点结构，上部气塞结构为空腹拱形结构。这种气塞结构设计合理，很好的减小了气塞内部的拉应力，但由于弹簧与铰支座等材料及工艺的限制，实际施工过程中难以满足几万方的大容量储库的储气需求。总的来说，现有专利难以达到废弃矿井密封性改造的施工要求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，满足了废弃矿井改造成压缩空气储库的密封性施工要求。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明的实施例提供了一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，包括以下步骤：

4、对气塞外周地层进行注浆加固，形成气塞周围的注浆加固区；

5、根据气塞的断面轮廓形状，煤巷外侧与气塞位置对应的注浆加固区进行扩挖，形成与气塞形状对应的气塞浇筑腔，气塞浇筑腔腔面为围岩与气塞交界面；

6、沿围岩与气塞交界面布置多个注浆封堵管，并在气塞浇筑腔内设置多个漏气监测管，漏气监测管的进气端延伸至围岩与气塞交界面，其中漏气监测管设置有压力检测元件和开关阀，注浆封堵管也设置有开关阀；

7、在气塞浇筑腔内对气塞进行混凝土浇筑。

8、可选的，所述注浆加固区包括第一注浆加固区和第二注浆加固区，其中第一注浆加固区位于煤巷外围，其一端延伸至煤巷衬砌与气塞的交界，另一端延伸至煤巷外围设定位置，第二注浆加固区位于气塞设置区域的外围。

9、可选的，第一注浆加固区和第二注浆加固区采用全断面帷幕注浆工艺进行施工。

10、可选的，注浆加固区的半径为气塞浇筑腔最大半径的2倍。

11、可选的，注浆加固区注浆完成后，利用地球物理探测方法对注浆效果进行评估，评估不合格区域进行再次注浆加固。

12、可选的，扩挖时，安装由上至下的拱顶、拱肩、拱腰、拱底顺序进行。

13、可选的，所述气塞浇筑腔的断面为圆形，相应的，所述漏气监测管和注浆封堵管沿环向分布。

14、可选的，所述漏气监测管包括与气塞浇筑腔的腔面平行设置的监测总管，监测总管设有多个沿其轴线方向分布的监测支管，监测支管的端部延伸至气塞与围岩交界面，监测总管用于伸出气塞的管段安装有压力检测元件和开关阀。

15、可选的，所述漏气监测管还安装有温度检测元件。

16、第二方面，本发明的实施例提供了一种煤巷压缩空气储库气塞，采用第一方面所述的煤巷压缩空气储库气塞施工方法施工而成。

17、可选的，所述煤巷压缩空气储库气塞采用锥台状结构；或者圆柱状结构；或者楔形结构，包括锥台状的第一气塞部和第二气塞部，第一气塞部和第二气塞部面积较大的端部连接。

18、本发明的有益效果如下：

19、1.本发明的施工方法，气塞结构简单，采用混凝土浇筑施工即可，施工方便简单，避免了弹簧与铰支座等材料及工艺的限制，满足了几万方的大容量储库的储气需求，同时，在气塞进行混凝土浇筑前，对气塞对应位置的周围地层进行注浆加固，形成注浆加固区，一方面避免了地层扩挖时产生的塌陷现象，另一方面注浆加固区也起到了密封作用，与气塞配合，能够实现对高温高压的压缩空气较好的密封效果，降低了漏气的概率。

20、2.本发明的施工方法，设置有漏气监测管，能够实时监测漏气部位，进而进行及时的注浆封堵，避免了漏气无法察觉导致的漏气量过大的问题。

21、3.本发明的施工方法，将气塞浇筑腔的断面设计为圆形，相应的，形成的气塞断面为圆形，相对于马蹄形的气塞断面，有利于受力，且不容易形成漏气通道，满足了气密性要求，且对于不同断面煤巷的适用性更强。

技术特征：

1.一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，其特征在于，所述注浆加固区包括第一注浆加固区和第二注浆加固区，其中第一注浆加固区位于煤巷外围，其一端延伸至煤巷衬砌与气塞的交界，另一端延伸至煤巷外围设定位置，第二注浆加固区位于气塞设置区域的外围。

3.如权利要求2所述的一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，其特征在于，第一注浆加固区和第二注浆加固区采用全断面帷幕注浆工艺进行施工。

4.如权利要求1所述的一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，其特征在于，注浆加固区的半径为气塞浇筑腔最大半径的2倍。

5.如权利要求1所述的一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，其特征在于，注浆加固区注浆完成后，利用地球物理探测方法对注浆效果进行评估，评估不合格区域进行再次注浆加固。

6.如权利要求1所述的一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，其特征在于，扩挖时，安装由上至下的拱顶、拱肩、拱腰、拱底顺序进行。

7.如权利要求1所述的一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，其特征在于，所述漏气监测管包括与气塞浇筑腔的腔面平行设置的监测总管，监测总管设有多个沿其轴线方向分布的监测支管，监测支管的端部延伸至气塞与围岩交界面，监测总管用于伸出气塞的管段安装有压力检测元件和开关阀。

8.如权利要求1所述的一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法，其特征在于，所述漏气监测管还安装有温度检测元件。

9.一种煤巷压缩空气储库气塞，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的煤巷压缩空气储库气塞施工方法施工而成。

10.如权利要求9所示的一种煤巷压缩空气储库气塞，其特征在于，采用锥台状结构；

技术总结
本发明涉及一种煤巷压缩空气储库气塞施工方法及气塞，包括以下步骤：对气塞外周地层进行注浆加固，形成气塞周围的注浆加固区；根据气塞的断面轮廓形状，煤巷外侧与气塞位置对应的注浆加固区进行扩挖，形成与气塞形状对应的气塞浇筑腔，气塞浇筑腔腔面为围岩与气塞交界面；沿围岩与气塞交界面布置多个注浆封堵管，并在气塞浇筑腔内设置多个漏气监测管，漏气监测管的进气端延伸至围岩与气塞交界面，其中漏气监测管设置有压力检测元件和开关阀，注浆封堵管也设置有开关阀；在气塞浇筑腔内对气塞进行混凝土浇筑，采用本发明的施工方法密封性好，适合煤巷压缩空气储库密封需求。

技术研发人员：刘人太,李术才,王孟,徐先杰,邵长志,李为豪,张春雨,李修浩,白继文
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14