CN113982594B - 蒸压养护装置及制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蒸压养护装置及制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法，蒸压养护装置用于蒸压养护超高强钻井井壁，蒸压养护装置包括蒸压仓、仓盖、蒸汽发生器、蒸汽泵送管和井壁定形模具，所述蒸压仓的内部中空，利用所述井壁定形模具能够浇筑成型所述井壁，所述井壁定形模具连同所述井壁能够吊装至所述蒸压仓内，所述蒸汽发生器和若干蒸汽泵送管均设置所述蒸压仓内，所述蒸汽发生器能够通过若干所述蒸汽泵送管向所述蒸压仓内泵送蒸汽。本发明的技术方案大大提高了井壁混凝土的强度，获得了超高强钻井井壁结构，特别是在冬季通过对超高强钻井井壁进行蒸压养护也能施工，解决了传统的洒水及喷淋养护难以加快混凝土强度提高和冬季不能施工的问题。

Description

蒸压养护装置及制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法

技术领域

本发明涉及工程构件的养护技术领域，特别涉及一种蒸压养护装置及制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法。

背景技术

钻井法凿井具有施工安全好、机械化程度高、井壁质量可靠，特别是可实现机械化、智能化施工，是今后深立井凿井的发展趋势。随着浅部煤炭资源渐趋枯竭，为开采深部煤炭资源，新建矿井井筒穿过的含水软弱地层越来越深，当采用钻井法凿井时，钻井井壁受到的外荷载也越来越大。为抵御强大的外荷载作用，必须要采用超高强井壁结构。目前，在我国深井钻井井壁结构中，多采用内层钢板高强混凝土和双层钢板高强混凝土复合井壁结构，不但成本高、加工工艺复杂，特别是在某些地区地下水矿化度高，井筒在使用过程中内层钢板锈蚀严重，大大降低了井壁结构承载力，严重影响矿井的安全生产，而超高强钻井井壁能够解决上述问题。

随着我国煤炭行业的发展，矿井的掘进深度不断增加，为保障矿井施工的安全性，在超高强钻井井壁预制的过程中，常选择高强混凝土作为筑壁材料以此来提升井壁的质量，而高强混凝土的水化反应剧烈，且在不加缓凝剂的情况下早期强度上升很快，若无很好的养护装置及养护方法，很容易出现干裂、强度下降等问题。养护的目的一是为了创造条件使水泥充分水化，加速混凝土硬化；二是避免因暴晒或严寒等条件下而产生不正常收缩、出现温度裂缝等破损现象。

一般情况下，井壁混凝土构件在浇筑完成后应至少养护7天方可投入工程使用，这在很大程度上限制了矿井施工的工程进度，难以提高工程建设效率。

目前矿井施工中常用的井壁养护装置或养护方法通常存在以下不足：1)工程中传统的洒水或喷淋养护仅限于解决混凝土早期水化热而产生收缩裂缝，难以加快混凝土强度的发挥；2)冬季施工时，传统的洒水养护无法使用，且井壁混凝土构件的浇筑属于大体积混凝土施工，而核心区混凝土早期的水化热较高，混凝土在较大的温差下极易产生温度裂缝；3)少数装置进行蒸气喷淋时无法对蒸汽进行二次回收利用，在一定程度上造成了水资源的浪费。

因此，在矿井建设中，为提高井壁混凝土的强度和加快工程建设效率，亟需一种蒸压养护装置及制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸压养护装置及制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法，利用该蒸压养护装置能够对超高强钻井井壁进行蒸压养护，解决了现有的养护方法在冬季施工时对于超高强钻井井壁等大体积混凝土构件在工程现场难以达到理想养护效果，以及传统的洒水及喷淋养护难以加快混凝土强度提高和冬季不能施工的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种蒸压养护装置，用于蒸压养护超高强钻井井壁，包括蒸压仓、仓盖、蒸汽发生器、蒸汽泵送管和井壁定形模具，所述蒸压仓的内部中空且上端敞开，所述仓盖覆盖在所述蒸压仓的上端，利用所述井壁定形模具能够浇筑成型所述井壁，所述井壁定形模具连同所述井壁能够吊装至所述蒸压仓内，所述蒸汽发生器和若干所述蒸汽泵送管均设置所述蒸压仓内，所述蒸汽发生器能够通过若干所述蒸汽泵送管向所述蒸压仓内泵送蒸汽。

进一步地，在上述的蒸压养护装置中，所述仓盖连接有上连接块，所述蒸压仓连接有下连接块，所述上连接块与所述下连接块相对设置，固定螺栓连接所述上连接块和所述下连接块进而将所述仓盖和所述蒸压仓连接。

进一步地，在上述的蒸压养护装置中，还包括数显控制器，所述数显控制器位于所述蒸压仓外，所述蒸汽泵送管和所述蒸汽发生器均与所述数显控制器连接。

进一步地，在上述的蒸压养护装置中，所述蒸压仓为环形筒状体，所述蒸压仓的外壁贴有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和所述压力传感器均与所述数显控制器连接。

进一步地，在上述的蒸压养护装置中，所述蒸汽发生器设置在所述蒸压仓的中心处，所述蒸汽发生器的底端与所述蒸压仓底部连接，若干所述蒸汽泵送管围绕所述蒸汽发生器分布；优选地，若干所述蒸汽泵送管沿所述蒸压仓的高度方向上依次设置有多层；优选地，若干所述蒸汽泵送管沿蒸压仓的高度方向上依次设置有3～4层。

进一步地，在上述的蒸压养护装置中，所述井壁定形模具包括两块内模板、两块外模板、上法兰盘和下法兰盘，两块所述内模板均与所述井壁的内壁接触，两块所述外模板均与所述井壁的外壁接触；所述内模板和所述外模板均为半圆环结构，内层加固螺栓连接两块所述内模板，外层加固螺栓连接两块所述外模板；所述下法兰盘为环形结构，两块所述内模板的底端均与所述下法兰盘的内环端接触，两块所述外模板的底端均与所述下法兰盘的外环端接触；所述上法兰盘为环形结构，两块所述内模板的顶端均与所述上法兰盘的内环端接触，两块所述外模板的顶端均与所述上法兰盘的外环端接触；所述下法兰盘和所述上法兰盘的内环和外环处均匀设置有若干定位螺栓孔，所述下法兰盘上设置有若干第二预留孔；吊装至所述蒸压仓内后，带有所述井壁的所述井壁定形模具位于所述蒸汽泵送管与所述蒸压仓的侧壁之间；优选地，所述井壁埋设有若干吊钩，所述上法兰盘均匀分布有若干浇筑口和若干第一预留孔，若干所述浇筑口和若干所述第一预留孔交替设置，若干所述吊钩的顶部通过若干所述第一预留孔预留在所述井壁外部，所述浇筑口用于向井壁定形模具内灌注形成所述井壁的混凝土材料；优选地，所述井壁定形模具还包括若干连接件，若干所述连接件的顶端通过所述第一预留孔与所述上法兰盘固定连接，若干所述连接件的底端通过所述第二预留孔与所述下法兰盘固定连接；优选地，所述井壁定形模具还包括浇筑底座，所述浇筑底座为环形结构，所述内模板的底端具有若干螺栓穿孔，所述外模板的底端具有若干螺栓穿孔，所述浇筑底座上表面设有环形的凹槽，两块所述内模板的底端和两块所述外模板的底端均能够进入所述凹槽内，两块所述内模板的底端均与所述凹槽的内环处的侧壁接触，两块所述外模板的底端均与所述凹槽的外环处的侧壁接触，所述凹槽的内环处和外环处的侧壁均具有若干螺栓穿孔；通过螺栓和螺栓穿孔使所述浇筑底座分别与所述内模板的下端和所述外模板的下端固定连接。

进一步地，在上述的蒸压养护装置中，所述仓盖上设置有泄压阀，所述上连接块上设置有隔热手柄；优选地，所述蒸汽发生器为柱状体，所述蒸汽发生器的底部设有电加热片。

进一步地，在上述的蒸压养护装置中，所述蒸汽发生器内设有水位监测器，所述水位监测器通过蒸汽发生器与所述数显控制器信号连接，所述水位监测器能够监测所述蒸汽发生器内的水位；优选地，还包括蒸汽冷凝箱和抽气装置，所述蒸汽冷凝箱位于所述蒸压仓外侧，所述抽气装置位于所述蒸压仓和所述蒸汽冷凝箱之间并将所述蒸压仓和所述蒸汽冷凝箱连通。

进一步地，在上述的蒸压养护装置中，还包括保温层，所述保温层覆盖在所述蒸压仓侧壁的外部；优选地，还包括浇筑平台，所述浇筑平台为钢筋混凝土结构，所述浇筑平台用于井壁的支模以及对井壁进行混凝土的浇筑。

另一方面，提供了一种制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法，其中，蒸压养护时利用上述的蒸压养护装置，所述方法包括以下操作步骤：

S1准备

首先需要搭建钢筋混凝结构的浇筑平台，在浇筑平台上摆放浇筑底座，然后分别将内模板的底端、下法兰盘和外模板的底端放入浇筑底座的凹槽内，接着用两个内层加固螺栓将两块内模板连为一体、两个外层加固螺栓将两块外模板连接为一体，在内模板和外模板之间设置连接件，并使连接件的底端通过第一预留孔与下法兰盘固定连接，最后安装上法兰盘，并使连接件的顶端通过第二预留孔与上法兰盘固定连接并形成井壁定形模具的整体，完成井壁定形模具的支模；

S2浇筑

S1完成后，通过上法兰盘的浇筑口向井壁定形模具内浇筑井壁并使用振捣棒完成振捣；

构筑所述井壁的材料按质量百分比由以下成分组成：水泥30％～32％、硅灰8％～9％、石英砂35％～37％、石英粉13％～14％、水7％～8％、减水剂1％～1.5％、钢纤维4％～5％；

优选地，在对井壁进行浇筑的过程中，利用第一预留孔在井壁内预埋设若干吊钩，用于后期井壁的起吊；

S3蒸养

S31打开仓盖，将振捣成型后的井壁连同井壁定形模具一起吊装至蒸压仓内，同时向蒸汽发生器内注水至标准水位，盖上仓盖后拧紧仓盖与蒸压仓四周的固定螺栓；

S32接通电源，打开抽气装置，待蒸压仓内冷空气排尽后关闭抽气装置，然后通过数显控制器设定蒸压养护参数，将目标蒸汽温度设置为上限170℃、下限150℃，蒸压仓内目标压力设置为不低于0.8MPa，启动加热模式，打开泄压阀，同时开启蒸汽泵送管，待蒸汽从泄压阀口喷出2～3分钟后，关闭泄压阀，至此，蒸压养护过程开始进行并蒸压养护18-24h；

S33关闭电源，打开仓盖，利用吊钩将井壁连同井壁定形模具吊出，拆除井壁定形模具的内模板、外模板和浇筑底座后再将井壁入蒸压仓内，按照S32步骤中的蒸压养护参数继续蒸压养护过程，继续蒸养36-48h，打开抽气装置，将蒸压仓内的蒸汽排入蒸汽冷凝箱内，待蒸压仓内温度下降至常温后打开仓盖吊出蒸压养护后的井壁。

分析可知，本发明公开一种蒸压养护装置及制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法，本发明的技术方案大大提高了混凝土的强度，获得了超高强钻井井壁结构，特别是在冬季通过对超高强钻井井壁进行蒸压养护也能施工，解决了传统的洒水及喷淋养护难以加快混凝土强度提高和冬季不能施工的问题。该蒸压养护装置通过将蒸压仓设计成环形筒状体结构，可实现在矿井工程现场将大型井壁的构件以吊装的方式置于其内部进行蒸压养护。井壁定形模具易于组装拆卸，可将施工现场刚浇筑完成的井壁整体化吊装至蒸压仓内，实现即浇筑即养护。通过在蒸压仓的内周各方向分层设置若干蒸汽泵送管，可使井壁的构件与喷出的高温蒸汽接触均匀，达到极佳的蒸汽接触效果。该蒸压养护装置通过抽气装置将蒸养结束后蒸压仓内的蒸汽排入至蒸汽冷凝箱中冷凝成液态水并储存，进行二次回收利用，实现水资源的循环利用，避免了水资源的浪费。

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发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为本发明一实施例的对井壁进行养护时的平面工作原理结构示意图。

图3为本发明一实施例的内模板和外模板装配的俯视结构示意图。

图4为本发明一实施例的下法兰盘的俯视结构示意图。

图5为本发明一实施例的上法兰盘的俯视结构示意图。

图6为本发明一实施例的浇筑底座的俯视结构示意图。

图7为本发明一实施例的利用井壁定形模具对井壁进行混凝土浇筑的结构示意图。

附图标记说明：1电加热片；2蒸汽发生器；3蒸汽泵送管；4蒸汽冷凝箱；5抽气装置；6蒸压仓；7隔热手柄；8固定螺栓；9泄压阀；10仓盖；11压力传感器；12温度传感器；13数显控制器；14水位监测器；15保温层；16井壁；17内层加固螺栓；18外层加固螺栓；19井壁定形模具；20内模板；21外模板；22下法兰盘；23螺栓穿孔；24凹槽；25上法兰盘；26定位螺栓孔；27吊钩；28浇筑口；29第一预留孔；30浇筑平台；31连接件；32浇筑底座；33第二预留孔。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，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的具体含义。

所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。

如图1至图7所示，根据本发明的实施例，提供了一种蒸压养护装置，用于制作和蒸压养护超高强钻井井壁，如图1所示，该蒸压养护装置包括蒸压仓6、仓盖10、蒸汽发生器2、蒸汽泵送管3和井壁定形模具19，蒸压仓6的内部中空且上端敞开，仓盖10覆盖在蒸压仓6的上端，蒸压仓6内部可存放大直径的井壁16的构件，井壁16为超高强钻井井壁，利用井壁定形模具19能够浇筑成型井壁16，井壁定形模具19连同井壁16能够吊装至蒸压仓6内，蒸汽发生器2和若干蒸汽泵送管3均设置蒸压仓6内，蒸汽发生器2能够通过若干蒸汽泵送管3向蒸压仓6内泵送蒸汽。首先利用井壁定形模具19浇筑成型井壁16，然后将浇筑成型的井壁16及井壁定形模具19吊装至蒸压仓6内进行蒸压养护，该蒸压养护装置不受温度影响，在冬季也能够对井壁16进行蒸压养护，利用蒸压仓6对井壁16进行蒸压养护加快了井壁16混凝土强度的提高。

进一步地，仓盖10连接有上连接块，蒸压仓6连接有下连接块，上连接块与下连接块相对设置，固定螺栓8连接上连接块和下连接块进而将仓盖10和蒸压仓6连接。如此设置能够方便地将仓盖10和蒸压仓6固定连接，方便安装和拆卸仓盖10。

进一步地，该蒸压养护装置还包括数显控制器13，数显控制器13位于蒸压仓6外，蒸汽泵送管3和蒸汽发生器2均与数显控制器13连接。蒸汽泵送管3可根据数显控制器13的反馈信号来调节控制蒸汽输送量，以维持蒸压仓6内的蒸汽压力值及温度值的相对恒定。

进一步地，蒸压仓6为环形筒状体，蒸压仓6的外壁贴有温度传感器12和压力传感器11，温度传感器12与压力传感器11均与数显控制器13连接。温度传感器12和压力传感器11将蒸压仓6内温度及压力值以电信号的形式反馈给数显控制器13，实时监测蒸压仓6内的温度和压力。

进一步地，如图1和图2所示，蒸汽发生器2设置在蒸压仓6的中心处，蒸汽发生器2的底端与蒸压仓6底部连接，若干蒸汽泵送管3围绕蒸汽发生器2分布，优选地，若干蒸汽泵送管3沿蒸压仓6的高度方向上依次设置有多层，优选地，若干蒸汽泵送管3沿蒸压仓6的高度方向上依次设置有3～4层，且每层围绕蒸汽发生器2设置有若干蒸汽泵送管3。如此设置能够使井壁16与喷出的高温蒸汽接触均匀，达到极佳的蒸汽接触效果。

进一步地，如图3至图5所示，井壁定形模具19包括两块内模板20、两块外模板21、上法兰盘25和下法兰盘22，两块内模板20和两块外模板21均为半圆环结构，两块内模板20均与井壁16的内壁接触，两块外模板21均与井壁16的外壁接触。内层加固螺栓17连接两块内模板20，外层加固螺栓18连接两块外模板21。如此设置能够使内模板20和外模板21易于拆卸。

下法兰盘22为环形结构，两块内模板20的底端均与下法兰盘22的内环端接触，两块外模板21的底端均与下法兰盘22的外环端接触。如图5所示，上法兰盘25为环形结构，两块内模板20的顶端均与上法兰盘25的内环端接触，两块外模板21的顶端均与上法兰盘25的外环端接触。如图7所示，井壁16埋设有若干吊钩27，上法兰盘25上均匀设置有若干浇筑口28和若干第一预留孔29，若干浇筑口28和若干第一预留孔29交替设置，若干吊钩27的顶部通过若干第一预留孔29预留在井壁16外部，浇筑口28用于向井壁定形模具19内灌注形成井壁的混凝土材料，吊钩27用于在对井壁16进行蒸养的过程中以及蒸养完成后对井壁16进行起吊。下法兰盘22和上法兰盘25的内环和外环处均匀设置有若干定位螺栓孔26，下法兰盘22上设置有若干第二预留孔33。下法兰盘22和上法兰盘25成对加工，以便利用下法兰盘22和上法兰盘25并通过定位螺栓孔26将多段单节的井壁16进行固定连接形成井筒。上法兰盘25上的浇筑口28和第一预留孔29的数量需根据实际工程需要进行确定，在本发明的一实施例中，浇筑口28和第一预留孔29均设置有16个。优选地，井壁定形模具19还包括若干连接件31，连接件31可以为钢筋，若干连接件31的顶端通过第一预留孔29与上法兰盘25固定连接，若干连接件31的底端通过第二预留孔33与下法兰盘22固定连接，若干连接件31沿下法兰盘22和上法兰盘25的周圈均匀分布，连接件31对下法兰盘22和上法兰盘25起到固定连接的作用，防止井壁16在起吊的过程中发生损坏。优选地，如图6和图7所示，井壁定形模具19还包括浇筑底座32，浇筑底座32为环形结构，内模板20的底端具有若干螺栓穿孔23，外模板21的底端具有若干螺栓穿孔23，浇筑底座32上表面设有环形的凹槽24，两块内模板20的底端和两块外模板21的底端均能够进入凹槽24内，两块内模板20的底端均与凹槽24的内环处的侧壁接触，两块外模板21的底端均与凹槽24的外环处的侧壁接触，凹槽24的内环处和外环处的侧壁均具有若干螺栓穿孔23；通过螺栓和螺栓穿孔23使浇筑底座32分别与内模板20的下端和外模板21的下端固定连接。浇筑底座32用于对浇筑后的井壁16起到兜底塑形的固定作用，且便于将施工现场刚浇筑完成的井壁16连同井壁定形模具19整体化吊装至蒸压仓6内，实现即浇即养护，加速井壁16混凝土早期水化反应的进行，提高施工现场井壁16的构件的养护效果。吊装至蒸压仓6内后，带有井壁16的井壁定形模具19位于蒸汽泵送管3与蒸压仓6的侧壁之间。

进一步地，如图1所示，仓盖10上设置有泄压阀9，上连接块上设置有隔热手柄7；优选地，蒸汽发生器2为柱状体，蒸汽发生器2内部可储水，蒸汽发生器2的底部设有电加热片1，通过加热的方式将液态水汽化，为蒸压仓6内的高温高压环境提供蒸汽来源。当蒸压仓6内压力过高时，泄压阀9会自行泄压，将过余蒸汽排出，隔热手柄7为耐高温材质，隔绝高温，降低装置安全隐患。

进一步地，蒸汽发生器2内设有水位监测器14，水位监测器14能够监测蒸汽发生器2内的水位；水位监测器14通过蒸汽发生器2与数显控制器13信号连接，当蒸汽发生器2内的水位过低时，水位监测器14会自行触发音乐报警并将信号反馈给数显控制器13，然后数显控制器13会自行切断电源，预示需向蒸汽发生器2内补水，以防止装置干烧。优选地，该蒸压养护装置还包括蒸汽冷凝箱4和抽气装置5，蒸汽冷凝箱4位于蒸压仓外侧，抽气装置5位于蒸压仓6和蒸汽冷凝箱4之间并将蒸压仓6和蒸汽冷凝箱4连通。抽气装置5可将蒸养结束后的蒸压仓6内的蒸汽排至蒸汽冷凝箱4内，使蒸汽冷凝形成液态水，从而循环利用水资源，避免了水资源的浪费。

进一步地，该蒸压养护装置还包括保温层15，保温层15整体为环状，保温层15覆盖在蒸压仓6侧壁的外部。环状的保温层15可减少该蒸压养护装置在蒸压养护过程中的热量损失。优选地，该蒸压养护装置还包括浇筑平台30，浇筑平台30为钢筋混凝土结构，浇筑平台30用于井壁16的支模以及对井壁16进行混凝土的浇筑。

本发明还公开了一种制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法，其中，蒸压养护时利用上述的蒸压养护装置，该方法包括以下操作步骤：

S1准备

对井壁定形模具19进行支模，参考工程现场实际情况，在进行井壁16浇筑前，首先需要搭建钢筋混凝结构的浇筑平台30，由于发明一实施例中钻井井壁16的外直径为6m，因此将浇筑平台30尺寸直径设置为7～8m，并要求其表面有较好的平整度，后续井壁16的浇筑均在此平台上进行，在浇筑平台30上摆放浇筑底座32分别将内模板20的底端、下法兰盘22和外模板21的底端放入浇筑底座32的凹槽24内；接着用两个内层加固螺栓17将两块内模板20连为一体、两个外层加固螺栓18将两块外模板21连接为一体，在内模板20和外模板21之间设置连接件31，并使连接件31的底端通过第一预留孔29与下法兰盘22固定连接，最后安装上法兰盘25，并使连接件31的顶端通过第二预留孔33与上法兰盘25固定连接，并形成井壁定形模具19的整体，用全站仪进行测量，使上法兰盘25和下法兰盘22的水平度及上下方位误差均不大于5mm，完成井壁定形模具19的支模。

S2浇筑

S1完成后，通过上法兰盘25上的浇筑口28向井壁定形模具19内浇筑井壁16，构筑井壁16的材料按质量百分比由以下成分组成：水泥30％～32％、硅灰8％～9％、石英砂35％～37％、石英粉13％～14％、水7％～8％、减水剂1％～1.5％、钢纤维4％～5％。构筑井壁的材料为一种活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)是一种新型超高性能混凝土材料，具备超高强、高耐久的特性，首次将其作为钻井井壁的筑壁材料，能够效解决工程中存在的问题(比如成本高、加工工艺复杂，特别是在西北地区地下水矿化度高的情况下，井筒在使用过程中内层钢板腐蚀严重，大大降低了井壁结构承载力)。

采用以上材料配合比制作的超高强钻井井壁，在常规养护条件下，其抗压强度可达到120MPa左右，在本发明公开的蒸压养护条件下，抗压强度可达到200MPa以上，并且具有抗拉强度高、韧性好，抗锈蚀性强等优异性能。

水泥选用P.O 52.5等级以上的硅酸盐水泥，在本发明的一实施例中，水泥选用P.O52.5R硅酸盐水泥。材料选择高标号的P.O 52.5R硅酸盐水泥是为了在最大程度上激发材料强度的发挥，以达到超高强筑壁材料的研制目的。

硅灰的含硅量在95％以上、平均粒径为0.1～0.2μm、比表面积为17000m²/kg～18000m²/kg。硅灰的目的是替代部分水泥，以此激发粉末混凝土材料的反应活性，硅灰含硅量越高，其越有利于高强混凝土的研制。硅灰具有很强的火山灰活性，可与水泥水化产生的对强度不利的Ca(OH)₂发生二次水化反应，生成致密的网状CSH凝胶体从而改善混凝土基体的孔结构，上述参数选择后的硅灰更能够加快混凝土强度的增长。石英砂选用中砂与细砂的质量比按照2∶1的级配组合，其中中砂粒径为0.212～0.425mm，细砂粒径为0.15～0.212mm。对于配合比中的“粗集料”进行粗砂与细沙2∶1的颗粒级配其目的是为了提高石英砂的组分细度，先期试验表明，当粗砂与细砂混掺比例为2∶1时，其级配效果为最优。石英砂选用中砂与细砂按照质量比的2∶1进行级配组合，中砂粒径为0.212～0.425mm，细砂粒径为0.15～0.212mm，级配优良的集料在配置混凝土时可用较少的水泥浆来填充空隙并包裹石英砂表面，且有利于改善拌合物的稳定性。

石英粉细度范围是325目～400目。石英粉作为材料配合比中的“细集料”，经前期大量试验试配，确定其细度范围在325目～400目左右的试验效果为最优。石英粉作为粒径极小的粉末状微集料，能较好地填充石英砂这类细集料所组成的集料架构中的微孔隙，可以提高混凝土拌合物的密实度，以保证材料性能高强。减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为25％-30％，由于活性粉末混凝土需要低水胶比作为先决条件，但这同时也导致了混凝土的流动性变差，故而需要选择减水剂以提高拌合物流动性。

钢纤维为镀铜平直钢纤维。钢纤维的长为10mm～13mm、直径为0.18mm～0.2mm。由于超高强混凝土本身是一种高脆性材料，其破坏特征表现为脆性破坏，加入镀铜平直钢纤维的目的是为了显著提高其劈裂抗拉强度并提升其延性性能。

井壁16的浇筑过程采用自动化强制式搅拌站，先投入石英砂、石英粉，后投入水泥、硅灰、钢纤维，搅拌2min后，将溶有高效聚羧酸减水剂的水加入，再搅拌1.5～2min，搅拌均匀后采用混凝土输送泵输送至支模完成后的井壁定形模具19内，利用振捣器完成振捣工作。

优选地，在对井壁16进行浇筑的过程中，利用第一预留孔29在井壁16内预埋设若干吊钩27，用于后期井壁16的起吊。

S3蒸养

S31打开仓盖10，将振捣成型后的井壁16连同井壁定形模具19一起吊装至蒸压仓6内，同时向蒸汽发生器2内注水至标准水位，盖上仓盖10后拧紧仓盖10与蒸压仓6四周的固定螺栓8；

S32接通电源，打开抽气装置5，待蒸压仓6内冷空气排尽后关闭抽气装置5，然后通过数显控制器13设定蒸压养护参数，将目标蒸汽温度设置为上限170℃、下限150℃，蒸压仓6内目标压力设置为不低于0.8MPa。然后启动加热模式，打开泄压阀9，同时开启蒸汽泵送管3，待蒸汽从泄压阀9口喷出2-3分钟后，关闭泄压阀9，数显控制器13通过温度传感器12监测蒸压仓6内的温度、通过压力传感器11监测蒸压仓6内的压力，蒸汽泵送管3根据数显控制器13的反馈信号调节控制蒸汽输送量，维持蒸压仓6内的蒸汽压力值及温度值的相对恒定。至此，蒸压养护过程开始进行并蒸压养护24h，蒸压养护的总时间一般为3d(即72h)，混凝土一般在18-24h左右脱模，进而能够将井壁定形模具19拆除。蒸汽从泄压阀9口喷出2～3分钟后，关闭泄压阀9为了保证由蒸汽发生器2所产生的蒸汽通过蒸汽泵送管3泵送能够充满整个蒸压仓6，故而以泄压阀9有均匀的蒸汽喷出2～3分钟后来作为判断标准，2～3分钟为经验取值，同时也是为了避免一定的偶然性，确保仓内的蒸汽是充满且匀布的。优选地，蒸压仓6内目标压力设置为0.8MPa～1MPa。

S33关闭电源，打开仓盖10，利用吊钩27将井壁16连同井壁定形模具19吊出，拆除井壁定形模具19的内模板20、外模板21和浇筑底座32后再将井壁16吊入蒸压仓6内(上法兰盘25和下法兰盘22不拆除，以便后期利用下法兰盘22和上法兰盘25并通过定位螺栓孔26将多段单节的井壁16进行固定连接形成井筒)，按照S32步骤中的蒸压养护参数继续蒸压养护36-48h，蒸压养护结束后，打开抽气装置5，将蒸压仓6内的蒸汽排入蒸汽冷凝箱4内，待蒸压仓6内温度下降至室温后打开仓盖10，吊出蒸压养护后的井壁16。蒸压仓6内温度下降至室温后打开仓盖10是为了防止蒸压仓6内温度较高的残余蒸汽流出导致操作人员烫伤，保证安全。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1)本发明的技术方案大大提高了井壁混凝土的强度，获得了超高强钻井井壁结构，特别是在冬季通过对超高强钻井井壁进行蒸压养护也能施工，解决了传统的洒水及喷淋养护难以加快混凝土强度提高和冬季不能施工的等问题。

2)该蒸压养护装置通过将蒸压仓10设计成环形筒状体结构，可实现在矿井工程现场将大型井壁16的构件以吊装的方式置于其内部进行蒸压养护。

3)井壁定形模具19易于组装拆卸，可将施工现场刚浇筑完成的井壁16整体化吊装至蒸压仓6内，实现即浇筑即养护。

4)通过在蒸压仓6的内周各方向分层设置若干蒸汽泵送管3，可使井壁16的构件与喷出的高温蒸汽接触均匀，达到极佳的蒸汽接触效果。

5)该蒸压养护装置通过抽气装置5将蒸养结束后蒸压仓6内的蒸汽排入至蒸汽冷凝箱4中冷凝成液态水并储存，进行二次回收利用，实现水资源的循环利用，避免了水资源的浪费。

6)井壁16选择活性粉末混凝土和纤维作为筑壁材料，克服了传统钢板或钢筋混凝土复合井壁结构在地下水矿化物高的地层中易被锈蚀而导致承载力下降的缺陷，利用活性粉末纤维混凝土具备超高强、高耐久的特性。通过蒸压养护及参数的设计，比如将蒸压养护装置的目标蒸汽温度设置为上限170℃、下限150℃、目标压力设置为不低于0.8～1MPa，在高温蒸压的环境下可实现强度的快速提升，加速了井壁混凝土构件早期水化反应的进行，抗压强度最高可达200MPa，从而显著提高井壁16的混凝土的强度与耐久性能，提升工程质量和建设效率。

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

Claims (18)

1.一种蒸压养护装置，用于蒸压养护超高强钻井井壁，其特征在于，包括蒸压仓(6)、仓盖(10)、蒸汽发生器(2)、蒸汽泵送管(3)和井壁定形模具(19)，

所述蒸压仓(6)的内部中空且上端敞开，所述仓盖(10)覆盖在所述蒸压仓(6)的上端，

利用所述井壁定形模具(19)能够浇筑成型所述井壁(16)，所述井壁定形模具(19)连同所述井壁(16)能够吊装至所述蒸压仓(6)内，

所述蒸汽发生器(2)和若干所述蒸汽泵送管(3)均设置所述蒸压仓(6)内，

所述蒸汽发生器(2)能够通过若干所述蒸汽泵送管(3)向所述蒸压仓(6)内泵送蒸汽；

所述井壁定形模具(19)包括两块内模板(20)、两块外模板(21)、上法兰盘(25)和下法兰盘(22)，两块所述内模板(20)均与所述井壁(16)的内壁接触，两块所述外模板(21)均与所述井壁(16)的外壁接触；

所述内模板(20)和所述外模板(21)均为半圆环结构，内层加固螺栓(17)连接两块所述内模板(20)，外层加固螺栓(18)连接两块所述外模板(21)；

所述下法兰盘(22)为环形结构，两块所述内模板(20)的底端均与所述下法兰盘(22)的内环端接触，两块所述外模板(21)的底端均与所述下法兰盘(22)的外环端接触；

所述上法兰盘(25)为环形结构，两块所述内模板(20)的顶端均与所述上法兰盘(25)的内环端接触，两块所述外模板(21)的顶端均与所述上法兰盘(25)的外环端接触；

所述下法兰盘(22)和所述上法兰盘(25)的内环和外环处均匀设置有若干定位螺栓孔(26)，所述下法兰盘(22)上设置有若干第二预留孔(33)；

吊装至所述蒸压仓(6)内后，带有所述井壁(16)的所述井壁定形模具(19)位于所述蒸汽泵送管(3)与所述蒸压仓(6)的侧壁之间。

2.根据权利要求1所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述仓盖(10)连接有上连接块，所述蒸压仓(6)连接有下连接块，所述上连接块与所述下连接块相对设置，固定螺栓(8)连接所述上连接块和所述下连接块进而将所述仓盖(10)和所述蒸压仓(6)连接。

3.根据权利要求1所述的蒸压养护装置，其特征在于，

还包括数显控制器(13)，所述数显控制器(13)位于所述蒸压仓(6)外，所述蒸汽泵送管(3)和所述蒸汽发生器(2)均与所述数显控制器(13)连接。

4.根据权利要求3所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述蒸压仓(6)为环形筒状体，所述蒸压仓(6)的外壁贴有温度传感器(12)和压力传感器(11)，所述温度传感器(12)和所述压力传感器(11)均与所述数显控制器(13)连接。

5.根据权利要求1所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述蒸汽发生器(2)设置在所述蒸压仓(6)的中心处，所述蒸汽发生器(2)的底端与所述蒸压仓(6)底部连接，若干所述蒸汽泵送管(3)围绕所述蒸汽发生器(2)分布。

6.根据权利要求5所述的蒸压养护装置，其特征在于，

若干所述蒸汽泵送管(3)沿所述蒸压仓(6)的高度方向上依次设置有多层。

7.根据权利要求5所述的蒸压养护装置，其特征在于，

若干所述蒸汽泵送管(3)沿蒸压仓(6)的高度方向上依次设置有3～4层。

8.根据权利要求1所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述井壁(16)埋设有若干吊钩(27)，所述上法兰盘(25)均匀分布有若干浇筑口(28)和若干第一预留孔(29)，若干所述浇筑口(28)和若干所述第一预留孔(29)交替设置，若干所述吊钩(27)的顶部通过若干所述第一预留孔(29)预留在所述井壁(16)外部，所述浇筑口(28)用于向井壁定形模具(19)内灌注形成所述井壁(16)的混凝土材料。

9.根据权利要求8所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述井壁定形模具(19)还包括若干连接件(31)，若干所述连接件(31)的顶端通过所述第一预留孔(29)与所述上法兰盘(25)固定连接，若干所述连接件(31)的底端通过所述第二预留孔(33)与所述下法兰盘(22)固定连接。

10.根据权利要求8所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述井壁定形模具(19)还包括浇筑底座(32)，所述浇筑底座(32)为环形结构，所述内模板(20)的底端具有若干螺栓穿孔(23)，所述外模板(21)的底端具有若干螺栓穿孔(23)，所述浇筑底座(32)上表面设有环形的凹槽(24)，两块所述内模板(20)的底端和两块所述外模板(21)的底端均能够进入所述凹槽(24)内，两块所述内模板(20)的底端均与所述凹槽(24)的内环处的侧壁接触，两块所述外模板(21)的底端均与所述凹槽(24)的外环处的侧壁接触，所述凹槽(24)的内环处和外环处的侧壁均具有若干螺栓穿孔(23)；通过螺栓和螺栓穿孔(23)使所述浇筑底座(32)分别与所述内模板(20)的下端和所述外模板(21)的下端固定连接。

11.根据权利要求2所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述仓盖(10)上设置有泄压阀(9)，所述上连接块上设置有隔热手柄(7)。

12.根据权利要求11所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述蒸汽发生器(2)为柱状体，所述蒸汽发生器(2)的底部设有电加热片(1)。

13.根据权利要求3所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述蒸汽发生器内设有水位监测器(14)，所述水位监测器(14)通过蒸汽发生器(2)与所述数显控制器(13)信号连接，所述水位监测器(14)能够监测所述蒸汽发生器(2)内的水位。

14.根据权利要求13所述的蒸压养护装置，其特征在于，

还包括蒸汽冷凝箱(4)和抽气装置(5)，所述蒸汽冷凝箱(4)位于所述蒸压仓(6)外侧，所述抽气装置(5)位于所述蒸压仓(6)和所述蒸汽冷凝箱(4)之间并将所述蒸压仓(6)和所述蒸汽冷凝箱(4)连通。

15.根据权利要求1所述的蒸压养护装置，其特征在于，

还包括保温层(15)，所述保温层(15)覆盖在所述蒸压仓(6)侧壁的外部。

16.根据权利要求15所述的蒸压养护装置，其特征在于，

还包括浇筑平台(30)，所述浇筑平台(30)为钢筋混凝土结构，所述浇筑平台(30)用于井壁(16)的支模以及对井壁(16)进行混凝土的浇筑。

17.制作和蒸压养护超高强钻井井壁的方法，其中，蒸压养护时利用权利要求1-16任意一项所述的蒸压养护装置，其特征在于，

所述方法包括以下操作步骤：

S1准备

首先需要搭建钢筋混凝结构的浇筑平台(30)，在浇筑平台(30)上摆放浇筑底座(32)，然后分别将内模板(20)的底端、下法兰盘(22)和外模板(21)的底端放入浇筑底座(32)的凹槽(24)内，接着用两个内层加固螺栓(17)将两块内模板(20)连为一体、两个外层加固螺栓(18)将两块外模板(21)连接为一体，在内模板(20)和外模板(21)之间设置连接件(31)，并使连接件(31)的底端通过第一预留孔(29)与下法兰盘(22)固定连接，最后安装上法兰盘(25)，并使连接件(31)的顶端通过第二预留孔(33)与上法兰盘(25)固定连接并形成井壁定形模具(19)的整体，完成井壁定形模具(19)的支模；

S2浇筑

S1完成后，通过上法兰盘(25)的浇筑口(28)向井壁定形模具(19)内浇筑井壁(16)并使用振捣棒完成振捣；

构筑所述井壁(16)的材料按质量百分比由以下成分组成：水泥30％～32％、硅灰8％～9％、石英砂35％～37％、石英粉13％～14％、水7％～8％、减水剂1％～1.5％、钢纤维4％～5％；

S3蒸养

S31打开仓盖(10)，将振捣成型后的井壁(16)连同井壁定形模具(19)一起吊装至蒸压仓(6)内，同时向蒸汽发生器(2)内注水至标准水位，盖上仓盖(10)后拧紧仓盖(10)与蒸压仓(6)四周的固定螺栓(8)；

S32接通电源，打开抽气装置(5)，待蒸压仓(6)内冷空气排尽后关闭抽气装置(5)，然后通过数显控制器(13)设定蒸压养护参数，将目标蒸汽温度设置为上限170℃、下限150℃，蒸压仓(6)内目标压力设置为不低于0.8MPa，启动加热模式，打开泄压阀(9)，同时开启蒸汽泵送管(3)，待蒸汽从泄压阀(9)口喷出2～3分钟后，关闭泄压阀(9)，至此，蒸压养护过程开始进行并蒸压养护18-24h；

S33关闭电源，打开仓盖(10)，利用吊钩(27)将井壁(16)连同井壁定形模具(19)吊出，拆除井壁定形模具(19)的内模板(20)、外模板(21)和浇筑底座(32)后再将井壁(16)吊入蒸压仓(6)内，按照S32步骤中的蒸压养护参数继续蒸压养护过程，继续蒸养36-48h，打开抽气装置(5)，将蒸压仓(6)内的蒸汽排入蒸汽冷凝箱(4)内，待蒸压仓(6)内温度下降至常温后打开仓盖(10)吊出蒸压养护后的井壁(16)。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，

在所述步骤S2中，在对井壁(16)进行浇筑的过程中，利用第一预留孔(29)在井壁(16)内预埋设若干吊钩(27)，用于后期井壁(16)的起吊。

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