一种新型壁后复合充填结构及其施工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种新型壁后复合充填结构及其施工工艺，包括普通混凝土层、弹性复合层以及支撑板层，其中，所述普通混凝土层位于弹性复合层和支撑板层中间，弹性复合层包括TPE层和泡沫混凝土层。本发明专利技术涉及的施工工艺首先对泡沫混凝土层、TPE层进行喷涂，再铺设金属网背板，最后充填普通混凝土层。利用三层混合壁后充填材料，通过泡沫混凝土与TPE材料的良好弹性，在围岩压力过大时适当让压，最大限度调动围岩自身承载能力，减少下部拱架承载压力，延长拱架寿命。同时，在铺设金属网背板之前喷涂泡沫混凝土层和TPE层的施工工艺可以使喷涂均匀，厚度易控，从而最大限度的提高施工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种新型壁后复合充填结构及其施工工艺
本专利技术涉及一种新型壁后复合充填结构及其施工工艺。
技术介绍
破碎软岩巷道的支护一直是困扰煤矿地下开采的难题之一，由于巷道围岩极度松散破碎，锚杆、锚索可锚性差，很难对巷道围岩进行有效支护，加之为隐形支护的安全性大大降低。对于此类巷道，实践中多使用U型棚支护。但是，由于巷道表面凹凸不平，传统的U型棚很难贴紧岩面，造成U型棚受力不均匀，容易发生点破坏，进而造成U型棚的整体破坏，使得U型棚的支护性能不能很好地发挥。目前改善U型棚受力性能的方法只有T型管壁厚充填技术。但目前研发的壁厚充填材料大多成本较高，抗压能力差，且容易断裂。研发一种新型壁厚充填材料，将直接影响到钢管混凝土拱架的安全性和可靠性，对提高以后工程的质量有着重大的意义，这无疑具有良好的社会效益和经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的约束混凝土拱架支护体系在复杂围岩条件下对围岩的控制能力不足的缺点，本专利技术提出了一种新型壁后复合充填结构及其施工工艺，该复合壁后充填材料层能充分调动围岩自身的承载能力。为了解决以上技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种新型壁后复合充填结构，包括普通混凝土层、弹性复合层以及支撑板层，其中，所述普通混凝土层位于弹性复合层和支撑板层中间。优选的，所述弹性复合层包括热塑性弹性体(TPE)层和泡沫混凝土层。优选的，所述TPE层位于泡沫混凝土层和普通混凝土层之间。优选的，所述支撑板层为金属网背板。一种新型壁后复合充填结构的施工工艺，包括如下步骤：首先确定围岩等级K，并测定巷道与拱架之间的缝隙宽度D，接着确定各个材料层的厚度比例，然后对各个材料层进行成分选择和各个材料层的制备，最后开始施工。优选的，利用声波测量的方式对围岩性质进行勘测，确定围岩等级K，并测定巷道与拱架之间的缝隙宽度D。优选的，通过拟合PR＝f(K)的关联式，确定各个材料层的厚度比例。式中PR—所用普通混凝土层、TPE层、泡沫混凝土层所占比例K—围岩分级。在此基础上还可以根据实地围岩特性的勘测情况和施工情况作出相应的调整，例如围岩破碎程度较高则可以适当提高泡沫混凝土层和TPE层的厚度比例以使得复合材料层的柔性支护强度提高，若围岩条件较好则可以提高普通混凝土层的厚度比例以使得复合材料层的刚性支护强度提高，由此再次对PR的关联式进行调整以使得其满足要求。优选的，所述材料层包括普通混凝土层、TPE层和泡沫混凝土层。优选的，所述普通混凝土层由C20～C40的普通混凝土制成；所述TPE层由苯乙烯、丁二烯或异戊二烯与苯乙烯嵌段型的共聚物制成；所述泡沫混凝土的强度为0.6～0.8MPa。优选的，所述施工的顺序为：首先在贴近围岩处对泡沫混凝土层进行喷涂，达到预期厚度后对TPE层进行喷涂，达到预期厚度后，冷却，然后铺设金属网背板，最后在热塑性弹性体TPE层和金属网背板之间的空隙中用普通混凝土进行喷注。本专利技术的有益技术效果为：利用三层混合壁后充填材料，通过泡沫混凝土与TPE材料的良好弹性，在围岩压力过大时适当让压，最大限度调动围岩自身承载能力，减少下部拱架承载压力，延长拱架寿命。同时，在铺设金属网背板之前喷涂泡沫混凝土层和TPE层的施工工艺可以使喷涂均匀，厚度易控，从而最大限度的提高施工效率。附图说明图1为本专利技术的三种材料层在不同围岩分级下的所占厚度比例示意图；图2为本专利技术的壁后充填材料结构示意图；图3为本专利技术的施工流程图。其中，1、泡沫混凝土层，2、TPE层，3、普通混凝土层，4、金属网背板。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例做进一步说明。由图2可知，一种新型壁后复合充填结构，包括普通混凝土层3、TPE层2、泡沫混凝土层1以及金属网背板4，其中，泡沫混凝土层1位于最上端，TPE层2位于泡沫混凝土层1的下端，普通混凝土层3位于TPE层2的下端，金属网背板4位于最下端。实施例1本实施例包括如下步骤：步骤一：利用声波测量或其他方式对现场的围岩性质情况进行勘测，围岩等级鉴定为Ⅲ(较坚硬岩或者较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构)，并测定巷道与拱架之间的缝隙宽度D为14cm～20cm。步骤二：基本拟合PR＝f(K)的关联式，图1所示即为拟合的曲线，可以计算出三种材料层对应的厚度比例为普通混凝土层占38.8％，TPE层占30.5％，泡沫混凝土层占30.7％，根据缝隙的宽度就可以得出三种材料层的具体厚度(D*材料层所占百分比)，从而进行施工。步骤三：确定完三种材料层的厚度比例后再进行材料的成分选择和制备，使用C20的普通混凝土，泡沫混凝土为常见的泡沫混凝土(强度与C20普通混凝土相当)，TPE选择苯乙烯类TPE(又名TPS，其产量大，性能好)。步骤四：确定施工方案后，则可以进行施工，施工模型参考图2，施工顺序参考图3。先用砼喷射机对泡沫混凝土层1喷涂，达到预期的厚度后对TPE热熔喷涂，使得TPE层2也能够达到相应的厚度，冷却后再按常规施工工艺铺设金属网背板4，最后在TPE层2和金属网背板4之间的剩余的空间中全部用普通混凝土进行喷注。实施例2本实施例包括如下步骤：步骤一：利用声波测量或其他方式对现场的围岩性质情况进行勘测，围岩等级鉴定为Ⅳ(较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整～较破碎，中薄层状结构)，并测定巷道与拱架之间的缝隙宽度D为17cm～21cm。步骤二：基本拟合PR＝f(K)的关联式，图1所示即为拟合的曲线，可以计算出三种材料层对应的厚度比例为普通混凝土层占34.5％，TPE层占33.1％，泡沫混凝土层占32.4％，根据缝隙的宽度就可以得出三种材料层的具体厚度(D*材料层所占百分比)，从而进行施工。步骤三：确定完三种材料层的厚度比例后再进行材料的成分选择和制备，使用C30(考虑到围岩已经较为破碎，采用较高强度的混凝土)的普通混凝土，泡沫混凝土为常见的泡沫混凝土(强度与C20普通混凝土相当)，TPE选择苯乙烯类TPE(又名TPS，其产量大，性能好)。步骤四：确定施工方案后，则可以进行施工，施工模型参考图2，施工顺序参考图3。先用砼喷射机对泡沫混凝土层1喷涂，达到预期的厚度后对TPE热熔喷涂，使得TPE层2也能够达到相应的厚度，冷却后再按常规施工工艺铺设金属网背板4，最后在TPE层2和金属网背板4之间的剩余的空间中全部用普通混凝土进行喷注。实施例3本实施例包括如下步骤：步骤一：利用声波测量或其他方式对现场的围岩性质情况进行勘测，确定围岩等级Ⅴ(软岩。岩体较破碎～破碎；极破碎各类岩体，碎、裂状、松散结构)，并测定巷道与拱架之间的缝隙宽度D为25cm～30cm(相对扩大以有支护空间)。步骤二：基本拟合PR＝f(K)的关联式，图1所示即为拟合的曲线，可以计算出三种材料层对应的厚度比例为普通混凝土层占31.3％，TPE层占35.2％，泡沫混凝土层占33.5％，根据缝隙的宽度就可以得出三种材料层的具体厚度(D*材料层所占百分比)，从而进行施工。步骤三：确定完三种材料层的厚度比例后再进行材料的成分选择和制备，使用C40(围岩等级Ⅴ时围岩已经相当程度破碎，需要更高强度的混凝土)的普通混凝土，泡沫混凝土为常见的泡沫混凝土(强度与C20普通混凝土相当)，TPE选择苯乙烯类TPE(又名TPS，其产量大，性能好)步骤四：确定施工方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型壁后复合充填结构，其特征在于：包括普通混凝土层、弹性复合层以及支撑板层，其中，所述普通混凝土层位于弹性复合层和支撑板层中间。

【技术特征摘要】
1.一种新型壁后复合充填结构的施工工艺，包括如下步骤：首先确定围岩等级K，并测定巷道与拱架之间的缝隙宽度D，接着确定各个材料层的厚度比例，然后对各个材料层进行成分选择和各个材料层的制备，最后开始施工；其中，所述各个材料层包括普通混凝土层、TPE层和泡沫混凝土层；通过拟合PR＝f(K)的关联式，确定各个材料层的厚度比例；式中，PR—所用普通混凝土、TPE、泡沫混凝土层所占比例；K—围岩分级；具体为：普通混凝土层厚度比例PR公式为：PR＝0.5321K2-7.990K+57.98TPE混凝土层厚度比例PR公式为：PR＝-0.4036K2+4.6764K+20.12泡沫混凝土层厚度比例PR公式为：PR＝-0.1268K2+3.2932K+21.93。2.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于：利用声波测量的方式对围岩性质进行勘测，确定围岩等级K，并测定巷道与拱架之间的缝隙宽度D。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，李术才，平奕炜，杜郁，邵行，江贝，于翔，蒋昕峄，陈江舟，张琪，栾英成，郭宇晶，田旖旎，任尧喜，丁国利，姜作华，邹玉龙，王富奇，郭念波，张世国，刘文江，肖国强，张建，潘锐，高松，雷静，靳黎明，李培，
申请(专利权)人：山东大学，龙口煤电有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37