一种基于恒阻大变形结构的深部立井井筒自适应防护装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于恒阻大变形结构的深部立井井筒自适应防护装置，该装置设置在深部立井自上而下的多节筒壁之间，该装置包括：上部模块：包括圆环形顶板、中空环形外密封筒以及恒阻大变形杆体；下部模块：包括圆环形底座、中空环形内密封筒以及恒阻大变形套筒，所述的内密封筒套插在外密封筒内；密封模块：设置在外密封筒与内密封筒相互套插缝隙处的钢丝刷及填充于钢丝刷内部的油脂；恒阻体：安装在恒阻大变形杆体的下表面上，其下表面与恒阻大变形套筒压紧接触，在受到上部下压时，恒阻体下表面压入变形套筒中，使其撑开变形。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有有效防护、密封性好、保证深部立井井筒结构安全、安装灵活、监测预警等优点。

An Adaptive Protection Device for Deep Vertical Shaft Based on Constant Resistance and Large Deformation Structure

【技术实现步骤摘要】
一种基于恒阻大变形结构的深部立井井筒自适应防护装置
本技术涉及立井井筒结构的防护工程领域，尤其是涉及一种基于恒阻大变形结构的深部立井井筒自适应防护装置。
技术介绍
在矿山开采过程中发生的立井井筒非采动破坏是一种特殊的矿山地质灾害，其主要表现为煤矿立井井筒在具有足够的保安矿柱条件下，立井井筒的部分井壁发生严重的变形和破裂，致使提升运输困难，一些井筒在破坏的同时还伴有大量的涌水冒砂，而且立井井筒非采动破坏具有一定周期性，即许多治理后的立井井筒在正常使用一段时间后发生重复变形破坏，因此立井井筒非采动破坏的工程地质灾害严重地影响着矿山的正常运营，危及生产安全。根据调查发现，立井井筒的破坏主要是由于表土层与基岩层交界处附近的底部含水层失水，致使表土层带动立井井筒下沉，井筒受到额外的负摩阻力作用产生较大的轴压力，最后导致井筒内部发生剥落、压损或更严重的破坏。因此，对立井井筒结构采取一定的防护技术，是减少甚至防止立井井筒破坏的关键
技术实现思路
，不仅具有领先的技术意义，更具有极大的社会及经济意义。目前，对井壁破裂的治理和预防主要有以下几个方面。1)开卸压槽。在立井井筒危险位置破壁注浆堵水、防水，然后对此部位进行控制爆破，使卸压槽成型。最后在卸压槽内填充可压缩的PVC板以适应地层沉降。2)破壁注浆加固地层。由于采矿工程中的疏排水，从而引起表土层固结沉降，使立井井筒受到负摩阻力。因此，对井筒周围土层进行加固，可使土层沉降减少，提高井壁的稳定性。3)地表注浆加固地层。在不影响立井井筒正常施工的条件下，从井壁四周地表向下注浆以加固地层，从而减小立井的附加竖向应力。现有防护措施技术存在以下几方面的不足：(1)当卸压槽压缩量达到设计值后，需再次开卸压槽；(2)治理费用高，工期长。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于恒阻大变形结构的深部立井井筒自适应防护装置。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于恒阻大变形结构的深部立井井筒自适应防护装置，该装置设置在深部立井自上而下的多节筒壁之间，该装置包括：上部模块：包括与上节立井井筒筒壁内预埋钢筋焊接的圆环形顶板、顶部与顶板内外缘处焊接且开口向下的中空环形外密封筒以及顶端与顶板中心处焊接且横截面呈圆环形的恒阻大变形杆体；下部模块：包括与下节立井井筒筒壁内预埋钢筋焊接的圆环形底座、底部与底座焊接且开口向上的中空环形内密封筒以及底部焊接在底座中心处呈圆环形的恒阻大变形套筒，所述的内密封筒套插在外密封筒内；密封模块：设置在外密封筒与内密封筒相互套插缝隙处的钢丝刷及填充于钢丝刷内部的油脂；恒阻体：安装在恒阻大变形杆体的下表面上，其下表面与恒阻大变形套筒压紧接触，在受到上部下压时，恒阻体下表面压入变形套筒中，使其撑开变形。该装置在围岩破碎带、表土层与岩层的交界处的区域内数量加密设置。所述的恒阻大变形杆体为实心杆体，当所述的恒阻体数量为1时，其结构为环形倒锥台实体，其上表面与恒阻大变形杆体下表面固接，并且上表面宽度大于下表面宽度，下表面宽度小于内密封筒的开口宽度；当所述的恒阻体数量大于1时，则分别沿恒阻大变形杆体下表面布置，其结构为环形倒圆锥台实体，恒阻体的上表面直径大于下表面直径，下表面直径小于内密封筒的开口宽度。所述的恒阻体的变形强度大于恒阻大变形套筒，保证在受压时恒阻体向下压入恒阻大变形套筒内时，恒阻大变形套筒发生形变而恒阻体不发生形变。所述的内密封筒的长度小于恒阻大变形杆体。所述的密封模块包括至少三道钢丝刷以及填充在钢丝刷之间的油脂，用以防水。在该装置正常服役阶段，当井筒仅受自身自重时，使恒阻体产生滑动的作用力大于上部立井井筒自重G，当上部井筒所受负摩阻力达到设定值时，恒阻体产生滑动，当上部井筒所受负摩阻力继续增大时，恒阻体完全进入恒阻大变形套筒内，此时恒阻大变形结构传递给下方立井井筒竖向作用力为N，立井井筒破坏时所受竖向作用力为F，则有G<N<F。该装置的施工方法包括以下步骤：1)在井筒结构施工前，确定装置的布设位置以及恒阻大变形套筒的型号及恒阻大变形杆体的尺寸；2)在井筒结构施工前，将钢丝刷焊接于内密封筒上。3)在井筒结构施工前，将内密封筒、恒阻大变形套筒焊接于底座上，将外密封筒和恒阻大变形杆体焊接于顶板上；4)在井筒结构施工过程中，将预埋钢筋分别与底座和顶板焊接，形成预制结构模块，包括上部模块和下部模块；5)在内外密封筒之间填充油脂，完成施工。与现有技术相比，本技术具有以下优点：一、有效防护：本技术通过恒阻大变形结构，使立井井筒能够随着周围土体的压缩沉降产生相应的变形，从而对立井井筒进行防护。二、密封性好：本技术通过设置钢丝刷和密封装置以及在密封装置之间填充油脂能够很好的防止水土进入装置内，延长本装置的寿命，使本装置更好地发挥功能；同时密封装置也是承载外部水土压力的载体。三、安装灵活：本技术根据井筒的承载能力以及附加负摩阻力的大小设置不同数量的防护装置。四、保证深部立井井筒结构安全：本技术通过恒阻大变形结构能够使得上部立井井筒传给下部立井井筒的作用力小于某一恒定值(恒阻体的恒阻值)，从而能保证下部立井井筒的正常使用，即当井筒仅受自身自重时，为了保证本装置能够发挥其功能，在恒阻大变形结构处满足使其产生滑动的作用力应大于上部立井井筒自重G，当上部井筒所受负摩阻力达到一定值f时，恒阻大变形结构应能产生一定的滑动，当上部井筒所受负摩阻力继续增大时，恒阻体完全进入套筒内，此时恒阻大变形结构传递给下部立井井筒竖向作用力为一恒定值N。假设立井井筒破坏时所受竖向作用力为F，则在设计本装置时，使G<N<F。本装置能够根据负摩阻力的发展而自适应发生变形，降低负摩阻力的影响，实现深部立井井筒结构的安全。五、监测预警：依据恒阻结构的受力监测还能够实现井筒结构安全状态的监测预警，在可能发生破坏时实现井筒结构的加固，避免井筒结构破坏的发生，确保生产安全，降低生产成本。因此，本装置具有很重要的社会经济意义。附图说明图1为本技术结构纵截面示意图。图(2a)为本技术横截面示意图，图(2b)为图(2a)中A部的局部放大图。图3为本技术与立井井筒连接示意图。图4为本技术于立井井筒结构中竖向布置示意图。图5为钢丝刷(油脂)详图。图6为本技术工作时变形示意图。图7为另一种备选结构形式。图8为图7中4-4的截面图。图中标记说明：11、顶板，12、外密封筒，13、恒阻大变形杆体，21、底板，22、内密封筒，23、恒阻大变形套筒，31、钢丝刷，32、油脂，41、恒阻体。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。须知，本说明书中所附图式所绘示的结构、比例、大小等均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本技术所能产生的功效及所能达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于恒阻大变形结构的深部立井井筒自适应防护装置，该装置设置在深部立井自上而下的多节筒壁之间，其特征在于，该装置包括：上部模块：包括与上节立井井筒筒壁内预埋钢筋焊接的圆环形顶板(11)、顶部与顶板(11)内外缘处焊接且开口向下的中空环形外密封筒(12)以及顶端与顶板(11)中心处焊接且横截面呈圆环形的恒阻大变形杆体(13)；下部模块：包括与下节立井井筒筒壁内预埋钢筋焊接的圆环形底座(21)、底部与底座(21)焊接且开口向上的中空环形内密封筒(22)以及底部焊接在底座(21)中心处呈圆环形的恒阻大变形套筒(23)，所述的内密封筒(22)套插在外密封筒(12)内；密封模块：设置在外密封筒(12)与内密封筒(22)相互套插缝隙处的钢丝刷(31)及填充于钢丝刷内部的油脂(32)；恒阻体(41)：安装在恒阻大变形杆体(13)的下表面上，其下表面与恒阻大变形套筒(23)压紧接触，在受到上部下压时，恒阻体(41)下表面压入变形套筒(23)中，使其撑开变形。

【技术特征摘要】
1.一种基于恒阻大变形结构的深部立井井筒自适应防护装置，该装置设置在深部立井自上而下的多节筒壁之间，其特征在于，该装置包括：上部模块：包括与上节立井井筒筒壁内预埋钢筋焊接的圆环形顶板(11)、顶部与顶板(11)内外缘处焊接且开口向下的中空环形外密封筒(12)以及顶端与顶板(11)中心处焊接且横截面呈圆环形的恒阻大变形杆体(13)；下部模块：包括与下节立井井筒筒壁内预埋钢筋焊接的圆环形底座(21)、底部与底座(21)焊接且开口向上的中空环形内密封筒(22)以及底部焊接在底座(21)中心处呈圆环形的恒阻大变形套筒(23)，所述的内密封筒(22)套插在外密封筒(12)内；密封模块：设置在外密封筒(12)与内密封筒(22)相互套插缝隙处的钢丝刷(31)及填充于钢丝刷内部的油脂(32)；恒阻体(41)：安装在恒阻大变形杆体(13)的下表面上，其下表面与恒阻大变形套筒(23)压紧接触，在受到上部下压时，恒阻体(41)下表面压入变形套筒(23)中，使其撑开变形。2.根据权利要求1所述的一种基于恒阻大变形结构的深部立井井筒自适应防护装置，其特征在于，该装置在围岩破碎带、表土层与岩层的交界处的区域内数量加密设置。3.根据权利要求1所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔亚飞，肖颖鸣，何满潮，丁文其，刘国钊，王博，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海,31