【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可变换形状的浇筑充填装置及其使用方法，属于充填开采领域。
技术介绍
1、基于当前我国对于三下（水体铁路、城市、乡村）遗留于煤炭资源的开采需求增大，近年来，为了解决三下（建筑下、水体下、铁路下）压煤和边角残煤等资源开采问题，充填开采的生态保护性开采技术应运而生，其重要性日益凸显。然而，我国的充填开采技术仍面临诸多挑战，如：一是充填作业对采煤速度、出煤量以及煤炭生产效益产生影响；二是充填材料短缺，大规模充填开采所需的矸石量严重不足；三是充填作业成本过高，无法满足低碳的绿色开采要求。柱式充填开采技术正是部分充填技术的一种体现。结构充填的设计原则为：直接顶不发生破断且变形量在允许范围内、充填体抗压强度足够大且能长期稳定承载。根据此原则确定了结构充填的关键位置为:特殊地质构造区、围岩应力集中区、直接顶最大受力处、直接顶最大变形处和充填体自身薄弱点等，因此，在实际的施工过程中，充填柱的形态对其性能有着显著的影响，施工方可以分析不同充填区域对于围岩特性、承载能力、抗剪能力、抗弯能力等性能的要求，同时结合圆形充填柱均匀受力，表面积相对较少，但稳定性差，方形充填柱稳定性好，对角线效应较小，材料分布更均匀，但表面积大以及充填过程边缘会出现材料堆积，影响整体的性能等特点，在不同的充填区域选择不同形态的充填柱，提高充填的的支撑效果和安全性能。为了有效应对充填开采中充填柱浇筑养护装置的运输效率问题、工作面环境恶劣，导致的顶板状况变化而导致所需不同形态的充填柱、以及充填柱浇筑程序的繁琐问题，同时节省模具制造的成本，利于资源的回收利用，构思
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种可变换形状的浇筑充填装置及其使用方法，能够根据工程实际需求进行形态转换，提高其使用灵活性和适应性。
2、本专利技术提供的可变换形状的充填柱装置，采用了一种特殊形状基础模块，基础模块通过前部的方形凸块，与另一模块后部与方形凸块对接的方形凹槽相互嵌套拼装，使得充填柱可以在圆形和方形的形态之间进行转换。该充填装置在具体的施工过程中，针对不同充填区域的具体工况，选择不同形态的充填柱，提高充填的效果；改善充填工程的质量，延长工程使用寿命，提高施工效率，能够减少充填工作量和充填材料使用量，降低充填成本，提高生产效率，更加灵活便捷。
3、本专利技术的设计出发点：①为了便于矿井下充填作业，模具可大批量生产，便于拆卸；在做好结构固定条件下，可以采用木材以及钢材等常见材料；②使用该充填装置进行浇筑，考虑圆形及方形的充填柱都有各自的优点及缺点，因此可以根据工程中不同区域的工况需求选择所需的充填柱的形状；③本专利技术采用的间隔固定距离的柱式充填开采技术，以特殊地质构造区、围岩应力集中区为例，此区域围岩条件较为复杂，需要充填体具有良好的适应性和较高的稳定性，圆形充填柱具有均匀的应力分布，可以有效地承受来自围岩的径向压力，减少应力集中现象。此外，圆形结构在抵抗剪切和弯曲方面的性能通常比方形或矩形结构更好，这有助于提高充填体的整体稳定性。但是当充填区域位于空间有限或者需要与采空区边界紧密配合的场合，方形结构在承载方面的优势在于其角部可以更好地抵抗来自围岩的应力。
4、本专利技术提供的一种可变换形状的浇筑充填装置，包括四个完全相同的基础模块，该基础模块外侧为长方体结构，内侧的形状为圆弧结构，每一个模块的圆弧对应的圆心角为90°，每个模块一端设有一个方形凸块，另一端设有开口超外侧的两个方形凹槽（类似工字钢结构），基础模块的方形凹槽与相邻的基础模块的方形凸块配合使用；四个基础模块中其中一块基础模块的上部中心设有浇筑口，用于浇筑充填材料。
5、进一步地，所述基础模块材料选择木制材料，四个基础模块的尺寸形状完全相同，用于拼接圆形或方形充填柱装置，厚度为20-25cm，高度随采高确定，宽度根据充填柱体模板的尺寸确定；四个基础模块分别通过端部的方形凸块与相邻模块设置的方形凹槽相互拼接，通过不同模块的相互拼接，从而得到方形充填装置或圆形充填装置。
6、进一步地，所述方形凹槽与基础模块的侧壁设有螺栓孔，用于拼装时插入螺栓加固整个装置，防止充填时产生内侧力破环整体结构。
7、进一步地，方形凸块的宽度为5cm，厚度为5cm，方形凸块的上端和下端部分别布置有螺栓孔，该螺栓孔与相邻基础模块的方形凹槽内螺栓孔的位置相对应，通过螺栓将对接好的基础模块连接组合在一起。
8、进一步地，上述方案中方形充填装置，是将所述的四块基础模块的竖直面朝内、通过相互嵌套连接成一个中间为方形填充空腔的框架结构，充填体材料通过浇筑口向中间的方形填充空腔内浇筑；浇筑成方形充填柱。
9、进一步地，上述方案中圆形充填装置，是将所述的四块基础模块的圆弧面朝内，通过相互嵌套连接成一个中间为圆形填充空腔的圆形框架结构，充填体材料通过浇筑口向中间的圆形填充空腔内浇筑，浇筑成圆形充填柱。一般来说，模块的尺寸要考虑到填充空间的大小、使用材料的性能以及成本等因素。
10、进一步地，同一基础模块可拼装成方形充填装置或圆形充填装置，故可根据工程需要，在不同充填区域的工况背景下，根据方形充填柱以及圆形充填柱的特性，将该基础模块变换拼装成方形充填装置或圆形充填装置，从而浇筑成不同形状的充填柱。
11、进一步地，同一尺寸的基础模块拼接而成的方形填充空腔的框架的尺寸相较于该基础模块拼接而成圆形填充空腔的圆形框架的尺寸更大，因此，可根据实际工程需要，在原有的圆形充填柱的基础上继续使用该基础模块拼装成方形充填装置，可对现有的圆形充填柱进行二次浇筑补强。
12、本专利技术提供了上述可变换形状的浇筑充填装置的使用方法，包括以下步骤：
13、（1）根据实际工程充填率需求，计算出充填体的实际尺寸以及各个充填体的距离；
14、（2）根据实际工程需要选择合理的基础模板，如在一特定工程中采用充填尺寸 21m*2 1m*4.5m方形充填柱以及直径为2m,高度为4.5m圆形充填柱，故采用宽度为2.3m，厚度为25cm，高度为4.5m的基础模块；
15、（3）根据工程测算以及实际充填模具摆放位置标点，将基础模块运送至采煤工作面，需要两人以上进行拼装；若需采用方形充填装置，是将所述的四块基础模块的竖直面朝内、通过相互嵌套连接成一个中间为方形填充空腔的框架结构；若需采用圆形充填装置，是将所述的四块基础模块的圆弧面朝内，通过相互嵌套连接成一个中间为圆形填充空腔的圆形框架结构；
16、（4）装置拼装完成，检查稳定性后将螺栓插入相邻模块的螺栓孔内加固装置；
17、（5）根据施工要求，将充填材料通过浇筑口倒入充填装置中进行浇筑；
18、（6）施工完成后将装置进行拆除，先将装置的螺栓松动并取出，将装置拆解成四个基础模块，并清理干净。
19、本专利技术的有益效果：
20、（1）本专利技术提供的充填装置，可以在圆形和方形两种形状间相互转换，提高了充填开采结构的使用灵活性和适应性，可以根据工程所需以及本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可变换形状的浇筑充填装置，其特征在于：包括四个完全相同的基础模块，该基础模块外侧为长方体结构，内侧的形状为圆弧结构，每一个模块的圆弧对应的圆心角为90°，每个模块一端设有一个方形凸块，另一端设有开口超外侧的两个方形凹槽，基础模块的方形凹槽与相邻的基础模块的方形凸块配合使用；四个基础模块中其中一块基础模块的上部中心设有浇筑口，用于浇筑充填材料。
2.根据权利要求1所述的可变换形状的浇筑充填装置，其特征在于：所述基础模块材料选择木制材料，四个基础模块的尺寸形状完全相同，用于拼接圆形或方形充填柱装置，厚度为20-25cm，高度随采高确定，宽度根据充填柱体模板的尺寸确定；四个基础模块分别通过端部的方形凸块与相邻模块设置的方形凹槽相互拼接，通过不同模块的相互拼接，得到方形充填装置或圆形充填装置。
3.根据权利要求2所述的可变换形状的浇筑充填装置，其特征在于：所述的方形充填装置，是将四块基础模块的竖直面朝内、通过相互嵌套连接成一个中间为方形填充空腔的框架结构，充填体材料通过浇筑口向中间的方形填充空腔内浇筑；浇筑成方形充填柱。
4.根据权利要求2所述
5.根据权利要求2所述的可变换形状的浇筑充填装置，其特征在于：同一尺寸的四块基础模块拼接而成的方形填充空腔的尺寸相较于该基础模块拼接而成圆形填充空腔的尺寸更大；根据实际工程需要，在原有的圆形充填柱的基础上继续使用该基础模块拼装成方形充填装置，能对现有的圆形充填柱进行二次浇筑补强。
6.根据权利要求1所述的可变换形状的浇筑充填装置，其特征在于：所述方形凹槽的侧壁设有螺栓孔，用于拼装时插入螺栓加固整个装置，防止充填时产生内侧力破环整体结构；
7.一种权利要求1~6任一项所述的可变换形状的浇筑充填装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的可变换形状的浇筑充填装置的使用方法，其特征在于：步骤（3）中，若需采用方形充填装置，是将四块基础模块的竖直面朝内、通过相互嵌套连接成一个中间为方形填充空腔的框架结构；若需采用圆形充填装置，是将四块基础模块的圆弧面朝内，通过相互嵌套连接成一个中间为圆形填充空腔的圆形框架结构。
...【技术特征摘要】
1.一种可变换形状的浇筑充填装置，其特征在于：包括四个完全相同的基础模块，该基础模块外侧为长方体结构，内侧的形状为圆弧结构，每一个模块的圆弧对应的圆心角为90°，每个模块一端设有一个方形凸块，另一端设有开口超外侧的两个方形凹槽，基础模块的方形凹槽与相邻的基础模块的方形凸块配合使用；四个基础模块中其中一块基础模块的上部中心设有浇筑口，用于浇筑充填材料。
2.根据权利要求1所述的可变换形状的浇筑充填装置，其特征在于：所述基础模块材料选择木制材料，四个基础模块的尺寸形状完全相同，用于拼接圆形或方形充填柱装置，厚度为20-25cm，高度随采高确定，宽度根据充填柱体模板的尺寸确定；四个基础模块分别通过端部的方形凸块与相邻模块设置的方形凹槽相互拼接，通过不同模块的相互拼接，得到方形充填装置或圆形充填装置。
3.根据权利要求2所述的可变换形状的浇筑充填装置，其特征在于：所述的方形充填装置，是将四块基础模块的竖直面朝内、通过相互嵌套连接成一个中间为方形填充空腔的框架结构，充填体材料通过浇筑口向中间的方形填充空腔内浇筑；浇筑成方形充填柱。
4.根据权利要求2所述的可变换形状的浇筑充填装置，其特征在于：所述的圆形充...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜献杰，卜以科，冯国瑞，王建伟，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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