CN214170541U - 矿用井壁结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种矿用井壁结构，其中，该矿用井壁结构包括：多个井壁预制组件，多个井壁预制组件沿井筒中心环向设置，沿井筒轴线方向叠加设置；井壁预制组件包括：多腔方钢管，多腔方钢管的横截面呈矩形，包括多个钢板分隔形成的方形腔体；多个圆复合材料管，圆复合材料管的横截面呈圆形，圆复合材料管一一对应的设置在方形腔体内，圆复合材料管与多腔方钢管之间填充有第一混凝土，圆复合材料管内填充有第二混凝土。本申请的矿用井壁结构，减小了井壁厚度，体量小，节省材料，还减小了井筒开挖量和冻结孔数量，减少了投资成本，提高了井壁结构的承载力和耐久性，避免了威胁生产安全的问题。

Description

矿用井壁结构

技术领域

本申请涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种矿用井壁结构。

背景技术

随着浅层矿物资源的枯竭及采矿技术的发展，矿井工程的井筒越来越深，井壁支护结构承受的地压也越来越大，采用传统钢筋混凝土支护形式设计的井壁结构厚度太厚，体量大，不仅耗费了材料，还增大了井筒开挖量和冻结孔数量，大大增加了投资成本。

井壁支护结构不仅承受深部地压、水压、采矿扰动等荷载作用，还受到矿化渗流水、井内有害气体等的腐蚀与劣化作用。此种恶劣环境下，混凝土的承载力和耐久性问题突出，开裂、局部变形、钢筋外露等现象严重威胁生产安全。

实用新型内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请提出一种矿用井壁结构，用于解决现有技术中存在的井壁结构厚度太厚，体量大，不仅耗费了材料，还增大了井筒开挖量和冻结孔数量，大大增加了投资成本，以及承载力和耐久性差导致的威胁生产安全的技术问题。

为了实现上述目的，本申请第一方面实施例提供了一种矿用井壁结构，包括：多个井壁预制组件，所述多个井壁预制组件沿井筒中心环向设置，沿井筒轴线方向叠加设置；所述井壁预制组件包括：多腔方钢管，所述多腔方钢管的横截面呈矩形，包括多个钢板分隔形成的方形腔体；多个圆复合材料管，所述圆复合材料管的横截面呈圆形，所述圆复合材料管一一对应的设置在所述方形腔体内，所述圆复合材料管与所述多腔方钢管之间填充有第一混凝土，所述圆复合材料管内填充有第二混凝土。

本申请实施例提供的矿用井壁结构，井壁预制组件由多腔方钢管和多个圆复合材料管组合而成，且圆复合材料管与多腔方钢管之间填充有第一混凝土，圆复合材料管内填充有第二混凝土，形成了复合材料材-钢复合约束混凝土组合井壁结构，通过约束混凝土减小了井壁厚度，体量小，节省材料，还减小了井筒开挖量和冻结孔数量，大大减少了投资成本，提高了井壁结构的承载力和耐久性，避免了威胁生产安全的问题。

另外，根据本申请上述实施例的矿用井壁结构还可以具有如下附加的技术特征：

根据本申请的一个实施例，所述井壁预制组件具有弧形轴线，所述弧形轴线对应的弧度为120度或90度。

根据本申请的一个实施例，所述圆复合材料管的中心轴线与所述方形腔体的中心轴线重合。

根据本申请的一个实施例，所述圆复合材料管的两端分别比所述多腔方钢管缩短第一设定长度。

根据本申请的一个实施例，所述多腔方钢管侧面的端部焊接有端板，所述端板预留有螺栓孔。

根据本申请的一个实施例，沿井筒轴线方向叠加设置的两个所述井壁预制组件的重叠处设有密封材料。

根据本申请的一个实施例，所述多腔方钢管的表面设置有防腐涂层。

根据本申请的一个实施例，所述多腔方钢管为热轧钢板弯曲焊接而成。

根据本申请的一个实施例，所述圆复合材料管的材料包括以下复合材料中的至少一种：玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料。

根据本申请的一个实施例，所述圆复合材料管为复和材料缠绕工艺制作而成。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请一个实施例的矿用井壁结构的结构示意图；

图2为本申请一个实施例的井壁预制组件的结构示意图；

图3为本申请另一个实施例的井壁预制组件的结构示意图；

图4为本申请另一个实施例的井壁预制组件的结构示意图；

图5为本申请另一个实施例的井壁预制组件的建造方法的流程示意图；

附图标号：

10-井壁预制组件，101-多腔方钢管，102-圆复合材料管，103-第一混凝土，104-第二混凝土，111-端板，1111-螺栓孔，112-混凝土后浇带，113-密封材料。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面参考附图描述本申请实施例的矿用井壁结构及其建造方法。

图1是本申请一个实施例的矿用井壁结构的结构示意图。如图1所示，该矿用井壁结构包括多个井壁预制组件10，多个井壁预制组件10沿井筒中心环向设置形成环形的筒段，多个井壁预制组件10沿井筒轴线方向叠加设置。

其中，井壁预制组件10如图2所示，包括：

多腔方钢管101，多腔方钢管101的横截面呈矩形，包括多个钢板分隔形成的方形腔体。

多个圆复合材料管102，圆复合材料管102的横截面呈圆形，圆复合材料管102的数量与方形腔体的数量一致，圆复合材料管102一一对应的设置在方形腔体内，圆复合材料管102与多腔方钢管101之间填充有第一混凝土103，圆复合材料管102内填充有第二混凝土104，第一混凝土103和第二混凝土104的类型可以相同或不同。

本申请实施例提供的矿用井壁结构，井壁预制组件由多腔方钢管和多个圆复合材料管组合而成，且圆复合材料管与多腔方钢管之间填充有第一混凝土，圆复合材料管内填充有第二混凝土，形成了复合材料材-钢复合约束混凝土组合井壁结构，通过约束混凝土减小了井壁厚度，体量小，节省材料，还减小了井筒开挖量和冻结孔数量，大大减少了投资成本，提高了井壁结构的承载力和耐久性，避免了威胁生产安全的问题。

进一步地，井壁预制组件10具有弧形轴线，弧形轴线对应的弧度具体可以为120度(即1/3圆周)或90度(即1/4圆周)，图1中所示的井壁预制组件10的弧形轴线对应的弧度具体可以为60度，即在沿井筒中心环向设置6个井壁预制组件10形成环形的筒段。

需要说明的是，圆复合材料管102的中心轴线可与方形腔体的中心轴线重合，即圆复合材料管102可设置于方形腔体的中心位置，使得井壁预制组件10结构对称，承载力均匀。

在一些实施例中，如图3所示，圆复合材料管102的两端可以分别比多腔方钢管101缩短第一设定长度，以预留混凝土后浇带112，混凝土后浇带112中用于填充第三混凝土。其中，第一设定长度具体可以为5～10厘米。

进一步的，如图4所示，多腔方钢管101侧面的端部焊接有端板111，端板111预留有螺栓孔1111，以实现井壁预制组件10的环向和竖向连接。

在一些实施例中，如图4所示，沿井筒轴线方向叠加设置的两个井壁预制组件的重叠处设有密封材料113。其中，密封材料113具体可以包括但不限于密封铅板、密封塑料板等。

进一步的，多腔方钢管101的表面可以设置有防腐涂层，以避免矿化渗流水、井内有害气体等的腐蚀。其中，多腔方钢管101可为热轧钢板弯曲焊接而成。其中，防腐涂层需具有良好的电绝缘性和隔水性等，与多腔方钢管101表面有较强的附着力，能抗化学破坏和有一定的机械强度。防腐涂层常由三部分组成：第一层是涂在金属表面的底漆，用以增强金属与主要涂料的粘结力；第二层是主要涂料，常用的材料有煤焦油瓷漆、石油沥青、聚乙烯胶粘带、环氧树脂、聚烯烃涂层等；第三层是包扎带，用以保持一定的机械强度，以免在运输和施工过程中受损。涂层施工完成后必须进行耐冲击、抗剥离及电绝缘性等一系列测试，合格者方能投入使用。

本领域技术人员可以理解，圆复合材料管102的材料具体可包括但不限于包括以下复合材料中的至少一种：玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料等。

需要说明的是，圆复合材料管102具体可为复合材料缠绕工艺制作而成。

复合材料缠绕工艺是一种在控制张力和预定线型的条件下，应用专门的缠绕设备将连续纤维或布带浸渍树脂胶液后连续、均匀且有规律地缠绕在芯模或内衬上，然后在一定温度环境下使之固化，成为一定形状制品的复合材料成型方法。

缠绕的主要形式有三种：环向缠绕、平面缠绕及螺旋缠绕。环向缠绕的增强材料与芯模轴线以接近90度角(通常为85-89度)的方向连续缠绕在芯模上，平面缠绕的增强材料以与芯模两端极孔相切并在平面内的方向连续缠绕在芯模上，螺旋缠绕的增强材料也与芯模两端相切，但是在芯模上呈螺旋状态连续缠绕在芯模上。

根据缠绕时树脂基体所处的化学、物理状态不同，缠绕工艺可分为干法、湿法及半干法三种：

1.干法

干法缠绕采用经过事先浸胶而处于B阶段的预浸纱带。预浸纱带是在专门的工厂或车间制造与提供的。干法缠绕时，在缠绕机上需先对预浸纱带进行加热软化处理后再缠绕到芯模上。由于可以在缠绕前对预浸纱带的含胶量、胶带尺寸及质量进行检测和筛选，因而可以较准确地控制制品质量。干法缠绕的生产效率较高，缠绕速度可达100-200m/min,工作环境也较清洁。但干法缠绕设备比较复杂且造价很高，缠绕制品的层间剪切强度也较低。

2.湿法

湿法缠绕是将纤维经集束、浸胶后，在张力控制下直接缠绕在芯模上，然后再固化成型。湿法缠绕的设备比较简单，但由于纱带浸胶后立即缠绕，在缠绕过程中对制品含胶量不易控制和检验，同时胶液中的溶剂固化时易在制品中形成气泡、孔隙等缺陷，缠绕时张力也不易控制。同时，工人在溶剂挥发气氛和纤维短毛飞扬的环境中操作，劳动条件较差。

3.半干法

与湿法工艺相比，半干法是在纤维浸胶到缠绕至芯模的途中增加一套烘干设备，将纱带胶液中的溶剂基本上驱赶掉。与干法相比较，半干法不依赖一整套复杂的预浸渍工艺设备。虽然制品的含胶量在工艺过程中与湿法一样不易精确控制且比湿法多一套中间烘干设备，工人的劳动强度更大，但制品中的气泡、孔隙等缺陷大为降低。

本领域技术人员可以理解，填充的第一至第三混凝土具体可包括但不限于以下混凝土中的至少一种：普通混凝土、轻骨料混凝土、矸石骨料混凝土和再生骨料混凝土等。多腔方钢管101和圆复合材料管102的复合约束，使得填充的混凝土的抗压强度和延性大大提高，且使得井壁预制组件10标准化，便于施工。

本申请实施例还提出了一种上述实施例的矿用井壁结构的建造方法，如图5所示，本申请实施例的矿用井壁结构的建造方法，具体可包括：

S1，预制多腔方钢管和圆复合材料管；

S2，将圆复合材料管一一对应地布置于多腔方钢管的方形腔体中心；

S3，向圆复合材料管与多腔方钢管之间填充第一混凝土，向圆复合材料管内填充第二混凝土；

S4，养护第一混凝土和第二混凝土至预设强度，得到井壁预制组件；

S5，将井壁预制组件吊运至现场，将井壁预制组件沿井筒中心环向布置和连接，形成筒段；

S6，沿井筒轴线方向堆叠和连接筒段，直到预设高度。

其中，在步骤S5和S6中，井壁预制组件之间在井筒环向和竖向方向上通过钢管和端板进行连接。

在一些实施例中，步骤S3还包括：在多腔方钢管超出圆复合材料管部分的内部预留混凝土后浇带。

步骤S4还包括：在第一混凝土和第二混凝土的两端进行凿毛和防腐处理。

步骤S5还包括：在环向布置的两个井壁预制组件之间的混凝土后浇带处进行第三混凝土浇筑。经过凿毛处理和第三混凝土浇筑，井壁预制组件形成一体，具有良好的防水性能。

本申请实施例提供的矿用井壁结构的建造方法，井壁预制组件由多腔方钢管和多个圆复合材料管组合而成，且圆复合材料管与多腔方钢管之间填充有第一混凝土，圆复合材料管内填充有第二混凝土，形成了复合材料材-钢复合约束混凝土组合井壁结构，通过约束混凝土减小了井壁厚度，体量小，节省材料，还减小了井筒开挖量和冻结孔数量，大大减少了投资成本，提高了井壁结构的承载力和耐久性，避免了威胁生产安全的问题。且通过工厂预制井壁预制组件和现场吊装拼接的方式开展快速、标准化施工，具有良好的经济效益和稳定的质量。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，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，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种矿用井壁结构，其特征在于，包括：多个井壁预制组件，所述多个井壁预制组件沿井筒中心环向设置，沿井筒轴线方向叠加设置；

所述井壁预制组件包括：

多腔方钢管，所述多腔方钢管的横截面呈矩形，包括多个钢板分隔形成的方形腔体；

多个圆复合材料管，所述圆复合材料管的横截面呈圆形，所述圆复合材料管一一对应的设置在所述方形腔体内，所述圆复合材料管与所述多腔方钢管之间填充有第一混凝土，所述圆复合材料管内填充有第二混凝土。

2.根据权利要求1所述的矿用井壁结构，其特征在于，所述井壁预制组件具有弧形轴线，所述弧形轴线对应的弧度为120度或90度。

3.根据权利要求1所述的矿用井壁结构，其特征在于，所述圆复合材料管的中心轴线与所述方形腔体的中心轴线重合。

4.根据权利要求1所述的矿用井壁结构，其特征在于，所述圆复合材料管的两端分别比所述多腔方钢管缩短第一设定长度。

5.根据权利要求1所述的矿用井壁结构，其特征在于，所述多腔方钢管侧面的端部焊接有端板，所述端板预留有螺栓孔。

6.根据权利要求1所述的矿用井壁结构，其特征在于，沿井筒轴线方向叠加设置的两个所述井壁预制组件的重叠处设有密封材料。

7.根据权利要求1所述的矿用井壁结构，其特征在于，所述多腔方钢管的表面设置有防腐涂层。

8.根据权利要求1所述的矿用井壁结构，其特征在于，所述多腔方钢管为热轧钢板弯曲焊接而成。

9.根据权利要求1所述的矿用井壁结构，其特征在于，所述圆复合材料管为复合材料缠绕工艺制作而成。

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