防冻胀巷道保温支护系统及其施工方法和保温控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种防冻胀巷道保温支护系统及其施工方法和保温控制方法，保温支护系统包括，新能源供能机构、控制器、保温结构和支护结构；保温结构包括防水层、相变储能材料层以及保温层，防水层沿巷道主体的内壁敷设在其表面，相变储能材料层与防水层紧密贴合，保温层紧贴相变储能材料层的表面设置；导热线通过供电线与新能源供能机构和控制器连接；锚杆沿巷道拱顶及边墙均匀的锚固在巷道主体内部。同时，该系统的施工方法和保温控制方法，采取新能源供能机构促使相变材料储存能量，利用相变储能材料热焓值大，储能密度高的优点，保证了连续低温情况下相变储能材料层能够持久地提供热量，关键是节能环保，增强了整个系统的防冻胀破坏性能。冻胀破坏性能。冻胀破坏性能。

【技术实现步骤摘要】
防冻胀巷道保温支护系统及其施工方法和保温控制方法


[0001]本专利技术涉及巷道工程防冻胀
，特别是涉及一种防冻胀巷道保温支护系统及其施工方法和保温控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着国家加强对基础设施建设的加速，需要更多的矿产资源支撑基础设施建设，而部分稀缺矿产大多赋存于我国西部的高山或高原地区，高山或高原地区的矿井不可避免的处于高寒环境中，对这类存在于高寒环境中的采矿巷道的安全性是一个极大的考验。寒区矿山巷道受极端气候环境的影响，内部极易发生冻胀破坏现象，主要表现为支护结构屈曲、拱顶及边墙挂冰、围岩开裂剥落等，巷道内一旦发生如上所述的冻胀破坏现象，将严重影响采矿安全及开采效率，带来巨大的经济损失和社会影响。
[0003]目前，国内针对寒区巷道冻胀破坏现象，提出了一些防冻胀的工程措施，主要包括：在巷道围岩表面铺设保温层或在围岩表面贴敷气囊利用空气作为热的不良导体缓解围岩体的冻胀；改变巷道内冷空气流动的方向，在巷道横截面形成若干层空气幕减缓巷道内温度降低速度；通过电加热敷设于围岩表面的传热层来消除冻胀。然而现有技术中，利用空气气囊作为隔热的不良导体，气囊中的温度随外界温度变化较大防冻胀效果不理想，并且在高寒地区为维持巷道温度，需向传热层持续加热所需能耗较高。因此，如何保证高寒地区矿山巷道的结构安全以及低能耗成为当前亟待解决的核心技术问题，开展防冻胀破坏的巷道支护技术研究具有现实意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种稳定性强、保温效果好且能耗低的防冻胀巷道保温支护系统及其施工方法和保温控制方法。
[0005]为解决上述问题，本专利技术所述的一种防冻胀巷道保温支护系统，包括：新能源供能机构(7)、控制器(13)、保温结构和支护结构，其中，保温结构包括防水层(2)、相变储能材料层(3)以及保温层(4)，所述防水层(2)敷设在巷道主体(1)的内壁表面，所述相变储能材料层(3)敷设在所述防水层(2)表面，所述保温层(4)敷设在相变储能材料层(3)表面；所述相变储能材料层(3)内部设置有导热线(5)和相变材料温度传感器(9)；所述相变材料温度传感器(9)与所述控制器信号连接，所述控制器与所述新能源供能机构(7)控制连接，所述新能源供能机构(7)通过供电线(8)与所述导热线(5)连接。
[0006]一种防冻胀巷道保温支护系统，还包括锚杆(6)，用于所述防水层(2)、相变储能材料层(3)以及保温层(4)在巷道主体的固定。
[0007]所述锚杆(6)贯穿巷道主体(1)、防水层(2)、相变储能材料层(3)以及保温层(4)。
[0008]所述锚杆(6)为内部中空的保温锚管，所述保温锚管的中空腔中设置有导热线(5)。
[0009]所述保温锚管的锚固端预留设定长度的导热线(5)。
[0010]所述新能源供能机构(7)包括风动供能机构。
[0011]所述相变储能材料层(3)由能够储存/释放热量的相变材料中加入导热增强剂制作而成。
[0012]所述相变材料为水，其相变温度为0℃，储热极限温度为100℃。
[0013]一种防冻胀巷道保温支护系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0014]开挖巷道及钻设锚管孔，巷道每开挖设定长度，在巷道主体(1)的内壁铺设防水层(2)；
[0015]施作保温锚管和钢拱架(10)；
[0016]根据每两榀钢拱架(10)之间的距离及巷道内壁弧度制作内部均匀铺设有导热线(5)和相变材料温度传感器(9)的相变储能材料层(3)和保温层(4)，将制作完成的相变储能材料层(3)和保温层(4)紧贴防水层(2)依次敷设；
[0017]架设风动供能机构；
[0018]连接控制系统：利用供电线(8)将保温锚管锚固端和相变储能材料层(3)外露的导热线(5)连接风动供能机构的供电端；并利用供电线(8)将相变材料温度传感器(9)与控制器(13)连接。
[0019]一种防冻胀巷道保温支护系统的保温控制方法，所述保温控制方法包括以下步骤：
[0020]获取相变材料温度传感器采集的温度数据；
[0021]判断所述温度数据是否小于相变储能材料层中相变材料的相变温度；
[0022]如果是，则控制风动供能机构对导热线进行供电；
[0023]判断所述温度数据是否达到相变储能材料层中相变材料的储能极限温度；
[0024]如果所述温度数据达到了相变储能材料层中相变材料的储能极限温度，则断开风动供能机构向所述导热线的供电。
[0025]本专利技术的有益效果：本专利技术将相变储能材料和新能源供能机构的优势集合，使得该系统能够持久、长效地发挥巷道防冻胀破坏的作用，稳定性强，保温效果好且能耗低，与现有技术相比具有以下优点：(1)利用相变储能材料热焓值大，储能密度高的优点，通过电加热促使相变储能材料内部发生相变储存能量，当冷季长时间温度较低或供能不足时，相变储热材料内部发生相态变化释放热量，防止巷道结构发生冻胀破坏；(2)与普通保温板或空气气囊相比，采取新能源供能机构产生的电力为导热线提供能量，促使相变材料储存能量，保证了连续低温情况下相变储能材料层能够持久提供热量，提高了整个系统的防冻胀破坏性能，关键是利用新能源发电，提高能源利用效率，节能环保；(3)通过设置在保温锚管内部的导热线，促使热量向巷道围岩深部传导，保证了巷道围岩内部不发生冻胀，提高了整个系统的抗冻性；(4)因为相变储能材料热焓值大储能密度高，使得相变储能材料的温度随外界温度变化较小，不会因为环境温度过低导致保温支护系统发生故障，保证了在高寒地区相变材料层对巷道主体正常的热量传导，提高了整个系统的稳定性。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术的巷道纵断面剖视图。
[0028]图2为本专利技术的巷道横断面示意图。
[0029]图3为本专利技术的A处的结构示意图。
[0030]图4位本专利技术的保温锚管的剖视图。
[0031]图中：1
‑
巷道主体、2
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防水层、3
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相变储能材料层、4
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保温层、5
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导热线、6
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锚杆、7
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新能源供能机构、8
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供电线、9
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相变材料温度传感器、10
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钢拱架、11
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锚管体、12
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注浆孔、13
‑
控制器。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防冻胀巷道保温支护系统，其特征在于，包括：新能源供能机构(7)、控制器(13)、保温结构和支护结构，其中，保温结构包括防水层(2)、相变储能材料层(3)以及保温层(4)，所述防水层(2)敷设在巷道主体(1)的内壁表面，所述相变储能材料层(3)敷设在所述防水层(2)表面，所述保温层(4)敷设在相变储能材料层(3)表面；所述相变储能材料层(3)内部设置有导热线(5)和相变材料温度传感器(9)；所述相变材料温度传感器(9)与所述控制器信号连接，所述控制器与所述新能源供能机构(7)控制连接，所述新能源供能机构(7)通过供电线(8)与所述导热线(5)连接。2.根据权利要求1所述的一种防冻胀巷道保温支护系统，其特征在于，还包括锚杆(6)，用于所述防水层(2)、相变储能材料层(3)以及保温层(4)在巷道主体的固定。3.根据权利要求2所述的锚杆，其特征在于，所述锚杆(6)贯穿巷道主体(1)、防水层(2)、相变储能材料层(3)以及保温层(4)。4.根据权利要求3所述的锚杆(3)，其特征在于，所述锚杆(6)为内部中空的保温锚管，所述保温锚管的中空腔中设置有导热线(5)。5.根据权利要求4所述的保温锚管，其特征在于，所述保温锚管的锚固端预留设定长度的导热线(5)。6.根据权利要求1所述的一种防冻胀巷道保温支护系统，其特征在于，所述新能源供能机构(7)包括风动供能机构。7.根据权利要求1所述的一种防冻胀巷道保温支护系统，其特征在于，所述相变储能材料层(3)由能够储存/释放热量的相变材料中加入导热增强剂制作...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗京，鞠鑫，牛富俊，林战举，刘明浩，尹国安，高泽永，
申请(专利权)人：中国科学院西北生态环境资源研究院，
类型：发明
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