基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统及其施工工艺技术方案

本发明专利技术涉及基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统及其施工工艺，属于地下工程支护技术领域，该支护系统包括设置在巷道内壁上的锚网层，其特征在于，在所述锚网层的外侧设置柔性可缩层，柔性可缩层的外侧架设支架，在支架的内外侧均设有钢筋网，以支架和钢筋网为骨架构建碹体喷层，钢筋网和支架嵌入到碹体结构内部形成刚性层，刚性层与锚喷层之间为柔性可缩层，柔性可缩层在受压之后能够向所述预留变形空间让压变形，之后与刚性层接触形成耦合支护。该系统可以在深部巷道在采掘扰动、高地压、高地温等多因素影响下，不仅可以适应巷道一定程度上的不规则位移变形，不发生结构层破坏；还可以缓压和吸收由采掘扰动产生的能量。还可以缓压和吸收由采掘扰动产生的能量。还可以缓压和吸收由采掘扰动产生的能量。

【技术实现步骤摘要】
基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统及其施工工艺


[0001]本专利技术属于地下工程支护
，具体是涉及基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统及其施工工艺。

技术介绍

[0002]随着我国对能源需求量的增加和开采强度逐步加大，深部巷道支护面临围岩变形量大、深部高地压、巷道底臌量大等问题。目前深部巷道支护主要采用混凝土系列支护、U型棚架支护、主被动耦合系列支护等，通过控制围岩变形来保证巷道稳定性。工程实践中，这些支护形式在深部“三高一扰动”的复杂力学环境下，因各向不等压的原岩应力引起岩石的延性破坏，导致支护结构和巷道严重变形破坏。
[0003]目前深部巷道普遍采用锚网喷支护，即先打锚杆，后挂网喷射混凝土，以锚网喷为基础，此后架设刚性支架或浇筑混凝土碹体。这种主被动耦合支护方式承载力低，喷射混凝土为脆性支护体，受压后容易开裂片帮，同时支护不防水，混凝土开裂后围岩容易渗漏水，造成巷道的支护系统腐蚀或巷道底板浸水软化破坏，降低巷道整体稳定性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统及其施工工艺，该系统适应深部巷道采掘扰动、高地压等多因素影响，不仅可以适应巷道一定程度上的不规则位移变形，不发生结构层破坏；还可以缓压和吸收由采掘扰动产生的能量。
[0005]本专利技术实施例提供了基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统，包括设置在巷道内壁上的锚网层，在所述锚网层的外侧设置柔性可缩层，柔性可缩层的外侧架设支架，在支架的内外侧均设有钢筋网，以支架和钢筋网为骨架构建碹体喷层，钢筋网和支架嵌入到碹体结构内部形成刚性层，刚性层与锚网层之间为柔性可缩层，锚网层受压之后先挤压柔性可缩层，实现让压，之后与刚性层接触形成耦合支护。
[0006]进一步地，在所述钢筋网上设有毛刺，增加喷射混凝土粘结强度，以便形成高强碹体结构。
[0007]进一步地，在所述柔性可缩层的外侧喷射防水涂料。
[0008]进一步地，所述支架由多个圆形钢管支架连接而成，每个圆形钢管支架由顶弧段、底弧段以及侧弧段拼接而成，相邻的弧段之间通过内扣式套管连接，且通过钢筋紧箍。
[0009]进一步地，所述柔性可缩层与支架之间设有间隙，用木背板插花式充填。进一步地，柔性可缩层的厚度要高出锚杆端头。
[0010]进一步地，所述刚性层为半圆拱形，且设置在巷道的上拱段，巷道的下拱段内柔性可缩层的外侧与支架之间设有支撑件，所述支架的外侧设置填充层形成工作面。
[0011]进一步地，所述锚网层包括若干根嵌入到巷道内部的锚杆，锚杆的端部穿过钢筋网，通过托盘压紧在钢筋网上。
[0012]本专利技术实施例还提供了如上述任一项所述的基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统的施工工艺，该施工工艺包括如下过程：巷道开挖成形，进行锚网层支护，在锚网层的外侧喷涂塑性材料形成柔性可缩层；架设支架，在支架的内外两侧铺设钢筋网，且在支架的外侧与柔性可缩层之间填充背板；在支架的内外两侧喷射高强度混凝土形成碹体结构，在支架的内外两侧喷射高强度混凝土形成碹体结构，同时通过背板支撑保证碹体结构与柔性可缩层之间设有预留变形空间。
[0013]进一步地，在实施碹体结构之前，在支架的内侧铺设一层毛刺钢筋网，然后进行第一次喷射高强度混凝土，间隔设定的时间，铺设第二层毛刺钢筋网，再进行第二次喷射高强度混凝土；整个喷射过程中注意喷射方向与围岩始终保持垂直，施工顺序为先喷巷道两帮的围岩，再喷巷道顶部围岩和底部反底拱。
[0014]本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的复合支护系统在巷道受到高采掘扰动时，设置在巷道壁面上的锚网层与柔性可缩层能够作为主动支护，适应巷道一定程度上的不规则位移变形，不发生结构层破坏；缓压和吸收由采掘扰动产生的能量，同时柔性可缩层受压变形之后，能够在柔性可缩层与碹体结构之间的空隙内让压、泄压变形，且通过变形之后能够与内部嵌入支架和钢筋的刚性层相接触并进行支撑，其中碹体内支架的内外侧设有钢筋网使得刚性层能够承强支撑压力，这样通过锚网层与柔性可缩层以及刚性层刚柔相融，主被结合，先让后抗，有效阻止深部巷道位移变形。
附图说明
[0015]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的用于巷道内的复合支护系统的整体结构图；图2为本专利技术实施例提供的毛刺钢筋网侧视图；图3为本专利技术实施例提供的碹体局部剖面图；图4为本专利技术实施例提供的巷道内底部的第一种支护结构图；图5为本专利技术实施例提供的巷道内底部的第二种支护结构图；图6为本专利技术实施例提供的巷道内底部的第三种支护结构图。
[0017]图中：1、锚杆，2、掘进断面，3、柔性可缩层，4、防水层，5、工字钢梁，6、接头套管，7、支架，8、弧形泄压空间，9、可塑性喷涂材料，10、矸石层，11、碹体结构，12、毛刺钢筋网，13、背板，14、预制弧板层，15、高强度混凝土层。
具体实施方式
[0018]参见图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于喷碹+钢管混凝土支架的巷道复合支护系统，该支护系统主要包括在巷道圆周方向设置的若干根锚杆1，与钢筋网协同形成锚网层，作为临时支护。
[0019]进一步地，在所述锚网层的外侧使用专用的设备喷涂一层可塑性材料形成柔性可
缩层3用于柔性抵抗壁面所受到的高采掘扰动，然后在所述柔性可缩层3的外侧架设刚性支架7来辅助抵抗高采掘扰动。
[0020]所述支架7与柔性可缩层3之间设有预留变形空间，该预留变形空间形成一个弧形泄压空间8，所述弧形泄压空间8具有一定的厚度，当柔性可缩层3在受压之后，能够在弧形泄压空间8进行一定的让压、泄压、变形。
[0021]进一步地，在所述支架7的内外两侧喷射高强度混凝土形成圆拱形碹体结构11，其中支架的内外两侧铺设毛刺钢筋网12，所述圆拱形碹体结构11将所述支架7以及毛刺钢筋网12全部包裹住形成一个刚性层。
[0022]这样，本专利技术实施例提供的复合支护系统在巷道受到高采掘扰动时，设置在巷道壁面上的锚网层与柔性可缩层能够作为主动支护，适应巷道一定程度上的不规则位移变形，不发生结构层破坏；缓压和吸收由采掘扰动产生的能量，同时柔性可缩层受压变形之后，能够在柔性可缩层与刚性层之间的空隙内让压、泄压变形，且通过变形之后能够与内部嵌入支架和钢筋网的刚性层相接触并进行支撑，其中碹体内支架的内外侧设有钢筋网使得刚性层能够承强支撑压力，这样通过锚网层与柔性可缩层以及刚性层刚柔相融，主被结合，先让后抗，有效阻止深部巷道位移变形。
[0023]具体地，本实施例中的锚网层是在深部巷道掘进断面2架设永久支护之前，架设的维护巷道安全和工作空间的临时支护，以保护掘进施工人员的安全，也是永久支护的一部分，为巷道喷涂层做好准备工作。
[0024]为增强围岩稳定性且与柔性可缩层3相融性，所述锚杆1规格一般是φ20
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统，包括设置在巷道内壁上的锚网层，其特征在于，在所述锚网层的外侧设置柔性可缩层，柔性可缩层外侧喷涂防水层，柔性可缩层外侧架设支架，在支架的内外侧均设有钢筋网，以支架和钢筋网为骨架构建由喷射混凝土而成的碹体结构，钢筋网和支架嵌入到碹体结构内部形成刚性层，刚性层与锚喷层之间形成预留变形空间，锚网层和柔性可缩层在受压之后能够向所述预留变形空间让压变形，之后与刚性层接触形成耦合支护。2.如权利要求1所述的基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统，其特征在于，在所述钢筋网上设有毛刺。3.如权利要求2所述的基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统，其特征在于，在所述柔性可缩层的外侧喷射防水涂料。4.如权利要求1所述的基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统，其特征在于，所述支架由多个圆形钢管支架连接而成，每个圆形钢管支架由顶弧段、底弧段以及侧弧段拼接而成，相邻的弧段之间通过内扣式套管连接，且通过钢筋紧箍。5.如权利要求1所述的基于钢混组合支架及喷碹的复合支护系统，其特征在于，所述预留变形空间内包括设置在柔性可缩层与刚性层之间的支撑件，支撑件相互对立的两侧分别与柔性可缩层和刚性层相对接。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，朱传根，沙明逸，丁祎帆，李绍志，刘正坤，张文剑，付志远，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：