CN201705357U - 可缩方形钢性罐道 - Google Patents

Abstract

一种可缩方形钢性罐道，其特征是由方形钢性罐道和可缩接头组成；可缩接头由导向套和导向柱组成，导向柱外侧的鱼口和导向套的鱼口位置相互错开，二者的鱼口部分形成位移空间，导向柱的方形结构插入导向套的内侧方孔，并能上下自由位移，导向柱焊接在罐道上部，导向套焊接在罐道下部；设滑板代替罐道固定板，滑板上设长条孔，滑板和罐道梁(或托架)二者的中心线错开一定的距离，罐道梁或托架位置保持不变；可缩方形钢性罐道固定在罐道梁或托架上，上下承接已有的现用罐道，滑板和罐道梁或托架产生相对移动，导向套与导向柱产生相对运动，将井壁破裂带附近的罐道下沉量全部吸收防止方形钢性罐道的破坏，也可以作为井壁发生破裂前后罐道缓慢下沉的防治措施。

Description

可缩方形钢性罐道 

技术领域

本实用新型涉及一种可缩方形钢性罐道，能在立井井壁发生破裂灾害时防止对方形钢性罐道的破坏，还可以作为井壁破裂灾害发生前后罐道缓慢下沉的防治措施。 

背景技术

1987年7月至今，淮北、大屯、徐州、永夏、兖州等矿区已有80多个立井井筒相继发生井壁破裂灾害，造成巨大的经济损失。其共同特征为： 

(1)井壁受压破裂。井壁发生破裂时，内壁混凝土成块剥落，纵向钢筋向内弯曲，破裂处漏水，砸坏设备、电缆和井筒装备。罐道、排水管、压风管等发生弯曲，严重时会造成事故，而且在井壁发生破裂后还能继续缓慢下沉。 

(2)破裂时间集中。井壁破裂灾害均发生于每年的4-10月份，大多集中于6-8月份。 

(3)破裂位置集中。多数在第四系深厚表土层与基岩交界面附近。 

(4)破坏的井筒都穿过较厚的第四系表土层，层厚大多在100-350m之间，表土层下部均有一与下伏煤系地层有水力联系且补给水不充分的砾石、砂砾或粗砂承压含水层，属特殊地层。含水层上部普遍覆盖有较厚的弱透水或近乎不透水的粘土层，井壁破裂时，此含水层的水位均有下降，下降量42-150m不等。 

(5)伴随着表土层下部含水层的水位下降，矿井工业广场均有不同程度的下沉，下沉幅度在250-500mm之间；沉降速率在20-50mm/a左右；沉降率(地表下沉量与表土层厚度之比)为1-2‰左右。 

(6)井筒中破裂带以上的排水管上移量不超过0.05m(排水管在抱箍内的上移痕迹)，破裂带以下的排水管下移量不超过0.15m(排水管固定托架的锚杆拔出后下移痕迹)，以及从井筒中破裂带纵向钢筋向内弯曲的程度来看，井壁破裂时破裂带上方的井壁实体下沉量最大不超过0.2m。 

通过大型摸拟试验，中国矿业大学于1989年首次证实了特殊地层含水层疏排水时井壁竖直附加力的存在，提出了井壁破裂机理：特殊地层含水层疏水，造成水位下降，含水层承受的有效应力增大，产生固结压缩，引起上覆土体下沉。土体在沉降过程中施加于井壁外表面一个以往从末认识到的竖直附加力。竖直附加力增长到一定值时，混凝土井壁不能承受巨大竖直应力而破坏。 

罐道在井筒中为提升容器起到导向和定位的作用，现用罐道多数为方形空心钢性罐道，每根罐道的两头用端头挡板(铁板)焊接封死内侧方孔，防止井筒中的淋水进入罐道内部。罐道缝间隙为2mm，大大小于井壁破裂时的下沉量，无法防止罐道发生下坠、挤压、弯曲等现象。当罐道弯曲变形过大时，造成提升容器在井筒中不能运行，有时还会造成提升事故，也给处理井壁破裂灾害造成很大的困难，必要时须设凿井用临时吊盘下放人员、材料进行处理，费时费工影响生产。 

井壁破裂灾害发生前，因地表缓慢下沉也能造成罐道间隙压实，所以应定期检查罐道间隙的大小，当罐道间隙压实后则须重新切割罐道，否则压力会使罐道发生较为显著的弹性变形或塑性变形。切割罐道时须在井筒中施工，施工强度大、时间长，既不安全又影响生产。但此方法也可作为井壁破裂灾害发生前的预防措施。 

现用罐道通过固定板用螺栓连接在罐道梁或托架上(罐道梁或托架固定在井壁上)，罐道梁或托架在井筒中的上下层间距一般为6m，每根罐道的长度为11.998m(因为罐道缝间隙为2mm)，罐道的长度与罐道梁或托架的层间距相匹配。罐道梁或托架板的四角均设透孔(连接罐道固定板)，孔间距上下一般为450mm，固定板孔与罐道梁或托架板水平方向的透孔相匹配，每个罐道梁或托架板与罐道上的2个固定板用螺栓连接。罐道与固定板为焊接结构。 

发明内容

现用罐道发生弯曲的根本原因是罐道通过罐道梁或托架固定在井壁上，当井壁破裂下沉时，在井壁破裂带以上的罐道跟随下沉，破裂带附近的罐道承受的压应力无法垂直释放，只能水平释放，造成罐道弯曲，因此释放罐道承受的压应力是处理问题的关键。 

为了克服现用罐道的不足，本实用新型提供一种可缩方形钢性罐道，该罐道安装在井筒表土层与基岩交界面附近，当井壁破裂灾害发生时能将破裂带附近的罐道下沉量吸收，防止破裂带附近的罐道受压发生弯曲变形，保证提升容器在井筒中的正常运行，不影响正常生产，而且给处理井筒其他装备时下人下料提供方便。 

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：在保持罐道梁或托架位置不变的情况下，把表土层与基岩交界面附近3根完整的现用罐道更换成4段可缩方形钢性罐道(以最接近表土层与基岩交界面的罐道梁或托架作为中间位置)，可缩方形钢性罐道设置3个可缩接头及5套滑板(每套2个)，可缩接头由导向套和导向柱组成，导向柱焊接在罐道上部，导向套焊接在罐道下部；导向柱外侧的鱼口和导向套的鱼口位置相互错开，二者的鱼口部分形成位移空间，导向柱的方形结构插入导向套的内侧方孔，并能上下自由位移，导向套和导向柱组合后 截面的外形尺寸与方形钢性罐道一致，保证可缩方形钢性罐道上下平直；设滑板代替罐道固定板，滑板上设长条孔，滑板和罐道梁(或托架)二者的中心线错开一定的距离，滑板和罐道梁或托架可以产生相对移动，保证可缩方形钢性罐道有0.3m可压缩的行程，防止罐道在井壁破裂灾害发生前后和发生时的受压变形。 

此技术方案作为井壁发生破裂后罐道继续下沉的防治措施时，只需把破裂带附近的2根完整的罐道更换成3段可缩方形钢性罐道(含1节调节罐道)，保证可缩方形钢性罐道有0.1m可压缩的行程，防止破裂带上方的罐道继续缓慢下沉压缩下罐道。 

因破裂带上方的井壁实体下沉量最大不超过0.2m，可缩方形钢性罐道有0.3m可压缩的行程，剩余的0.1m作为井壁破裂灾害发生前后罐道缓慢下沉的位移行程，提高其实用性和安全系数。 

本实用新型的有益效果是，4段可缩罐道的长度能达到36m(3根完整的现用罐道长度)，井壁破裂带发生在上部可缩罐道和下部可缩罐道之间范围内(长度为36m)的任何位置，都可以有效地防止罐道压缩变形，为判断破裂带的位置留出了富裕长度，解决了由于井壁破裂位置的不确定性，难以找准破裂位置上下两根罐道梁或托架的难题；也可作为防止井壁破裂事故发生前因地表缓慢下沉造成罐道间隙压实的防治措施，不需要人工在井筒中切割罐道；可缩罐道的压缩变形量还可以作为估计地表下沉量和井架倾斜程度及原因的参考数据：因井架观测一年一次，时间较长，而可缩罐道的压缩变形量可以作为日检内容一天观测一次，比较容易掌握现场数据。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 

图1是本实用新型组装结构图，图2是图1的左视图。以托架上下层间距为6m，每根罐道的实际长度为11.998m为例，把3根完整的现用罐道更换成如图1所示的4段可缩方形钢性罐道。C-C为托架中心线。C1-C1为最接近表土层与基岩交界面的托架中心线。 

图3是现用罐道安装固定示意图。罐道缝间隙(接茬处)要求为2mm。 

图4是图1的上部可缩罐道，图5是图4的左视图。C-C为托架中心线，滑板长条孔的下部半圆孔对准托架四角孔，穿入连接螺栓。 

图6是图1的中间长罐道，图7是图6的左视图。C-C为托架中心线，滑板长条孔下部以上0.1m处对准托架四角孔，穿入连接螺栓。C1-C1为最接近表土层与基岩交界面的托架中心线，滑板长条孔下部以上0.1m处对准托架四角孔，穿入连接螺栓。 

图8是图1的中间短罐道，图9是图8的左视图。C-C为托架中心线，滑板长条孔下部以上0.2m处对准托架四角孔，穿入连接螺栓。因中间短罐道只有四条连接螺栓固定，所以其长度较短(2.17m)。 

图10是图1的下部可缩罐道，图11是图10的左视图。C-C为托架中心线，滑板长条孔的上部半圆孔对准托架四角孔，穿入连接螺栓。 

图12是图13(导向套)的A-A剖面图，图13是导向套的主视图，图14是图13俯视图。导向套(图13)外形是方形结构(与现用罐道截面一致)，导向套鱼口和导向柱的鱼口位置相互错开。 

图15是图1的导向套与导向柱(可缩接头)组装图，图16是图15的左视图。导向套内侧方孔和鱼口是位移空间，导向套鱼口和导向柱的鱼口相配合能上下自由位移。导向柱内侧方孔上方用铁板焊接封死，防止井筒中的淋水通过导向柱内侧方孔进入罐道内部。每个接头可缩行程为0.1m。 

图17是图18(导向柱)的B-B剖面图，图18是导向柱的主视图，图19是图18的仰视图。导向柱(图18)外形与现用罐道截面一致，上端部分为方形结构(插入导向套的内侧方孔，并能上下自由位移)，导向柱的鱼口和导向套鱼口位置相互错开。 

图20是本实用新型用于井壁发生破裂后的可缩方形钢性罐道组装图，图21是图20的左视图。以托架上下层间距为6m，每根现用罐道的实际长度为11.998m为例。C-C为托架中心线。 

图1中1.上部可缩罐道滑板，2.上部可缩接头，3.中间长罐道滑板，4.中部可缩接头，5.中间短罐道滑板，6.下部可缩接头，7.下部可缩罐道滑板，8.固定板，9.罐道端头挡板 

图2中10.下部可缩罐道，11.中间可缩短罐道，12.导向柱，13.中间可缩长罐道，14.导向套，15.上部可缩罐道 

图3中16.托架板，17.现用罐道，18.托架板四角孔(水平两孔与固定板孔相匹配) 

图21中19.调节罐道 

具体实施方式

图1所示的实施例中，可缩方形钢性罐道是由方形钢性罐道和可缩接头组成，可缩接头由导向柱(12)和导向套(14)组成。导向柱(12)焊接在罐道上部，导向套(14)焊接在罐道下部。导向柱(12)和导向套(14)全部使用不锈钢制造，其刚度和强度均大于方形钢性罐道。设滑板代替固定板，焊接在方形钢性罐道上，滑板和托架二者的中心线错开一定的距离，滑板使用16Mn钢板制作，其刚度和强度均大于Q235钢板(固定板材料)。按照3根现用罐 道(17)的实际长度，把每个可缩接头留出0.1m的可压缩行程后，制作成总体相等长度的4段可缩方形钢性罐道，可缩方形钢性罐道固定在托架上，上下承接已有的现用罐道。导向柱(12)和导向套(14)组合后截面的外形尺寸与方形钢性罐道一致，保证可缩方形钢性罐道上下平直，滚轮及罐耳可平稳通过导向柱(12)和导向套(14)。 

当井壁破裂罐道发生下沉位移时(包含缓慢下沉位移)，托架和滑板产生相对移动(连接螺栓在滑板长条孔内上下移动)，托架和滑板产生相对移动量最大为0.3m；导向柱(12)与导向套(14)也产生相对移动，每个可缩接头的行程可以为0.1m，3个可缩接头的行程为0.3m，通过二者的共同作用，将罐道的下沉量全部吸收。现分段加以说明： 

1.当井壁破裂带在P1区间内，也就是上部可缩罐道(15)的上下托架之间。上部可缩罐道(15)及其上托架跟随下沉而下托架不动，上部可缩罐道滑板(1)通过长条孔和下托架产生相对下移，最大为0.3m：其中0.1m被上部可缩接头(2)吸收后，上部可缩罐道(15)压迫中间长罐道(13)沿中间长罐道滑板(3)长条孔下移0.2m，其中0.1m被中部可缩接头(4)吸收，中间长罐道(13)又压迫中间短罐道(11)沿中间短罐道滑板(5)长条孔下移0.1m，最后0.1m被下部可缩接头(6)吸收。 

2.当井壁破裂带在P2区间内，也就是上部可缩罐道(15)的下托架和中间长罐道(13)的上托架之间。上部可缩罐道(15)及其托架跟随下沉，最大为0.3m：其中0.1m被上部可缩接头(2)吸收后，上部可缩罐道(15)压迫中间长罐道(13)沿中间长罐道滑板(3)长条孔下移0.2m，其中0.1m被中部可缩接头(4)吸收，中间长罐道(13)又压迫中间短罐道(11)沿中间短罐道滑板(5)长条孔下移0.1m，最后0.1m被下部可缩接头(6)吸收。 

3.当井壁破裂带在P3区间内，也就是中间长罐道(13)的上下托架之间。中间长罐道(13)的上托架和上部可缩罐道(15)跟随下沉，最大为0.3m：中间长罐道(13)的上托架在中间长罐道滑板(3)长条孔内下移0.1m被上部可缩接头(2)吸收后，上部可缩罐道(15)压迫中间长罐道(13)下移0.2m，被中部可缩接头(4)吸收0.1m，中间长罐道(13)又压迫中间短罐道(11)沿中间短罐道滑板(5)长条孔下移0.1m，最后0.1m被下部可缩接头(6)吸收。 

4.当井壁破裂带在P4区间内，也就是中间长罐道(13)的下托架和中间短罐道(11)的托架之间。上部可缩罐道(15)和中间长罐道(13)跟随下沉，最大为0.3m：其中0.1m被中部可缩接头(4)吸收后，中间长罐道(13)压迫中间短罐道(11)沿中间短罐道滑板(5)长条孔下移0.1m，被下部可缩接头(6)吸收后顶住中间长罐道(13)，中间长罐道(13)的 上下托架继续下移0.1m，上部可缩罐道(15)跟随下移，最后被上部可缩接头(2)吸收。 

5.当井壁破裂带在P5区间内，也就是下部可缩罐道(8)的上托架和中间短罐道(11)的托架之间。上部可缩罐道(15)、中间长罐道(13)和中间短罐道(11)跟随下沉，最大为0.3m：其中0.1m被下部可缩接头(6)吸收后，中间短罐道(11)被下部可缩罐道(8)顶住，中间短罐道(11)的托架沿中间短罐道滑板(5)长条孔下移0.2m，被中部可缩接头(4)吸收0.1m，中间长罐道(13)又被中间短罐道(11)顶住，中间长罐道(13)的托架沿中间长罐道滑板(3)长条孔下移0.1m，上部可缩罐道(15)跟随下移，被上部可缩接头(2)吸收。 

6.当井壁破裂带在P6区间内，也就是下部可缩罐道(8)的上下托架之间。上托架及以上部分跟随下沉而下托架不动，下部可缩罐道滑板(5)和上托架产生相对移动，最大为0.3m：其中0.1m被下部可缩接头(6)吸收后，中间短罐道(11)被下部可缩罐道(8)顶住，中间短罐道(11)的托架沿中间短罐道滑板(5)长条孔下移0.2m，其中0.1m被中部可缩接头(4)吸收，中间长罐道(13)又被中间短罐道(11)顶住，中间长罐道(13)的托架沿中间长罐道滑板(3)长条孔下移0.1m，上部可缩罐道(15)跟随下移，最后被上部可缩接头(2)吸收。 

图20所示的另一个实施例中，在井壁发生破裂后能防止破裂带上方的罐道继续下沉压缩下罐道： 

破裂带的具体位置在某一根罐道的中间托架以上时，把破裂带及破裂带以上的2根完整的罐道更换成3段可缩方形钢性罐道(含1个可缩接头及2套滑板)，其中有上部可缩罐道(15)、下部可缩罐道(8)和调节罐道(19)，在破裂带留有可缩接头并保证0.1m可压缩的行程，防止破裂带上方的罐道继续下沉压缩下罐道。调节罐道(19)须安装在上部可缩罐道(15)的上方，上部可缩罐道(15)的长度必须缩短4.1m，配合调节罐道(19)，以便和现用的罐道长度相匹配。下部可缩罐道(8)的各部尺寸不动。 

当破裂带的具体位置在某一根罐道的中间托架以下时，调节罐道(19)须安装在下部可缩罐道(8)的下方，下部可缩罐道(8)的长度必须缩短4.1m，配合调节罐道(19)，以便和现用的罐道长度相匹配。上部可缩罐道(15)的各部尺寸不动。 

Claims (1)

1.一种可缩方形钢性罐道，其特征是：可缩方形钢性罐道由方形钢性罐道和可缩接头组成；可缩接头由导向套和导向柱组成，导向柱外侧的鱼口和导向套的鱼口位置相互错开，二者的鱼口部分形成位移空间，导向柱的方形结构插入导向套的内侧方孔，并能上下自由位移，导向柱焊接在罐道上部，导向套焊接在罐道下部；设滑板代替罐道固定板，滑板上设长条孔，滑板和罐道梁或托架二者的中心线错开一定的距离，罐道梁或托架位置保持不变；可缩方形钢性罐道固定在罐道梁或托架上，上下承接已有的现用罐道；导向套和导向柱组合后截面的外形尺寸与方形钢性罐道一致，保证可缩方形钢性罐道上下平直；滑板和罐道梁或托架产生相对移动，导向套与导向柱产生相对运动，将井壁破裂带附近的罐道下沉量全部吸收。 

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