CN111997618A - 一种矿山井筒的抗震支护结构 - Google Patents

一种矿山井筒的抗震支护结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矿山井筒的抗震支护结构，其中，抗震支护结构包括：设于矿山井筒的井壁处的井壁支护结构；外支护弹簧钢筒和内支护弹簧钢筒设于易液化层处且彼此套设，外支护弹簧钢筒邻近矿山井筒的外周壁，内支护弹簧钢筒邻近矿山井筒的井壁；抗震支护连接机构设于外支护弹簧钢筒和内支护弹簧钢筒之间；抗震支护连接机构包括：水平横向锚杆组、竖向锚杆组、上定位支护环、下定位支护环和抗震连接杆组。由此，通过将抗震支护连接机构为一个整体的结构，使得其能够具有一定的弹性变形能力，在地震发生后可有效抵抗易液化层侧向应力及流变变形，有效保证整个支护结构的抗变形以及抗扭的性能，较好的实现对矿山井筒的抗震支护。

Description

一种矿山井筒的抗震支护结构
技术领域
本发明涉及支护技术领域，特别涉及一种矿山井筒的抗震支护结构。
背景技术
井筒是地下矿山最重要的井巷工程之一，是矿产资源、材料、设备、人员、风、电等的必经之路，是整个矿井生产系统的咽喉。地震灾害发生后确保矿山井筒的结构完整与通畅至关重要，关乎整个矿井正常运行及井下作业人员的生命安全。地震对矿山井筒的破坏形式主要有两种：(1)地震传播造成井筒设备直接损坏；(2)震破坏场地土间接导致井壁破坏。其中，第二种破坏较为常见，其与地震作用下井筒场地浅部砂土层发生液化流滑运动有关。地震发生时，土层、砂土层等易液化层所受侧向应力值远高于基岩层，并且该易液化层相比基岩层更容易破坏。
相关技术中，一般是在对立井井壁整体采用钢筋混凝土结构，以降低地震对其的破坏。
然而，该方法未充分考虑土层、砂土层、基岩层等岩土的差异性。当井壁整体支护强度较低时，易液化层容易受地震的影响发生破坏，若采取的井壁整体支护强度较高，又容易造成支护材料的过度使用与浪费，亟待解决。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种矿山井筒的抗震支护结构，通过将抗震支护连接机构为一个整体的结构，使得其能够具有一定的弹性变形能力，在地震发生后可有效抵抗易液化层侧向应力及流变变形，有效保证整个支护结构的抗变形以及抗扭的性能，较好的实现对矿山井筒的抗震支护。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种矿山井筒的抗震支护结构，所述矿山井筒包括易液化层和位于所述易液化层下方的不易液化层，其中，所述抗震支护结构包括：
设于所述矿山井筒的井壁处的井壁支护结构；
外支护弹簧钢筒和内支护弹簧钢筒，所述外支护弹簧钢筒和所述内支护弹簧钢筒设于所述易液化层处且彼此套设，所述外支护弹簧钢筒邻近所述矿山井筒的外周壁，所述内支护弹簧钢筒邻近所述矿山井筒的井壁；
抗震支护连接机构，所述抗震支护连接机构设于所述外支护弹簧钢筒和所述内支护弹簧钢筒之间，其中，
所述抗震支护连接机构包括：
水平横向锚杆组，所述水平横向锚杆组沿水平方向延伸且连接在所述内支护弹簧钢筒的外壁上，所述水平横向锚杆组穿过所述外支护弹簧钢筒(6)后伸入井筒处的岩层内；
竖向锚杆组，所述竖向锚杆组竖直延伸且将所述下定位支护环固于所述井筒处的岩层内；
上定位支护环和下定位支护环，所述上定位支护环和所述下定位支护环分别沿沿上下方向间隔开设置在所述外支护弹簧钢筒和所述内支护弹簧钢筒之间；
抗震连接杆组，所述抗震连接杆组连接在所述上定位支护环和所述下定位支护环之间，其中，所述抗震连接杆组为具有弹性变形能力的弹簧钢制成。
另外，根据本发明上述实施例的矿山井筒的抗震支护结构还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述内支护弹簧钢筒的径向厚度大于所述外支护弹簧钢筒的径向厚度，所述外支护弹簧钢筒的顶部与所述内支护弹簧钢筒的顶部之间支撑设置有上支撑盖座。
根据本发明的一个实施例，所述水平横向锚杆组、所述竖向锚杆组均包括多个锚杆，且所述水平横向锚杆组、所述竖向锚杆组中的各个锚杆均为空心锚杆。
根据本发明的一个实施例，所述水平横向锚杆组至少包括多个上水平横向锚杆和多个下水平横向锚杆，多个所述上水平横向锚杆沿着所述井筒的中心轴线圆周阵列设置，多个下水平横向锚杆也沿着所述井筒的中心轴线圆周阵列设置。
根据本发明的一个实施例，所述竖向锚杆组包括多组列锚杆组，各组所述列锚杆组沿着所述井筒的中心轴线圆周阵列设置，每组所述列锚杆组均包括多个沿着所述井筒径向方向延伸的多个竖向锚杆，所述竖向锚杆的下端部设置有膨胀开口端，所述膨胀开口端设置有沿着其轴向方向延伸的开口，该开口被构造成在注入膨胀锚固浆液膨胀后使得该膨胀开口端膨胀。
根据本发明的一个实施例，每组所述列锚杆组中包括多个竖向锚杆，靠近所述外支护弹簧钢筒的所述竖向锚杆的锚入深度大于靠近所述内支护弹簧钢筒的竖向锚杆的锚入深度。
根据本发明的一个实施例，所述抗震连接杆组包括多根阵列间隔布置的抗震连接杆，所述抗震连接杆的上端采用上螺栓连接固定在所述上定位支护环的上端，所述抗震连接杆的下端采用下螺栓连接在所述下定位支护环的下端。
根据本发明的一个实施例，所述抗震连接杆包括：
上圆柱固定卡紧段，所述上圆柱固定卡紧段固定卡接穿过所述上定位支护环设置，
下圆柱固定卡紧段，所述下圆柱固定卡紧段固定卡接穿过所述下定位支护环设置，
弹性变形抗扭段，所述弹性变形抗扭段设于所述上圆柱固定卡紧段和所述下圆柱固定卡紧段之间，所述弹性变形抗扭段的外侧具有抗扭的翅片结构，所述翅片结构沿着上下方向延伸设置；
上抗扭连接柱，所述上圆柱固定卡紧段与所述弹性变形抗扭段之间采用所述上抗扭连接柱连接，
下抗扭连接柱，所述下圆柱固定卡紧段与所述弹性变形抗扭段之间采用所述下抗扭连接柱连接。
根据本发明的一个实施例，所述井筒的筒壁上位于所述内支护弹簧钢筒的下方设置有与所述内支护弹簧钢筒的内壁平齐的锚固层，所述锚固层由锚固片网和锚固浆构成。
根据本发明实施例的矿山井筒的抗震支护结构，该矿山井筒的抗震支护结构包括有井壁支护结构、外支护弹簧钢筒、内支护弹簧钢筒和抗震支护连接机构，通过将抗震支护连接机构为一个整体的结构，使得其能够具有一定的弹性变形能力，在地震发生后可有效抵抗易液化层侧向应力及流变变形，有效保证整个支护结构的抗变形以及抗扭的性能，有效的保证抗震性能，提高抗震效果，从而保证对矿山井筒的支护效果，以较好的实现对矿山井筒的抗震支护。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的抗震支护结构的结构示意图；
图2是图1中的A处放大的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的抗震连接杆的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的抗震支护结构。
图1是本发明实施例的抗震支护结构的结构示意图。该实施例中，矿山井筒包括易液化层和位于易液化层下方的不易液化层1，其中，如图1所示，该抗震支护结构包括：井壁支护结构2、外支护弹簧钢筒6和内支护弹簧钢筒4、抗震支护连接机构3。
其中，井壁支护结构2设于矿山井筒的井壁处；外支护弹簧钢筒6和内支护弹簧钢筒4设于易液化层处且彼此套设，外支护弹簧钢筒6邻近矿山井筒的外周壁，内支护弹簧钢筒4邻近矿山井筒的井壁；抗震支护连接机构3设于外支护弹簧钢筒6和内支护弹簧钢筒4之间。
如图2所示，抗震支护连接机构3包括：水平横向锚杆组、竖向锚杆组、上定位支护环10、下定位支护环13和抗震连接杆组12。其中，水平横向锚杆组沿水平方向延伸且连接在内支护弹簧钢筒4的外壁上，水平横向锚杆组穿过外支护弹簧钢筒6后伸入井筒处的岩层内；竖向锚杆组竖直延伸且将下定位支护环13固于井筒处的岩层内；上定位支护环10和下定位支护环13分别沿沿上下方向间隔开设置在外支护弹簧钢筒6和内支护弹簧钢筒4之间；抗震连接杆组12连接在上定位支护环10和下定位支护环13之间，其中，抗震连接杆组12为具有弹性变形能力的弹簧钢制成。
可以理解的是，如图1所示，本发明实施例的外支护弹簧钢筒6和内支护弹簧钢筒4均可以为圆筒结构，且外支护弹簧钢筒6与内支护弹簧钢筒4之间采用抗震支护连接机构3支护连接在矿山井筒的上端不易液化岩层1处，
其中，根据本发明的一个实施例，内支护弹簧钢筒4的径向厚度大于外支护弹簧钢筒6的径向厚度，外支护弹簧钢筒6的顶部与内支护弹簧钢筒4的顶部之间支撑设置有上支撑盖座8。
进一步地，根据本发明的一个实施例，水平横向锚杆组、竖向锚杆组均包括多个锚杆，且水平横向锚杆组、竖向锚杆组中的各个锚杆均为空心锚杆。
可以理解的是，本发明实施例可以利用空心锚杆的空心结构进行注入膨胀锚固浆液。
优选地，根据本发明的一个实施例，如图2所示，水平横向锚杆组至少包括多个上水平横向锚杆7和多个下水平横向锚杆17，多个上水平横向锚杆7沿着井筒的中心轴线圆周阵列设置，多个下水平横向锚杆17也沿着井筒的中心轴线圆周阵列设置。
优选地，根据本发明的一个实施例，如图2所示，竖向锚杆组包括多组列锚杆组，各组列锚杆组沿着井筒的中心轴线圆周阵列设置，每组列锚杆组均包括多个沿着井筒径向方向延伸的多个竖向锚杆16，竖向锚杆的下端部设置有膨胀开口端15，膨胀开口端设置有沿着其轴向方向延伸的开口，该开口被构造成在注入膨胀锚固浆液膨胀后使得该膨胀开口端15膨胀。也就是说，该开口能够在注入膨胀锚固浆液膨胀后，使得该膨胀开口端15膨胀。
优选地，根据本发明的一个实施例，每组列锚杆组中包括多个竖向锚杆，靠近外支护弹簧钢筒6的竖向锚杆的锚入深度大于靠近内支护弹簧钢筒4的竖向锚杆的锚入深度。
优选地，根据本发明的一个实施例，如图2所示，抗震连接杆组12包括多根阵列间隔布置的抗震连接杆，抗震连接杆的上端采用上螺栓9连接固定在上定位支护环10的上端，抗震连接杆的下端采用下螺栓14连接在下定位支护环13的下端。
优选地，根据本发明的一个实施例，如图3所示，抗震连接杆包括：上圆柱固定卡紧段18、下圆柱固定卡紧段21、弹性变形抗扭段12、上抗扭连接柱19和下抗扭连接柱20。其中，上圆柱固定卡紧段18固定卡接穿过上定位支护环10设置；下圆柱固定卡紧段21固定卡接穿过下定位支护环13设置；弹性变形抗扭段12设于上圆柱固定卡紧段18和下圆柱固定卡紧段21之间，弹性变形抗扭段12的外侧具有抗扭的翅片结构，翅片结构沿着上下方向延伸设置；上圆柱固定卡紧段18与弹性变形抗扭段12之间采用上抗扭连接柱19连接；下圆柱固定卡紧段21与弹性变形抗扭段12之间采用下抗扭连接柱20连接。
进一步地，根据本发明的一个实施例，井筒的筒壁上位于内支护弹簧钢筒4的下方设置有与内支护弹簧钢筒4的内壁平齐的锚固层，锚固层由锚固片网和锚固浆构成。
根据本发明实施例提出的矿山井筒的抗震支护结构，该矿山井筒的抗震支护结构包括有井壁支护结构、外支护弹簧钢筒、内支护弹簧钢筒和抗震支护连接机构，通过将抗震支护连接机构为一个整体的结构，使得其能够具有一定的弹性变形能力，在地震发生后可有效抵抗易液化层侧向应力及流变变形，有效保证整个支护结构的抗变形以及抗扭的性能，有效提高了井壁的整体抗震效能和效果，从而保证对矿山井筒的支护效果，以较好的实现对矿山井筒的抗震支护。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种矿山井筒的抗震支护结构，其特征在于，所述矿山井筒包括易液化层和位于所述易液化层下方的不易液化层，其中，所述抗震支护结构包括：
设于所述矿山井筒的井壁处的井壁支护结构；
外支护弹簧钢筒和内支护弹簧钢筒，所述外支护弹簧钢筒和所述内支护弹簧钢筒设于所述易液化层处且彼此套设，所述外支护弹簧钢筒邻近所述矿山井筒的外周壁，所述内支护弹簧钢筒邻近所述矿山井筒的井壁；
抗震支护连接机构，所述抗震支护连接机构设于所述外支护弹簧钢筒和所述内支护弹簧钢筒之间，其中，
所述抗震支护连接机构包括：
水平横向锚杆组，所述水平横向锚杆组沿水平方向延伸且连接在所述内支护弹簧钢筒的外壁上，所述水平横向锚杆组穿过所述外支护弹簧钢筒后伸入井筒处的岩层内；
竖向锚杆组，所述竖向锚杆组竖直延伸且将所述下定位支护环固于所述井筒处的岩层内，
上定位支护环和下定位支护环，所述上定位支护环和所述下定位支护环分别沿沿上下方向间隔开设置在所述外支护弹簧钢筒和所述内支护弹簧钢筒之间；
抗震连接杆组，所述抗震连接杆组连接在所述上定位支护环和所述下定位支护环之间，其中，所述抗震连接杆组为具有弹性变形能力的弹簧钢制成。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述内支护弹簧钢筒的径向厚度大于所述外支护弹簧钢筒的径向厚度，所述外支护弹簧钢筒的顶部与所述内支护弹簧钢筒的顶部之间支撑设置有上支撑盖座。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述水平横向锚杆组、所述竖向锚杆组均包括多个锚杆，且所述水平横向锚杆组、所述竖向锚杆组中的各个锚杆均为空心锚杆。
4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述水平横向锚杆组至少包括多个上水平横向锚杆和多个下水平横向锚杆，多个所述上水平横向锚杆沿着所述井筒的中心轴线圆周阵列设置，多个下水平横向锚杆也沿着所述井筒的中心轴线圆周阵列设置。
5.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述竖向锚杆组包括多组列锚杆组，各组所述列锚杆组沿着所述井筒的中心轴线圆周阵列设置，每组所述列锚杆组均包括多个沿着所述井筒径向方向延伸的多个竖向锚杆，所述竖向锚杆的下端部设置有膨胀开口端，所述膨胀开口端设置有沿着其轴向方向延伸的开口，该开口被构造成在注入膨胀锚固浆液膨胀后使得该膨胀开口端膨胀。
6.根据权利要求5所述的结构，其特征在于，每组所述列锚杆组中包括多个竖向锚杆，靠近所述外支护弹簧钢筒的所述竖向锚杆的锚入深度大于靠近所述内支护弹簧钢筒的竖向锚杆的锚入深度。
7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述抗震连接杆组包括多根阵列间隔布置的抗震连接杆，所述抗震连接杆的上端采用上螺栓连接固定在所述上定位支护环的上端，所述抗震连接杆的下端采用下螺栓连接在所述下定位支护环的下端。
8.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述抗震连接杆包括：
上圆柱固定卡紧段，所述上圆柱固定卡紧段固定卡接穿过所述上定位支护环设置；
下圆柱固定卡紧段，所述下圆柱固定卡紧段固定卡接穿过所述下定位支护环设置；
弹性变形抗扭段，所述弹性变形抗扭段设于所述上圆柱固定卡紧段和所述下圆柱固定卡紧段之间，所述弹性变形抗扭段的外侧具有抗扭的翅片结构，所述翅片结构沿着上下方向延伸设置；
上抗扭连接柱，所述上圆柱固定卡紧段与所述弹性变形抗扭段之间采用所述上抗扭连接柱连接；
下抗扭连接柱，所述下圆柱固定卡紧段与所述弹性变形抗扭段之间采用所述下抗扭连接柱连接。
9.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述井筒的筒壁上位于所述内支护弹簧钢筒的下方设置有与所述内支护弹簧钢筒的内壁平齐的锚固层，所述锚固层由锚固片网和锚固浆构成。
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