CN110653932A - 一种混凝土竖井井筒模型制作装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土竖井井筒模型制作装置及使用方法，它解决了现有技术中拆模易导致模型破坏、易漏浆、对中位置不准确的问题，具有操作简单、对中准确、不漏浆、拆模成功率高的效果；其技术方案为：包括套设在一起的外筒体和内筒体，所述外筒体与内筒体之间形成横截面为环形的空腔，所述空腔的两端分别连接特制套管，通过特制套管将外筒体和内筒体的端部封闭；其中，所述外筒体沿其轴向开设多个设定长度的安装缝，在安装缝位置设置卡扣结构；所述内筒体由多段可拆卸连接的筒体组成，且相邻筒体内部设有支撑结构。

Description

一种混凝土竖井井筒模型制作装置及使用方法

技术领域

本发明涉及煤矿竖井井筒技术领域，尤其涉及一种混凝土竖井井筒模型制作装置及使用方法。

背景技术

煤矿竖井作为联系生产与安全的核心通道，其安全状态一直是煤矿关注焦点。其中，淮南、淮北、徐州、兖州地区相继有多个深厚冲积层地区的混凝土竖井井筒出现非采动破坏。上述破坏井筒均呈现竖向压裂特征，罐道缝被压实，混凝土表层剥落，井筒无明显水平错动、扭曲、倾斜现象。井筒破坏不仅威胁煤矿工人生命安全，还给煤矿造成巨大经济损失。深厚冲积层地区的混凝土井筒底部坐落在基岩上，不存在基础沉降问题。采矿活动和工农业用水导致第四系含水层的水向采空区渗流，底部含水层土体发生固结压缩变形，上覆土层随后发生沉降变形，土层与井筒相互摩擦产生向下的负摩擦力，该摩擦力随土层固结压缩量增大而增大。

目前，虽然学者已经逐步认识到不断增加的竖向负摩擦力可能导致井筒发生破坏，但是尚不能准确回答井筒何时发生破坏。发明人发现，有学者采用数值模拟方法对混凝土井筒的变形破坏过程开展研究，促进了对井筒破坏机制认识，但是数值模拟结果缺乏试验验证。实际煤矿混凝土竖井井筒深度都是几百米，采用真实尺寸的混凝土井筒开展试验并不现实，这就需要将井筒尺寸按比例缩小，开展井筒相似模型试验。井筒相似模型的制作装置已有报道，由于井筒相似模型高度超过1m，而其厚度往往不超过5cm，导致井筒高度与厚度极不协调，进而导致井筒模型制作和拆模非常困难。但是现有的制作装置存在制作过程复杂、对中位置不准确、跑浆、漏浆问题严重、模具与模型黏在一起、拆模导致模型破损、拆模成功率低等缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种混凝土竖井井筒模型制作装置及使用方法，其具有操作简单、对中准确、不漏浆、拆模成功率高的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种混凝土竖井井筒模型制作装置，包括套设在一起的外筒体和内筒体，所述外筒体与内筒体之间形成横截面为环形的空腔，所述空腔的两端分别连接特制套管，通过特制套管将外筒体和内筒体的端部封闭；

其中，所述外筒体沿其轴向开设多个设定长度的安装缝，在安装缝位置设置卡扣结构；所述内筒体由多段可拆卸连接的筒体组成，且相邻筒体内部设有支撑结构。

进一步的，所述特制套管由直径不同的第一圆筒和第二圆筒组成，且第二圆筒固定于第一圆筒的一端，所述第一圆筒的另一端浇筑完成后封闭。

进一步的，所述第二圆筒的外径等于所浇筑井筒的内径，第一圆筒的内径等于所浇筑井筒的外径。

进一步的，所述卡扣结构包括与安装缝固定的卡扣座、插接于卡扣座中的连接筋。

进一步的，所述支撑结构包括十字架，所述十字架端部通过弧形连接件与内筒体固定连接。

进一步的，所述内筒体的筒体之间通过V型槽首尾连接。

进一步的，所述外筒体的内、外壁均贴有无痕胶带，且外筒体的外壁设置钢箍。

进一步的，所述外筒体采用聚四氟乙烯材料制成，内筒体采用木质材料。

一种混凝土竖井井筒模型制作装置的使用方法，包括以下步骤：

加工外筒体：采用角磨机沿外筒体轴线加工安装缝，沿安装缝两侧均匀布置卡扣结构；

在外筒体的内外壁贴附无痕胶带，并用钢箍加固于外筒体外侧；

加工内筒体：将多个筒体卡合在一起，并在筒体内部安装十字架；

在外筒体的内壁、内筒体的外壁预先涂抹脱模剂(在外筒体的内壁涂抹凡士林，在内筒体的外壁涂抹环氧树脂)，静置设定时间；

将内筒体和外筒体同向卡入底部特制套管，在浇筑完成后，将内筒体和外筒体卡入顶部特制套管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的内外筒体两端连接特制套筒，能够维持模型稳定；外筒体开设安装缝，并在安装缝位置设置卡扣结构，拆模时只需将卡扣结构的连接筋从上方抽出，打开卡扣座对井筒模型内外壁进行拆离，由此大大减少了拆模难度，提高了模型拆模后的成功率；

(2)本发明的外筒体的内外壁粘贴有无痕胶带，由于无痕胶带厚度几乎没有，对模型的影响可以忽略不计，外筒体外壁通过钢箍施加横向约束，以免对无痕胶带造成过大压力而导致渗漏；

(3)本发明的内筒体为预制的木质薄壁圆筒，主要抵抗浇筑期间产生的挤压力，利用优质薄壁木质圆筒管本身的硬度和内部木质十字架抵抗力即可避免向内渗流；

(4)本发明内筒体和外筒体同向卡入底部特制套管中，除防渗作用外，同时固定了内外筒体底部的相对位置，当浇筑完成后，卡入顶部特制套管，这样井壁的厚度就可以很好的确定了，避免了在凝固期间内壁由于各种原因导致的井壁厚度不一致的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例一的俯视图；

图2为本发明实施例一的局部视图；

图3为本发明实施例一的局部剖面图；

图4为本发明实施例一的特制套管结构示意图；

图5为本发明实施例一的特制套管剖视图；

图6为本发明实施例一的引流装置结构示意图；

其中，1、外筒体，2、内筒体，3、弧形连接件，4、连接筋，5、十字架，6、特制套管，7、第一圆筒，8、第二圆筒。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“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，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，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的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在拆模易导致模型破坏、易漏浆、对中位置不准确的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种混凝土竖井井筒模型制作装置及使用方法。

实施例一：

下面结合附图1-图5对本发明进行详细说明，具体的，结构如下：

本实施例提供了一种混凝土竖井井筒模型制作装置，适用于绝大多数相似材料、高度、厚度的井筒制作，包括外筒体1、内筒体2、特制套管6和支撑结构，其中，内筒体2套设于外筒体1的内部，外筒体1的内径与内筒体2的外径差值为井壁厚度，浇筑后在内筒体2与外筒体1之间形成浇筑井筒；外筒体1、内筒体2的两端安装特制套管6，支撑结构安装于内筒体2内部。

考虑到成本及可重复利用性，本实施例的外筒体1采用聚四氟乙烯材料制成，内筒体2为木质薄壁圆筒。所述外筒体1沿其轴向开设多个间隔分布且具有设定长度的安装缝以避免外筒体1膨胀，安装缝采用角磨机开设。在本实施例中，安装缝的长度占外筒体1高度的90％，且安装缝与外筒体1上、下表面的距离相同。

每条安装缝均匀布置多个卡扣结构，通过卡扣结构将外筒体1固定。进一步的，卡扣结构包括卡扣座和连接筋4，卡扣座为开孔的金属贴片，且金属贴片成组设置，每组的两个金属贴片关于安装缝对称，金属贴片的一端与外筒体1固定，另一端悬空，金属贴片的悬空端具有上下对应的开孔。

所述连接筋4沿竖直方向上穿过同一安装缝的各组金属贴片开孔，起到卡扣作用。在本实施例中，连接筋4为钢筋。拆模时可将连接筋4上方抽出，打开卡扣座对井筒模型内外壁进行拆离，由此大大减少了拆模难度，提高了模型拆模后的成功率。相比于专门制作的卡槽类半圆形壳，其制作工艺难度降低，同时减少了等待材料的制作时间和材料花费。

由于角磨机的切割刀片本身具有一定厚度，切割后外筒体1无法完全闭合，为了防止渗漏，在外筒体1的内、外壁粘贴有无痕胶带，且外筒体1的外侧安装钢箍施加横向约束，以免对无痕胶带造成过大压力，导致渗漏。

所述内筒体2由多段可拆卸连接的筒体组成，筒体端部设置V型槽，相邻筒体通过V型槽相互卡合在一起，且位于端部的筒体单端开设V型槽，位于中间的筒体两端均开设V型槽，相邻筒体连接位置安装支撑结构。在本实施例中，采用四个筒体插接在一起，其内部具有三个支撑结构。可以理解的，在其他实施例中，筒体数目可以根据实际要求选择。

所述支撑结构包括十字架5和弧形连接件3，十字架5的四个端部分别连接弧形连接件3，通过弧形连接件3与内筒体2内壁固定连接，弧形连接件3的弧度适应内筒体2的内壁，配合十字架5形成稳定支撑。内筒体2主要抵抗浇筑期间产生的挤压力，利用优质薄壁木质圆筒管本身的硬度和内部木质的十字架5抵抗力即可避免向内渗流。

所述特制套管6由直径不同的第一圆筒7和第二圆筒8组成，第一圆筒7的直径大于第二圆筒8，且第二圆筒8通过环形的连接板固定于第一圆筒7的一端，所述第一圆筒7的另一端通过圆形板封闭，且在浇筑完成后封闭。所述第二圆筒8的外径等于所浇筑井筒的内径，第一圆筒7的内径等于所浇筑井筒的外径。为了维持装置的稳定性，安装于内筒体2和外筒体1底部的特制套管6的圆板尺寸可大于第一圆筒7直径。

本实施例混凝土井筒模型制作装置的使用方法包括以下步骤：

加工外筒体：采用角磨机沿外筒体1轴线加工安装缝，沿安装缝两侧均匀布置卡扣结构。

在外筒体1的内外壁贴附无痕胶带，并用钢箍加固于外筒体1外侧。

加工内筒体：将多个筒体卡合在一起，并在筒体内部安装十字架5。

在外筒体1的内壁、内筒体2的外壁预先均匀的涂抹脱模剂，静置至脱模剂不再呈可流动液体状，再进行组装；其中，在确保效果的情况下，尝试了多种脱模剂，常规的抹油方案效果不佳，并且油会渗入浆液中影响模型强度，最终根据现场混凝土和多种脱模剂材料的亲和性试验，本实施例将凡士林涂抹于外筒体1内壁，将内筒体2外壁涂抹环氧树脂。

将内筒体和外筒体同向卡入底部特制套管6，底部特制套管6除防渗作用外，同时能够固定内筒体2和外筒体1底部的相对位置。为了减少浇筑时由于需要浇筑的材料过多、浇筑口过小而引发的材料大量浪费，导致井筒无法一次性浇筑完成而出现分层，或者多次拌和而引发的材料配比出现不同而造成整体试验结果不佳，采用引流装置辅助浇筑。

所述引流装置包括置于内层的实心柱体和置于外层的引流筒，所述引流筒的下端为与外筒体内径相同的圆筒、上端为直径足够大(可根据实际浇筑量而定)的圆筒，二者之间通过锥形斜面连接为一体。内层的实心柱体避免了材料从内壁中间流出，引流筒扩大了倒入材料的直径，极大增加了浇筑速度，减少了浪费的材料。

在浇筑完成后，将内筒体2和外筒体1卡入顶部特制套管6，以确定井壁的厚度，避免了在凝固期间内壁由于各种原因导致的井壁厚度不一致的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混凝土竖井井筒模型制作装置，其特征在于，包括套设在一起的外筒体和内筒体，所述外筒体与内筒体之间形成横截面为环形的空腔，所述空腔的两端分别连接特制套管，通过特制套管将外筒体和内筒体的端部封闭；

其中，所述外筒体沿其轴向开设多个设定长度的安装缝，在安装缝位置设置卡扣结构；所述内筒体由多段可拆卸连接的筒体组成，且相邻筒体内部设有支撑结构。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土竖井井筒模型制作装置，其特征在于，所述特制套管由直径不同的第一圆筒和第二圆筒组成，且第二圆筒固定于第一圆筒的一端，所述第一圆筒的另一端在浇筑完成后封闭。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土竖井井筒模型制作装置，其特征在于，所述第二圆筒的外径等于所浇筑井筒的内径，第一圆筒的内径等于所浇筑井筒的外径。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土竖井井筒模型制作装置，其特征在于，所述卡扣结构包括与安装缝固定的卡扣座、插接于卡扣座中的连接筋。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土竖井井筒模型制作装置，其特征在于，所述支撑结构包括十字架，所述十字架端部通过弧形连接件与内筒体固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土竖井井筒模型制作装置，其特征在于，所述内筒体的筒体之间通过V型槽首尾连接。

7.根据权利要求1所述的一种混凝土竖井井筒模型制作装置，其特征在于，所述外筒体的内、外壁均贴有无痕胶带，且外筒体的外壁设置钢箍。

8.根据权利要求1所述的一种混凝土竖井井筒模型制作装置，其特征在于，所述外筒体采用聚四氟乙烯材料制成，内筒体采用木质材料。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种混凝土竖井井筒模型制作装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

加工外筒体：采用角磨机沿外筒体轴线加工安装缝，沿安装缝两侧均匀布置卡扣结构；

在外筒体的内外壁贴附无痕胶带，并用钢箍加固于外筒体外侧；

加工内筒体：将多个筒体卡合在一起，并在筒体内部安装十字架；

在外筒体的内壁、内筒体的外壁预先涂抹脱模剂，静置设定时间；

将内筒体和外筒体同向卡入底部特制套管，在浇筑完成后，将内筒体和外筒体卡入顶部特制套管。

10.根据权利要求9所述的一种混凝土竖井井筒模型制作装置的加工方法，其特征在于，在外筒体的内壁涂抹凡士林，在内筒体的外壁涂抹环氧树脂。

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