[发明专利]基于恒阻大变形锚索的监测预警一体化深部立井井筒装置

说明书

本发明涉及一种基于恒阻大变形锚索的监测预警一体化深部立井井筒装置，该装置包括：井筒结构：为一截面为环形竖向布置的圆筒，包括井颈、井身和井底，所述的井身包括井壁和系统锚杆；锚固结构：在井壁内沿竖直方向设有多层，每层结构相同，均包括多个沿环向均匀水平设置穿过井壁向外的恒阻大变形锚索；支撑结构：水平环向设置在井壁内侧，用以支撑固定恒阻大变形锚索；监测系统：包括设置在恒阻大变形锚索上的压变式力学传感器以及与压变式力学传感器连接的预警系统，与现有技术相比，本发明具有提高承载能力、防止失稳、施工简单易行、空间充足等优点。

技术领域

本发明涉及深部立井井筒的结构体系和监测预警方法领域，尤其是涉及一种基于恒阻大变形锚索的监测预警一体化深部立井井筒装置。

背景技术

我国煤炭与石油、天然气相比是储存比较丰富的能源，在一次能源消费结构中占了60％左右，1949-2006年，我国共生产煤炭超过380亿吨，长期的开采导致浅埋藏的煤炭资源日益减少，我国煤炭资源埋藏深度在1000m-2000m的约占总储量的53.2％，深部煤炭的开采是势在必行。近30年多年来，井筒的平均深度不断加大，特别是华东地区的江苏、安徽、山东，以及河南等产煤大省，无论是从满足煤炭资源的需要还是从矿井接替的需要以及煤炭企业可持续发展的角度考虑，都迫切需要开展深部立井建设。以山东、安徽、河南等省为例，新建的井筒深达800～ 1000m。立井井筒的深度逐渐增加，带来的是穿越地层条件更加复杂，施工更加困难等问题。一些浅部立井井筒可以忽略的问题在深部立井井筒的设计中也需要纳入考虑范围之内，诸如表土层和活动性断层等复杂地层条件的影响。

在煤矿开采过程中，立井井筒非采动破坏是一种主要的井筒破坏形式，其主要表现为立井井筒在具有足够的保安矿柱的条件下，立井井筒的部分井壁发生严重变形和破坏。立井井筒的非采动破坏会对运输造成威胁，严重影响矿山的正常运营，危及生产安全，造成重大经济损失。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，井筒受到额外的负摩阻力作用产生较大的轴压力，最后导致井筒内壁发生剥落、压损或更严重的破坏。对于深部立井而言，因其具有更大的长细比，在相同的轴压力下更容易发生破坏。

因此，发明适合深部立井的井筒结构形式，并实现井筒结构安全性的自动化监测，不仅具有领先的技术意义，更具有极大的社会及经济意义。

发明内容

本发明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锚索的监测预警一体化深部立井井筒装置。

本发明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锚索的监测预警一体化深部立井井筒装置，该装置包括：

井筒结构：为一截面为环形竖向布置的圆筒，包括井颈、井身和井底，所述的井身包括井壁和系统锚杆；

锚固结构：在井壁内沿竖直方向设有多层，每层结构相同，均包括多个沿环向均匀水平设置穿过井壁向外的恒阻大变形锚索；

支撑结构：水平环向设置在井壁内侧，用以支撑固定恒阻大变形锚索；

监测系统：包括设置在恒阻大变形锚索上的压变式力学传感器以及与压变式力学传感器连接的预警系统。

所述的恒阻大变形锚索包括锁具、承载板、填充材料、钢绞线、套管、恒阻体、恒阻头和导向头，所述的锁具、压变式力学传感器、承载板、套管、恒阻头和导向头依次设置，所述的套管内顶部设有恒阻体，底部设有填充材料，所述的钢绞线顶端依次穿过锁具、压变式力学传感器、承载板和套管后与恒阻头连接，末端分别与相邻的恒阻大变形锚索的钢绞线末端相互连接。

所述的支撑结构采用鱼腹梁结构。