CN110439596A - 嵌套式frp管-高水速凝材料-pvc管双壁空心墩柱及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌套式FRP管‑高水速凝材料‑PVC管双壁空心墩柱及其施工方法。所述的嵌套式FRP管‑高水速凝材料‑PVC管双壁空心墩柱由嵌套式FRP管、PVC管和填充在嵌套式FRP管和PVC管中间的高水速凝材料组成。所述的施工方法步骤包括：地面组装嵌套式FRP管；清理施工区域并用白色喷漆标记具体施工位置；将嵌套式FRP管放置在圈定的施工位置；将PVC管放置在嵌套式FRP管中间，确保PVC管与嵌套式FRP管的同心布置；通过塑料接头将PVC管连接；将FRP外管拉伸至完全接触回采巷道顶板时通过细钢丝将其与回采巷道顶板固定；将高水速凝材料注入由嵌套式FRP管和PVC管组成的双壁空心位置。本发明可作为深部巷道支护结构的一种选择，进一步丰富现有巷道被动支护结构的形式。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿支护用组合墩柱结构，属于煤矿巷道支护技术领域。
背景技术
随着煤矿开采深度的进一步增加，在深部高地应力、强采动作用影响下，松散破碎的软弱岩层稳定性控制问题已经成为制约煤矿安全高效开采的主要问题之一。传统的主动支护形式（如锚网索）由于无法找到合适的锚固区而无法充分发挥其有效的支护作用。综合采用主动支护和被动支护相结合的支护形式对于破碎顶板条件的回采巷道支护具有重要的意义。目前，以钢管混凝土柱、钢管混凝土支架、高水速凝材料墩柱为代表的墩柱支护结构在深部开采巷道、软岩巷道、动压巷道得到较为广泛的应用。与传统的混凝土结构相比，高水速凝材料由于具有高水灰比、快硬早强的技术优势在回采巷道被动支护特别是沿空留巷巷旁充填结构中得到广泛应用。现有的高水速凝材料墩柱普遍采用阻燃抗静电的风筒布作为约束材料。在轴向荷载作用下，风筒布较低的拉伸强度无法为高水速凝固材料墩柱提供有效的约束力，在采动作用下高水速凝材料墩柱将会出现结构性失稳，继而威胁到巷道的正常使用。与钢材和风筒布相比，在土木工程领域得到广泛应用纤维增强复合材料（FRP）具有轻质高强、耐腐蚀等技术优点。采用FRP替代钢材和风筒布构筑新型墩柱支护结构是当前巷道被动支护结构发展的一个方向。
发明内容
技术问题：考虑到现有墩柱支护结构的不足之处，本发明旨在提供一种新型嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱及其施工方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案一是一种嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱由嵌套式FRP管、PVC管和填充在嵌套式FRP管和PVC管中间的高水速凝材料组成；
进一步地，所述的嵌套式FRP管由两个厚度相同、高度相同，但是内径不同的FRP管嵌套组合而成。为方便介绍，内径大的FRP管称作FRP外管，内径小的FRP管称做FRP内管。其中，FRP外管的内径比FRP内管的外径大20毫米；
进一步地，所述的嵌套式FRP管所用的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、聚乙烯纤维等，但不限于此；
进一步地，所述的FRP外管和FRP内管的设计高度均为回采巷道实际高度的2/3；
进一步地，所述的PVC管为普通商用聚乙烯管，PVC管的设计高度为回采巷道高度的1/2，直径为FRP外管内径的1/2,通过塑料接头将PVC管连接。实际使用过程中可以根据需要将PVC管截断以满足回采巷道高度的要求；
进一步地，所述的嵌套式FRP管和PVC管同心放置；
进一步地，所述的高水速凝材料为水灰比大于1.0的可以泵送的水泥基材料，包括硫铝酸盐水泥基材料、铁铝酸盐水泥基材料等具有高水灰比且具有速凝特性的充填材料，但不限于此；
为了实现上述目的，本发明的技术方案二是嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的施工方法，按照以下步骤进行：
① 在地面将FRP内管放入FRP外管组成嵌套式FRP管，通过辅助运输系统将嵌套式FRP管、PVC管、塑料接头和高水速凝材料运输至井下指定施工区域；
② 清理施工位置处的回采巷道的顶板和底板，保证回采巷道顶板和底板的平整，并用白色喷漆标记施工嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的具体施工位置；
③ 将嵌套式FRP管沿垂直回采巷道顶底板的方向放置在白色喷漆圈定的具体施工位置；
④ 将PVC管放置在嵌套式FRP管中间，确保PVC管和嵌套式FRP管的同心布置；
⑤ 通过塑料接头将PVC管连接起来，直至PVC管与回采巷道的顶板完全接触。考虑到回采巷道高度的不均一性，根据需要对PVC管进行截断，以保证通过塑料接头连接的PVC管能够适应回采巷道高度的变化；
⑥ 将FRP外管沿垂直回采巷道的顶板和底板的方向拉伸，当FRP外管完全接触回采巷道的顶板时，用细钢丝将FRP外管通过吊环固定在回采巷道顶板上；
⑦ 采用注浆泵将高水速凝材料注入由嵌套式FRP管和PVC管组成的双壁空心位置，形成嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱结构；
⑧ 重复步骤2-7直至所有的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱施工完毕。
本发明的有益效果在于以下几个方面：由于FRP具有轻质高强的特征，使用嵌套式FRP管不仅可以满足巷道的高度变化、方便运输，同时可以提供比钢管和风筒布更为优异的侧向约束力，继而提高墩柱的轴向承载能力和纵向变形能力；使用高水速凝材料作为充填材料，可以充分发挥其高水灰比、快硬早强、可泵送的技术优点，简化施工工艺流程，降低工人劳动强度；由于只在嵌套式FRP管和PVC管中间的空心位置填充高水速凝材料，所述的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的材料使用量和成本将大大降低；此外，当巷道遭受冲击地压和其他动力灾害影响时，所述的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的空心结构可以吸收一部分能量，从而保证其在冲击荷载作用下良好的结构稳定性。本发明可作为深部巷道支护结构的一种选择。
附图说明
图1是本发明实施例的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱施工布置平面示意图；
图2是本发明实施例的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱施工布置A-A剖面示意图；
图3是本发明实施例的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的B-B剖面图；
图4是本发明实施例的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的C-C剖面图；
图5是本发明实施例的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的嵌套式FRP管组成结构示意图；
图6是本发明实施例的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的PVC管组成结构示意图；
图7是本发明实施例的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的PVC管组成结构D-D剖面；
图中：1-1#长壁工作面，2-回采巷道2，3-2#长壁工作面，4-采空区，5-嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱，6-顶板，7-底板，8-嵌套式FRP管，9-高水速凝材料，10-PVC管，11-FRP外管，12-FRP内管，13-吊环，14-塑料接头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱及其施工方法的实施例作以描述。
参考图1-2，1#长壁工作面1推进过程中将在其后方形成采空区4，嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5沿着回采巷道2靠近采空区4的边缘以间隔2-2.5米的距离施工。嵌套FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5沿着垂直回采巷道2的顶板6和底板7的方向布置。施工完成后的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心柱5将为相邻的2#长壁工作面2使用。
参考图2-4，嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5由嵌套式 FRP管8，PVC管10和填充在嵌套式FRP管8和PVC管10内部的高水速凝材料组成。所述的嵌套式FRP管8和PVC管10 同心放置。其中，所述的高水速凝材料为水灰比大于1.0的可以泵送的水泥基材料，包括硫铝酸盐水泥基材料、铁铝酸盐水泥基材料等具有高水灰比且具有速凝特性的充填材料，但不限于此。
参考图4-5,所述的嵌套式FRP管8由两个厚度相同、高度相同，但是内径不同的FRP外管11和FRP内管12嵌套组合而成。其中，FRP外管11的内径比FRP内管12的外径大20毫米；顶部留设有吊环13的FRP外管11放置在FRP内管12的上部；组成FRP外管11和FRP内管的纤维材料包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、聚乙烯纤维等但不限于此；
参考图6-7， PVC管10的设计高度为回采巷道2高度的1/2，直径为FRP外管11内径的1/2。实际使用过程中，将两个完全相同的PVC管10通过塑料接头14连接。其中，塑料接头14为实心圆台形结构，其凸出的圆台部分直径为PVC管10内径的90%，高度为凸出的圆台部分直径的1/4。
参考图1-7，本发明嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱的施工方法如下所述：
在地面将FRP内管12放入FRP外管11组装成嵌套式FRP管8，通过辅助运输系统将嵌套式FRP管8、PVC管10、塑料接头14和高水速凝材料9运输至井下指定施工区域；
清理施工区域处的回采巷道2的顶板6和底板7，保证回采巷道2顶板6和底板7的平整，并用白色喷漆标记施工嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5的具体施工位置；
将嵌套式FRP管8沿垂直回采巷道2顶板6和底板7的方向放置在白色喷漆圈定的具体施工位置；
将PVC管10放置在嵌套式FRP管8中间，确保PVC管10和嵌套式FRP管8的同心布置；
通过塑料接头14将PVC管10连接起来，直至PVC管10与回采巷道2的顶板6完全接触。考虑到回采巷道2高度的不均一性，根据需要对PVC管10进行截断，以保证通过塑料接头14连接的PVC管10能够适应回采巷道2高度的变化；
将FRP外管11沿垂直回采巷道2的顶板6和底板7的方向拉伸，当FRP外管11完全接触回采巷道2的顶板6时，用细钢丝将FRP外管11通过吊环13固定在回采巷道2顶板6上；
采用注浆泵将高水速凝材料9注入由嵌套式FRP管8和PVC管10组成的双壁空心位置，形成嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱结构5；
重复步骤2-7直至所有的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5施工完毕。
Claims (4)
1.嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5由嵌套式 FRP管8，PVC管10和填充在嵌套式FRP管8和PVC管10中间的高水速凝材料组成，其特征在于：所述的嵌套式FRP管8和PVC管10 同心放置。
2.根据权利要求1所述的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5，其特征在于：所述的嵌套式FRP管8由两个厚度相同、高度相同，但是内径不同的FRP外管11和FRP内管12嵌套组合而成；其中，FRP外管11的内径比FRP内管12的外径大20毫米。
3.根据权利要求1所述的嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5，其特征在于：PVC管10的设计高度为回采巷道2高度的1/2，直径为FRP外管11内径的1/2。
4.一种实现如权利要求1至3任意一项所述嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5的施工方法，其特征在于包含以下步骤：
① 在地面将FRP内管12放入FRP外管11组装成嵌套式FRP管8，通过辅助运输系统将嵌套式FRP管8、PVC管10、塑料接头14和高水速凝材料9运输至井下指定施工区域；
② 清理施工区域处的回采巷道2的顶板6和底板7，保证回采巷道2顶板6和底板7的平整，并用白色喷漆标记施工嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱5的具体施工位置；
③ 将嵌套式FRP管8沿垂直回采巷道2顶板6和底板7的方向放置在白色喷漆圈定的具体施工位置；
④ 将PVC管10放置在嵌套式FRP管8中间，确保PVC管10和嵌套式FRP管8的同心布置；
⑤ 通过塑料接头14将PVC管10连接起来，直至PVC管10与回采巷道2的顶板6完全接触；考虑到回采巷道2高度的不均一性，根据需要对PVC管10进行截断，以保证通过塑料接头14连接的PVC管10能够适应回采巷道2高度的变化；
⑥ 将FRP外管11沿垂直回采巷道2的顶板6和底板7的方向拉伸，当FRP外管11完全接触回采巷道2的顶板6时，用细钢丝将FRP外管11通过吊环13固定在回采巷道2顶板6上；
⑦ 采用注浆泵将高水速凝材料9注入由嵌套式FRP管8和PVC管10组成的双壁空心位置，形成嵌套式FRP管-高水速凝材料-PVC管双壁空心墩柱结构5；
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