本發(fā)明涉及礦井支護結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于地壓大的凍結(jié)法鑿井井筒井壁支護結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：

井筒是礦井的咽喉部位，因其位置的特殊性，具有服務(wù)年限長等特點，為礦井工程的施工難點。據(jù)統(tǒng)計，凍結(jié)法施工的井壁破壞例子屢見不鮮，井筒在施工和生產(chǎn)過程中相繼發(fā)生凍結(jié)段井壁支護結(jié)構(gòu)破壞，甚至個別井筒造成淹井等重大事故。具體表現(xiàn)為凍結(jié)段井壁結(jié)構(gòu)均不同程度發(fā)生開裂、斷裂、破損等現(xiàn)象，反復(fù)維修多次，給礦井造成巨大的經(jīng)濟損失，并嚴重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。

隨著開采深度的增加，井筒越來越深，地壓越來越大，井壁結(jié)構(gòu)如果采用傳統(tǒng)的支護結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)規(guī)范要求井壁按承受1.0靜水壓計算，井壁厚度太厚，大直徑的深井井壁厚度甚至超過3m，不僅增大凍結(jié)、掘砌難度，同時也增加投資費用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種凍結(jié)法鑿井井筒井壁支護結(jié)構(gòu)及其施工方法，以解決目前存在的深井井壁厚度較大導(dǎo)致的各項問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種凍結(jié)法鑿井井筒井壁支護結(jié)構(gòu)施工方法，其包括以下步驟：將平面鋼板制作成圓弧鋼板，并在所述圓弧形鋼板上預(yù)留泄水孔；將加工好的錨卡兩端焊接在所述圓弧形鋼板外側(cè)；在所述圓弧形鋼板外側(cè)和井筒內(nèi)側(cè)之間鋪設(shè)至少一層塑料板，并在所述塑料板內(nèi)側(cè)綁扎鋼筋；將焊接好錨卡的所述圓弧形鋼板拼裝、找正、焊接；焊接完后，在所述圓弧形鋼板外側(cè)和井壁內(nèi)側(cè)之間，分段整體澆筑高強度高性能混凝土。

優(yōu)選地，在上述施工方法中，所述平面鋼板和圓弧形鋼板厚度為10mm、16mm、20mm、25mm或35mm。

優(yōu)選地，在上述施工方法中，所述錨卡由規(guī)格為寬80mm×長800mm×厚度20mm的扁鋼彎曲加工而成。

優(yōu)選地，在上述施工方法中，所述塑料板為雙層的聚乙烯塑料板。

優(yōu)選地，在上述施工方法中，所述鋼筋包括環(huán)向設(shè)置的環(huán)筋和縱向設(shè)置的縱筋，所述環(huán)筋直徑為22～32mm，所述縱筋直徑為20～28mm，相鄰的所述環(huán)筋間距和相鄰的所述縱筋間距均為200～300mm。

優(yōu)選地，在上述施工方法中，焊接所述圓弧形鋼板時在礦井下，采用氣電立焊與二氧化碳氣體保護電弧焊工藝，實現(xiàn)立焊與橫焊間的平行作業(yè)。

優(yōu)選地，在上述施工方法中，每個段高為500mm～1240mm，所述混凝土強度等級采用C80～C90，部分段高澆筑鋼筋鋼纖維混凝土。

優(yōu)選地，在上述施工方法中，所述圓弧形鋼板及其焊縫采用重防腐涂層，包括：表面采用噴砂處理達到Sa2.5級；底層涂料采用環(huán)氧富鋅底漆，涂層厚度為60μm；中間層涂料采用環(huán)氧云鐵中間漆，涂層厚度為60μm；面層涂料采用環(huán)氧面漆，涂層厚度80μm。

優(yōu)選地，在上述施工方法中，所述圓弧形鋼板與鋼筋混凝土或所述圓弧形鋼板與鋼筋鋼纖維混凝土內(nèi)預(yù)留4根環(huán)向均布注漿管，縱向上，所述注漿管間距不大于30m。

一種凍結(jié)法鑿井井筒井壁支護結(jié)構(gòu)，其包括：塑料板，設(shè)于井壁內(nèi)側(cè)；鋼筋網(wǎng)，設(shè)于所述塑料板內(nèi)側(cè)；鋼板筒，和井筒軸線平行設(shè)置，并位于井筒中心位置；混凝土，澆筑于所述塑料板、鋼板筒之間。

分析可知，本發(fā)明提供一種鋼板筒與混凝土復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)，在井壁滿足規(guī)范對水壓計算要求的同時，還能大幅度減薄井壁的厚度，減少施工難度，提高施工速度，節(jié)省大量投資，因此，鋼板筒與鋼筋混凝土(鋼筋鋼纖維混凝土)構(gòu)成的復(fù)合井壁對巨厚表土層及高地壓凍結(jié)井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用方面具有推廣價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的支護結(jié)構(gòu)實施例的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中沿線A-A的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中沿線B-B的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為平面鋼板焊接錨卡之后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為錨卡的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細說明。

為了解決目前井筒井壁的支護難題，如圖1、圖2所示，在井壁1的內(nèi)側(cè)對井筒采用復(fù)合支護形式，其中井壁1為原井壁，其包括混凝土11、位于混凝土11外側(cè)的鋼板12，簡而言之：在井壁1的內(nèi)側(cè)，采用圓弧形鋼板2，圓弧形鋼板2外側(cè)焊接錨卡3，并現(xiàn)澆混鋼筋混凝土或鋼筋鋼纖維混凝土(統(tǒng)稱混凝土6)的復(fù)合支護形式。

本發(fā)明不但提供一種凍結(jié)法鑿井井筒井壁支護結(jié)構(gòu)，而且提供了相應(yīng)的施工方法，為了清楚而又不產(chǎn)生贅述之感，下面將結(jié)合圖1-圖3所示的支護結(jié)構(gòu)，對施工方法進行描述，而不獨立的描述支護結(jié)構(gòu)或施工方法。

如圖1-圖3所示，本發(fā)明提供的施工方法包括以下步驟：

首先，在地面將平面鋼板制作成圓弧形鋼板2，并在圓弧形鋼板2上預(yù)留泄水孔20；再將加工好的如圖5所示的錨卡3焊接在圓弧形鋼板2外側(cè)(井壁1一側(cè))，如圖1-圖4所示。

上述平面鋼板或者說圓弧形鋼板2的厚度根據(jù)需要有多種選擇，例如10mm、16mm、20mm、25mm、35mm。每塊圓弧形鋼板2的高度可選擇為500～2000mm、長度為3～5m(折彎為圓弧形鋼板之前)。

優(yōu)選地，本發(fā)明還在圓弧形鋼板2加工之前或運入井下之前，對其作防腐處理。例如，對鋼板表面采用噴砂處理達到Sa2.5級，然后噴漆，其中，底層涂料采用環(huán)氧富鋅底漆，涂層厚度為60μm；中間層涂料采用環(huán)氧云鐵中間漆，涂層厚度為60μm；面層涂料采用環(huán)氧面漆，涂層厚度80μm。更優(yōu)選地，圓弧形鋼板2與錨卡3之間的焊縫以及在井下各圓弧形鋼板2之間的焊縫也采用該多重防腐涂層體系。

如圖5所示，錨卡3由規(guī)格為寬80mm×長800mm×厚度20mm的扁鋼彎曲加工而成，俯視觀之，錨卡3呈U形。當(dāng)然，錨卡3的規(guī)格并不局限于此，實際上，錨卡3的作用在于：使混凝土6和由圓弧形鋼板2焊接成的鋼板筒之間形成有效的整體，可見，錨卡3的形狀、規(guī)格并無限定，滿足巖土工程中“錨桿或錨索”的類似作用即可。

接著，在井壁1內(nèi)側(cè)，優(yōu)選的是，緊貼井壁1內(nèi)側(cè)，鋪設(shè)至少一層塑料板5，并在塑料板5內(nèi)側(cè)綁扎鋼筋網(wǎng)。

優(yōu)選地，塑料板5為層疊的雙層，且塑料板5為聚乙烯塑料板。塑料板5內(nèi)側(cè)的鋼筋網(wǎng)包括環(huán)筋41、縱筋42，其中，環(huán)筋41采用直徑22～32mm的鋼筋，縱筋42采用直徑20～28mm的鋼筋，相鄰的環(huán)筋41或相鄰的縱筋42之間間距為200～300mm，相交的環(huán)筋41、縱筋42則綁扎為一體。

接著，將焊接好錨卡3的圓弧形鋼板2運送到井下，在井下拼裝、找正，然后焊接為鋼板筒。

優(yōu)選地，各圓弧形鋼板2的豎向和環(huán)向的拼接縫隙均采用焊縫連接，焊縫采用機械自動焊接，進一步地，豎向焊縫質(zhì)量為二級。為提高焊接速度，可采用氣電立焊與二氧化碳氣體保護電弧焊工藝。能夠?qū)崿F(xiàn)立焊與橫焊間的平行作業(yè)，大大加快鋼板的焊接速度。

各圓弧形鋼板2焊接為鋼板筒之后，由于鋼板筒的作用，在應(yīng)用過程中，其可以改變混凝土6的受力狀態(tài)，提高井壁整體的強度。

鋼板筒焊接完后，在圓弧形鋼板2外側(cè)和井壁1內(nèi)側(cè)之間，分段整體澆筑高強度高性能混凝土6。

也就是說，上述焊接鋼板筒也是分段進行的，并非在井壁1內(nèi)側(cè)的鋼板筒全部焊接完成后，在澆筑混凝土6，而是鋼板筒完成一段，混凝土6澆筑一段，分段施工。

優(yōu)選地，每個段高為500mm～1240mm，混凝土6強度等級采用C80～C90，部分段高澆筑鋼筋鋼纖維混凝土。其中，鋼筋鋼纖維混凝土為在鋼筋混凝土中添加適量的鋼纖維，能有效提高混凝土6的抗拉性能，整體提高支護結(jié)構(gòu)的安全性。

施工過程中，由于對混凝土6的強度等級要求較高，需要專人配制，在澆筑前做物理性能實驗，然后再循環(huán)下一個段高。

如圖2所示，圓弧形鋼板2與混凝土6內(nèi)預(yù)留4根等高的、環(huán)向均布的注漿管7，沿著井筒的縱向，注漿管7間距不大于30m。注漿管7的作用在于井壁1套砌結(jié)束后的適當(dāng)時間內(nèi)進行壁間注漿。因此，圓弧形鋼板2在設(shè)置注漿管7位置處預(yù)留一個通孔，注漿管7敷設(shè)時與圓弧形鋼板2焊接。

優(yōu)選地，注漿完成后，為了防止漏漿，在注漿管7外端端頭設(shè)置一個管堵71。進一步地，注漿管7材質(zhì)選用Φ60X7無縫鋼管(YB231-70)，管堵71的螺紋長100mm。

綜上，本發(fā)明提供一種在凍結(jié)法鑿井井筒施工中，井壁采用鋼板筒與現(xiàn)澆鋼筋混凝土復(fù)合井壁或鋼板筒與鋼筋鋼纖維混凝土復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)支護形式。施工過程包括：焊有錨卡的圓弧形鋼板筒既作為井壁的承載結(jié)構(gòu)又作為混凝土澆筑模板，井壁一圈圓弧形鋼板對接好后，對圓弧形鋼板環(huán)向及豎向接縫進行焊接，形成鋼板筒，然后向圓弧形鋼板筒外側(cè)現(xiàn)澆高強度、高性能鋼筋或鋼筋鋼纖維混凝土，完成一個段高的鋼板對接、施焊和混凝土澆筑后，再進行下一個段高的施工。

分析及現(xiàn)場試驗表明，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各類礦井建設(shè)中，復(fù)合井壁不僅能構(gòu)承受較大水土壓力，而且能夠減少井壁厚度、井筒掘進斷面和凍結(jié)工程量等，從而降低礦井建設(shè)總造價。

由技術(shù)常識可知，本發(fā)明可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或在等同于本發(fā)明的范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。