冻结法凿井井筒井壁支护结构及其施工方法与流程

本发明涉及矿井支护结构领域，更具体地说，本发明涉及一种用于地压大的冻结法凿井井筒井壁支护结构及其施工方法。

背景技术：

井筒是矿井的咽喉部位，因其位置的特殊性，具有服务年限长等特点，为矿井工程的施工难点。据统计，冻结法施工的井壁破坏例子屡见不鲜，井筒在施工和生产过程中相继发生冻结段井壁支护结构破坏，甚至个别井筒造成淹井等重大事故。具体表现为冻结段井壁结构均不同程度发生开裂、断裂、破损等现象，反复维修多次，给矿井造成巨大的经济损失，并严重威胁着矿井的安全生产。

随着开采深度的增加，井筒越来越深，地压越来越大，井壁结构如果采用传统的支护结构形式，根据规范要求井壁按承受1.0静水压计算，井壁厚度太厚，大直径的深井井壁厚度甚至超过3m，不仅增大冻结、掘砌难度，同时也增加投资费用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种冻结法凿井井筒井壁支护结构及其施工方法，以解决目前存在的深井井壁厚度较大导致的各项问题。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种冻结法凿井井筒井壁支护结构施工方法，其包括以下步骤：将平面钢板制作成圆弧钢板，并在所述圆弧形钢板上预留泄水孔；将加工好的锚卡两端焊接在所述圆弧形钢板外侧；在所述圆弧形钢板外侧和井筒内侧之间铺设至少一层塑料板，并在所述塑料板内侧绑扎钢筋；将焊接好锚卡的所述圆弧形钢板拼装、找正、焊接；焊接完后，在所述圆弧形钢板外侧和井壁内侧之间，分段整体浇筑高强度高性能混凝土。

优选地，在上述施工方法中，所述平面钢板和圆弧形钢板厚度为10mm、16mm、20mm、25mm或35mm。

优选地，在上述施工方法中，所述锚卡由规格为宽80mm×长800mm×厚度20mm的扁钢弯曲加工而成。

优选地，在上述施工方法中，所述塑料板为双层的聚乙烯塑料板。

优选地，在上述施工方法中，所述钢筋包括环向设置的环筋和纵向设置的纵筋，所述环筋直径为22～32mm，所述纵筋直径为20～28mm，相邻的所述环筋间距和相邻的所述纵筋间距均为200～300mm。

优选地，在上述施工方法中，焊接所述圆弧形钢板时在矿井下，采用气电立焊与二氧化碳气体保护电弧焊工艺，实现立焊与横焊间的平行作业。

优选地，在上述施工方法中，每个段高为500mm～1240mm，所述混凝土强度等级采用C80～C90，部分段高浇筑钢筋钢纤维混凝土。

优选地，在上述施工方法中，所述圆弧形钢板及其焊缝采用重防腐涂层，包括：表面采用喷砂处理达到Sa2.5级；底层涂料采用环氧富锌底漆，涂层厚度为60μm；中间层涂料采用环氧云铁中间漆，涂层厚度为60μm；面层涂料采用环氧面漆，涂层厚度80μm。

优选地，在上述施工方法中，所述圆弧形钢板与钢筋混凝土或所述圆弧形钢板与钢筋钢纤维混凝土内预留4根环向均布注浆管，纵向上，所述注浆管间距不大于30m。

一种冻结法凿井井筒井壁支护结构，其包括：塑料板，设于井壁内侧；钢筋网，设于所述塑料板内侧；钢板筒，和井筒轴线平行设置，并位于井筒中心位置；混凝土，浇筑于所述塑料板、钢板筒之间。

分析可知，本发明提供一种钢板筒与混凝土复合井壁结构，在井壁满足规范对水压计算要求的同时，还能大幅度减薄井壁的厚度，减少施工难度，提高施工速度，节省大量投资，因此，钢板筒与钢筋混凝土(钢筋钢纤维混凝土)构成的复合井壁对巨厚表土层及高地压冻结井壁结构设计与应用方面具有推广价值。

附图说明

图1为本发明提供的支护结构实施例的横截面结构示意图；

图2为图1中沿线A-A的剖视结构示意图；

图3为图1中沿线B-B的剖视结构示意图；

图4为平面钢板焊接锚卡之后的结构示意图；

图5为锚卡的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

为了解决目前井筒井壁的支护难题，如图1、图2所示，在井壁1的内侧对井筒采用复合支护形式，其中井壁1为原井壁，其包括混凝土11、位于混凝土11外侧的钢板12，简而言之：在井壁1的内侧，采用圆弧形钢板2，圆弧形钢板2外侧焊接锚卡3，并现浇混钢筋混凝土或钢筋钢纤维混凝土(统称混凝土6)的复合支护形式。

本发明不但提供一种冻结法凿井井筒井壁支护结构，而且提供了相应的施工方法，为了清楚而又不产生赘述之感，下面将结合图1-图3所示的支护结构，对施工方法进行描述，而不独立的描述支护结构或施工方法。

如图1-图3所示，本发明提供的施工方法包括以下步骤：

首先，在地面将平面钢板制作成圆弧形钢板2，并在圆弧形钢板2上预留泄水孔20；再将加工好的如图5所示的锚卡3焊接在圆弧形钢板2外侧(井壁1一侧)，如图1-图4所示。

上述平面钢板或者说圆弧形钢板2的厚度根据需要有多种选择，例如10mm、16mm、20mm、25mm、35mm。每块圆弧形钢板2的高度可选择为500～2000mm、长度为3～5m(折弯为圆弧形钢板之前)。

优选地，本发明还在圆弧形钢板2加工之前或运入井下之前，对其作防腐处理。例如，对钢板表面采用喷砂处理达到Sa2.5级，然后喷漆，其中，底层涂料采用环氧富锌底漆，涂层厚度为60μm；中间层涂料采用环氧云铁中间漆，涂层厚度为60μm；面层涂料采用环氧面漆，涂层厚度80μm。更优选地，圆弧形钢板2与锚卡3之间的焊缝以及在井下各圆弧形钢板2之间的焊缝也采用该多重防腐涂层体系。

如图5所示，锚卡3由规格为宽80mm×长800mm×厚度20mm的扁钢弯曲加工而成，俯视观之，锚卡3呈U形。当然，锚卡3的规格并不局限于此，实际上，锚卡3的作用在于：使混凝土6和由圆弧形钢板2焊接成的钢板筒之间形成有效的整体，可见，锚卡3的形状、规格并无限定，满足岩土工程中“锚杆或锚索”的类似作用即可。

接着，在井壁1内侧，优选的是，紧贴井壁1内侧，铺设至少一层塑料板5，并在塑料板5内侧绑扎钢筋网。

优选地，塑料板5为层叠的双层，且塑料板5为聚乙烯塑料板。塑料板5内侧的钢筋网包括环筋41、纵筋42，其中，环筋41采用直径22～32mm的钢筋，纵筋42采用直径20～28mm的钢筋，相邻的环筋41或相邻的纵筋42之间间距为200～300mm，相交的环筋41、纵筋42则绑扎为一体。

接着，将焊接好锚卡3的圆弧形钢板2运送到井下，在井下拼装、找正，然后焊接为钢板筒。

优选地，各圆弧形钢板2的竖向和环向的拼接缝隙均采用焊缝连接，焊缝采用机械自动焊接，进一步地，竖向焊缝质量为二级。为提高焊接速度，可采用气电立焊与二氧化碳气体保护电弧焊工艺。能够实现立焊与横焊间的平行作业，大大加快钢板的焊接速度。

各圆弧形钢板2焊接为钢板筒之后，由于钢板筒的作用，在应用过程中，其可以改变混凝土6的受力状态，提高井壁整体的强度。

钢板筒焊接完后，在圆弧形钢板2外侧和井壁1内侧之间，分段整体浇筑高强度高性能混凝土6。

也就是说，上述焊接钢板筒也是分段进行的，并非在井壁1内侧的钢板筒全部焊接完成后，在浇筑混凝土6，而是钢板筒完成一段，混凝土6浇筑一段，分段施工。

优选地，每个段高为500mm～1240mm，混凝土6强度等级采用C80～C90，部分段高浇筑钢筋钢纤维混凝土。其中，钢筋钢纤维混凝土为在钢筋混凝土中添加适量的钢纤维，能有效提高混凝土6的抗拉性能，整体提高支护结构的安全性。

施工过程中，由于对混凝土6的强度等级要求较高，需要专人配制，在浇筑前做物理性能实验，然后再循环下一个段高。

如图2所示，圆弧形钢板2与混凝土6内预留4根等高的、环向均布的注浆管7，沿着井筒的纵向，注浆管7间距不大于30m。注浆管7的作用在于井壁1套砌结束后的适当时间内进行壁间注浆。因此，圆弧形钢板2在设置注浆管7位置处预留一个通孔，注浆管7敷设时与圆弧形钢板2焊接。

优选地，注浆完成后，为了防止漏浆，在注浆管7外端端头设置一个管堵71。进一步地，注浆管7材质选用Φ60X7无缝钢管(YB231-70)，管堵71的螺纹长100mm。

综上，本发明提供一种在冻结法凿井井筒施工中，井壁采用钢板筒与现浇钢筋混凝土复合井壁或钢板筒与钢筋钢纤维混凝土复合井壁结构支护形式。施工过程包括：焊有锚卡的圆弧形钢板筒既作为井壁的承载结构又作为混凝土浇筑模板，井壁一圈圆弧形钢板对接好后，对圆弧形钢板环向及竖向接缝进行焊接，形成钢板筒，然后向圆弧形钢板筒外侧现浇高强度、高性能钢筋或钢筋钢纤维混凝土，完成一个段高的钢板对接、施焊和混凝土浇筑后，再进行下一个段高的施工。

分析及现场试验表明，本发明可以广泛应用于各类矿井建设中，复合井壁不仅能构承受较大水土压力，而且能够减少井壁厚度、井筒掘进断面和冻结工程量等，从而降低矿井建设总造价。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。