一种深部高地温巷道隔热衬砌结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种深部高地温巷道隔热衬砌结构及其施工方法，衬砌结构包括注浆隔热圈、初次衬砌隔热层和二次衬砌隔热层，首先通过中空注浆锚杆注入隔热注浆材料形成注浆隔热圈，布置初次衬砌隔热层形成一次支护，包括一层喷射陶粒混凝土层、钢筋网、金属支架和二层喷射陶粒混凝土层，待巷道变形稳定后，再施作二次衬砌隔热层，包括三层喷射陶粒混凝土层和隔热板，完成本发明专利技术的施工。本发明专利技术结合目前常用的支护手段，针对当前所面临的深部开采高温热害严重的现状，通过合理改善支护材料和增加隔热板等措施，既保证了巷道支护结构的稳定性，同时利用多重隔热措施，有效阻止热量向巷道内传播，具有良好的推广应用价值。

Heat insulating lining structure for deep high temperature tunnel and construction method thereof

The invention discloses a deep high temperature insulation tunnel lining structure and its construction method, lining structure including grouting insulation ring, lining insulation layer and two lining insulation, first through the hollow grouting anchor Injection Grouting grouting material to form insulation heat insulation ring, lining insulation layer is formed at the beginning of the layout of primary support, including a spray layer of ceramsite concrete layer, steel mesh, metal stents and two layers of spray ceramsite concrete layer, the deformation of the tunnel to be stable, then done the two lining insulation layer, including three layers of spray ceramsite concrete layer and the insulating plate, the completion of the construction of the invention. The invention is combined with the most commonly used means of support, for facing the deep mining of heat damage serious situation, through the reasonable improvement of supporting materials and increase insulation measures, both to ensure the stability of roadway support structure, multiple measures simultaneously use, effectively prevent the transmission of heat to the tunnel, with good application value.

【技术实现步骤摘要】
一种深部高地温巷道隔热衬砌结构及其施工方法
本专利技术涉及深部巷道衬砌结构
，具体涉及一种深部高地温巷道隔热衬砌结构及其施工方法。
技术介绍
当前，我国国民经济飞速发展，煤炭在为我国提供能源的领域中扮演了重要角色，是工业“真正的粮食”。而浅部资源日益枯竭，开采的深度越来越大，高地温问题也逐渐成为亟待解决的重大课题。根据量测，我国的地温梯度一般为30～50℃/km不等，有些如断层附近或导热率高的异常局部地区，地温梯度有时高达200℃/km。可见，在超千米深的矿井，巷道内温度将高达50℃以上，矿工长期在此高温高湿条件下工作，产生精神恍惚、疲劳、全身乏力等而致使劳动生产率大大降低，患风湿病、皮肤病、皮肤癌、心脏病及泌尿系统等疾病的比例也会有所提高。我国《煤矿安全规程》规定，“采掘工作面温度不得超过26℃，机电设备硐室的温度不得超过30℃”，且岩体内温度变化1℃可产生0.4～0.5MPa的地应力变化，这对工程岩体的力学特性也会产生显著的影响，造成支护结构的失效。因此，井下热环境的控制成为制约我国深部资源开采的瓶颈与难题。相关调查表明，井下众多热源中，岩壁放热占40％以上，且随着埋深增大，所占比例亦不断提高，实属矿井热害的第一大热源。因此，首先采用隔绝热源的方法，再与通风、机械制冰、制冷水等措施相配合，来控制井下热环境的思路被提出。而目前，采用的隔热方式往往是直接将隔热材料喷涂到巷道岩壁上，这种做法常造成喷涂的不够均匀，且容易脱落，相关研究也表明，隔热材料在经过一段时间后会失效。相关技术对此也做出了相应改进，专利号为201510092058.8公开的一种高地温隧道隔热散热衬砌结构，利用泡沫混凝土的隔热性能有效将热量隔绝于初衬结构中，并通过管道网的散热作用将热量疏导出衬砌结构，但其结构中布置了众多管网，同时泡沫混凝土的强度低于一般混凝土衬砌结构，不能很好地适应深部隧道的高地压影响；专利号为201010142253.4公开的矿用巷道隔热防火组合壁，由一定数量的隔热防火复合板彼此对接固定在钢丝网上来隔绝岩壁热量，且能够反复使用，节约资源，但其仅靠一层泡沫石棉制成的耐火隔热层用以隔热，长期使用难免需要更换，隔热效果无法保证。本专利技术旨在基于常用的支护手段做出改进，通过注浆隔热圈、初次衬砌隔热层、二次衬砌隔热层等多重隔热结构，提供一种深部高地温巷道隔热衬砌结构，旨在解决深部高地温巷道岩壁隔热的难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种深部高地温巷道隔热衬砌结构，通过注浆隔热圈、初次衬砌隔热层、二次衬砌隔热层多重隔热结构，旨在解决深部高地温巷道岩壁隔热的难题。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种深部高地温巷道隔热衬砌结构，包括注浆隔热圈、初次衬砌隔热层和二次衬砌隔热层，首先通过中空注浆锚杆注入隔热注浆材料形成注浆隔热圈，布置初次衬砌隔热层形成一次支护，待巷道变形稳定后，再施作二次衬砌隔热层。进一步的，所述注浆隔热圈包括中空注浆锚杆、托盘、螺帽和隔热注浆材料，所述中空注浆锚杆打入围岩内部并通过所述托盘和螺帽固定，同时注入所述隔热注浆材料，所述隔热注浆材料为水泥浆、水泥砂浆、水泥水玻璃浆或黏土水泥浆，并加入玻化微珠，所述玻化微珠的掺量为80～120kg/m3，导热系数为0.023～0.045W/(m·K)，所述水泥浆的水灰比为1：0.6～1.2，所述水泥砂浆的配比为水泥：砂子：水＝1：0.8～1.0：0.4～1.0，所述水泥水玻璃浆的配比为水泥：水＝1：0.6～1.2，水玻璃掺量为水泥重量的5％～10％，所述黏土水泥浆的配比为水泥：黏土＝1：1.15～1.24，并掺入5％～10％水泥重量的水玻璃，利用所述玻化微珠导热系数低、隔热能力强的优势，在巷道周围岩层中形成所述注浆隔热圈。进一步的，所述初次衬砌隔热层包括喷射陶粒混凝土层(一层喷射陶粒混凝土层和二层喷射陶粒混凝土层)、钢筋网和金属支架，所述一层喷射陶粒混凝土层封闭岩面，厚度15～25mm，其上铺设所述钢筋网并架设所述金属支架，再喷射所述二层喷射陶粒混凝土层覆盖，厚度100～150mm，所述一层喷射陶粒混凝土层和二层喷射陶粒混凝土层的混凝土配合比为水泥：砂子：瓜子片＝1：0.8～1.0：0.8～1.0，水胶比为0.4～0.5，并掺入陶粒，所述陶粒为粉煤灰陶粒、黏土陶粒或页岩陶粒，粒径为5～15mm，导热系数为0.032～0.045W/(m·K)，掺入量为20～60kg/m3，同时加入玻化微珠、粉煤灰、硅灰、聚丙烯纤维和速凝剂，所述玻化微珠的掺入量为80～200kg/m3，导热系数为0.023～0.045W/(m·K)，所述粉煤灰替代部分所述水泥用量，替代掺量不超过所述水泥重量的30％，所述硅灰替代部分所述水泥用量，替代掺量为所述水泥重量的5％～10％，所述聚丙烯纤维的直径小于30um，掺量为0.9kg/m3，所述速凝剂掺量为胶凝材料重量的2.5％～4％，所述金属网的网孔可以为菱形或矩形，网孔面积小于40mm2，所述金属支架可以为U型钢支架或钢筋格栅拱架，利用所述陶粒和玻化微珠导热系数低、隔热性能强的优势，掺入混凝土中形成所述一层喷射陶粒混凝土层和二层喷射陶粒混凝土层，隔绝热量向巷道内传播，构成所述初次衬砌隔热层。进一步的，所述二次衬砌隔热层包括三层喷射陶粒混凝土层和隔热板，所述三层喷射陶粒混凝土层覆盖于所述二层喷射陶粒混凝土层上并在其上铺设所述隔热板，所述三层喷射陶粒混凝土层所用混凝土与所述一层喷射陶粒混凝土层和二层喷射陶粒混凝土层所用混凝土配合比相同，所述隔热板由泡沫石棉制成，厚度8～12mm，导热系数为0.06～0.07W/(m·K)，采用凹凸配合结构对接，所述凹凸配合结构是在所述隔热板的四周边缘设置凸缘和凹槽配合结构，一所述隔热板通过凸缘插入另一所述隔热板的凹槽内，所述隔热板间的间隔缝用密封胶密封，并通过胶粘剂胶结固定于所述三层喷射陶粒混凝土层上。进一步的，本专利技术可以根据巷道所处围岩地质条件做适当调整，若巷道所处围岩地质条件较好，无需锚杆注浆，则可以省去所述注浆隔热圈，若巷道支护一次成型，不需二次支护，则可在所述初次衬砌隔热层施作完成后，施作所述二次衬砌隔热层中的隔热板即可。如上所述的一种深部高地温巷道隔热衬砌结构，还包括如下施工步骤：A)根据设计断面开挖巷道，将所述中空注浆锚杆打入围岩，注入所述隔热注浆材料，完成所述注浆隔热圈的施工；B)喷射所述一层喷射陶粒混凝土层以封闭岩面，喷层厚度15～25mm，再铺设所述钢筋网，所述中空注浆锚杆穿过所述钢筋网并通过所述托盘和螺帽固定；C)架设所述金属支架，所述金属支架可以为U型钢支架或钢筋格栅拱架，喷射所述二层喷射陶粒混凝土层，喷层厚度为100～150mm，用以覆盖整个所述金属网和金属支架，完成所述初次衬砌隔热层的施工；D)待巷道变形稳定后，进行所述二次衬砌隔热层的施工，复喷25～100mm厚度的所述三层喷射陶粒混凝土层；E)待所述三层喷射陶粒混凝土层达到设计强度后，将所述隔热板通过所述胶粘剂胶结固定于所述三层喷射陶粒混凝土层上，所述隔热板间的间隔缝用所述密封胶密封，完成所述二次衬砌隔热层的施工。本专利技术提供的一种深部高地温巷道隔热衬砌结构，利用所述注浆隔热圈、初次衬砌隔热层和二次衬砌隔热层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深部高地温巷道隔热衬砌结构，其特征在于，包括注浆隔热圈(2)、初次衬砌隔热层(3)和二次衬砌隔热层(4)，首先通过中空注浆锚杆(21)注入隔热注浆材料形成注浆隔热圈(2)，布置初次衬砌隔热层(3)形成一次支护，待巷道变形稳定后，再施作二次衬砌隔热层(4)。

【技术特征摘要】
1.一种深部高地温巷道隔热衬砌结构，其特征在于，包括注浆隔热圈(2)、初次衬砌隔热层(3)和二次衬砌隔热层(4)，首先通过中空注浆锚杆(21)注入隔热注浆材料形成注浆隔热圈(2)，布置初次衬砌隔热层(3)形成一次支护，待巷道变形稳定后，再施作二次衬砌隔热层(4)。2.根据权利要求1所述的一种深部高地温巷道隔热衬砌结构，其特征在于，所述注浆隔热圈(2)包括中空注浆锚杆(21)、托盘(22)、螺帽(23)和隔热注浆材料，所述中空注浆锚杆(21)打入围岩内部并通过所述托盘(22)和螺帽(23)固定，同时注入所述隔热注浆材料，所述隔热注浆材料为水泥浆、水泥砂浆、水泥水玻璃浆或黏土水泥浆，并加入玻化微珠，所述玻化微珠的掺量为80～120kg/m3，导热系数为0.023～0.045W/(m·K)，所述水泥浆的水灰比为1：0.6～1.2，所述水泥砂浆的配比为水泥：砂子：水＝1：0.8～1.0：0.4～1.0，所述水泥水玻璃浆的配比为水泥：水＝1：0.6～1.2，水玻璃掺量为水泥重量的5％～10％，所述黏土水泥浆的配比为水泥：黏土＝1：1.15～1.24，并掺入5％～10％水泥重量的水玻璃。3.根据权利要求1所述的一种深部高地温巷道隔热衬砌结构，其特征在于，所述初次衬砌结构(3)包括喷射陶粒混凝土层(一层喷射陶粒混凝土层(31)和二层喷射陶粒混凝土层(34))、钢筋网(32)和金属支架(33)，所述一层喷射陶粒混凝土层(31)封闭岩面，厚度15～25mm，其上铺设所述钢筋网(32)并架设所述金属支架(33)，再喷射所述二层喷射陶粒混凝土层(34)覆盖，厚度100～150mm，所述一层喷射陶粒混凝土层(31)和二层喷射陶粒混凝土层(34)的混凝土配合比为水泥：砂子：瓜子片＝1：0.8～1.0：0.8～1.0，水胶比为0.4～0.5，并掺入陶粒，所述陶粒为粉煤灰陶粒、黏土陶粒或页岩陶粒，粒径为5～15mm，导热系数为0.032～0.045W/(m·K)，掺入量为20～60kg/m3，同时加入玻化微珠、粉煤灰、硅灰、聚丙烯纤维和速凝剂，所述玻化微珠的掺入量为80～200kg/m3，导热系数为0.023～0.045W/(m·K)，所述粉煤灰替代部分所述水泥用量，替代掺量不超过所述水泥重量的30％，所述硅灰替代部分所述水泥用量，替代掺量为所述水泥重量的5％～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚韦靖，庞建勇，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34