CN113958344B - 一种深井高温巷道高强隔热支护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深井高温巷道高强隔热支护结构及施工方法，属于采矿隔热支护技术领域。该结构包括喷射混凝土层、玄武岩连续纤维‑气凝胶复合聚酯纤维混编网格层、自粘式玄武岩纤维土工格栅、树脂锚杆和气凝胶喷涂层，由巷道内壁向巷道中部依次设置喷射混凝土层一、自粘式玄武岩纤维土工格栅、喷射混凝土层二和气凝胶涂层，树脂锚杆贯穿各层固定在巷道内壁上。其中，喷射混凝土层一中间设置玄武岩连续纤维‑气凝胶复合聚酯纤维混编网格层。本发明采用分层喷射，具有优异的隔热效果，满足强度需求，同时通过玄武岩纤维、气凝胶聚酯纤维、树脂锚杆的综合应用，使结构形成一个整体，充分保证深部高压巷道围岩的稳定性，具有优异的隔热效果。

Description

一种深井高温巷道高强隔热支护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及采矿隔热支护技术领域，特别是指一种深井高温巷道高强隔热支护结构及施工方法。

背景技术

深部开采是未来金属矿山开采的必然趋势，然而深部开采面临巨大的困难，可概括为高地应力、高地温、高渗透压，成为深部开采的主要瓶颈。高地应力造成围岩极易发生大范围破坏，而高地温则会造成井下温度过高、开采环境恶劣，严重影响深部开采的人员安全。因此，如何实现高地应力巷道的稳定性控制及温度调控，是深部开采的关键技术。

大量研究表明，深部开采井下高温环境的形成主要是由裸露的岩石向外散热造成，而掘进形成的大量巷道，使围岩大面积暴露在外，为地温的散发提供了主要的场所，因此，如何有效的封闭围岩，控制围岩热量散发是深部温度控制的关键之一。

另一方面，随着开采深度的增加，地应力急剧升高，极易引发巷道围岩的大变形及破坏，甚至发生大规模冒顶片帮，因此，为了保证深部开采的顺利进行，必须采取一定的支护措施。目前常用的支护方式包括以各类支架为代表的的被动支护和以锚杆支护为代表的主动支护，由于深部开采应力大，围岩变形剧烈，通常采用锚喷支护、锚网喷支护、锚注支护等联合支护方法。但是，目前深部金属矿山巷道存在支护功能单一、设计不合理造成大量返修的问题。此外，这些支护方式在设计时，通常没有考虑深部巷道热害问题。因此，有必要进一步研究深部巷道隔热支护体系，在保证足够支护强度的前提下，有效隔绝巷道围岩的热量散发。

为了实现井下巷道支护与隔热的有效结合，学者们进行了大量有益的探索，例如现有技术中公开的深部高温岩层巷道隔热支护体系及其施工方法，包括注浆隔热系统、高强支护体系和温度检测系统，具有隔热效果好，支护强度大的优点，但注浆成本高，施工复杂，所采用的耐热金属网和金属锚杆容易将地层内热量带出，破坏隔热效果。现有技术中公开的用于矿井巷道的隔热装置及其施工方法，具有良好的隔热性能和支护作用，但需要在井下进行高温煅烧，增加了施工难度及成本，同时所采用的隔热板强度不足。现有技术中公开的高地温公路隧道隔热、散热支护结构及施工方法，包括围岩表面的硬质聚氨酯隔热材料、初期衬砌、二次衬砌，具有隔热效果好，支护强度大的优点，但散热主要依靠硬质聚氨酯材料，隔热效果难以保障，依靠衬砌中的通风通道，施工工艺复杂，施工难度大，成本高。现有技术中公开的用于巷道外表面的固废物隔热装置及其施工方法，具有成型好，不需搬运，降低固废的优点，但该装置只考虑了巷道的隔热，并未考虑长期支护的需求。现有技术中公开的新型巷道喷射混凝土隔热层及其使用方法，具有绿色节能，性价比高的优点，但所形成的的喷射混凝土层强度较低，主要考虑了隔热性能，无法满足巷道的长期支护需求。

综上述，现有技术主要存在的缺点主要包括：

（1）重点考虑隔热性能，忽视支护需求，无法满足深部开采的需要。

（2）目前主要通过施工具有隔热功能的混凝土达到隔热效果，如喷射混凝土、混凝土衬砌等，制备成一个整体，与围岩直接接触。然而，具有隔热功能的混凝土，通常内部孔隙较多，所以抗渗性较差，因此，若围岩地下水较发育，则极易沿着孔裂隙渗出，同时带出大量的热量，导致隔热效果大打折扣。

（3）兼顾了隔热和支护两个需求，但施工复杂，成本高，或者不适用于矿山开采环境。

发明内容

本发明为解决目前深部矿井隔热混凝土结构抗渗性差、隔热效果差、支护强度不足，无法满足深部巷道的长期支护需求等问题，提供一种深井高温巷道高强隔热支护结构及施工方法。

该结构包括喷射混凝土层、玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层、自粘式玄武岩纤维土工格栅、树脂锚杆和气凝胶喷涂层，由巷道内壁向巷道中部依次设置喷射混凝土层一、自粘式玄武岩纤维土工格栅、喷射混凝土层二和气凝胶涂层，树脂锚杆贯穿各层固定在巷道内壁上。其中，喷射混凝土层一中间设置玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层。

具体的，

（1）喷射混凝土层一厚度为50-200mm，位于内层，为强度增强型，在保证隔热效果的同时，强化混凝土强度及抗渗透性能。

喷射混凝土层一由胶凝材料、粗骨料、细集料、减水剂、外加料和水混合而成，按质量比，粗骨料：细集料：胶凝材料=3:1:1，砂率为50%-60%，采用湿喷法形成，减水剂质量为胶凝材料质量的0.5%-2.5%，外加料添加量为胶凝材料质量的0.3%-2%，水的添加量保证水胶比为0.4-0.45；

其中，胶凝材料包括稻壳灰和普通硅酸盐水泥，稻壳灰占胶凝材料质量的50%-60%，二氧化硅含量≥90%，粒度范围40-100μm，普通硅酸盐水泥质量占胶凝材料质量的40%-50%，标号不低于425R；

粗骨料包括煤矸石和花岗岩石子，煤矸石为不规则石子，粒度范围为8-12mm，连续级配，煤矸石质量占粗骨料质量的40%-50%，花岗岩石子为不规则石子，粒度范围为5-8mm，连续级配，花岗岩石子质量占粗骨料质量的50%-60%；

细集料包括粗粒级尾砂、石英砂、刚玉粉和贝壳粉，粗粒级尾砂占细集料质量的35%-50%，粒径范围为50-200μm，石英砂占细集料质量的20%-50%，颗粒范围分别为100-300μm、300-600μm、600-1000μm三种，三种质量比为1:1:9，刚玉粉占细集料质量的10%-20%，粒径范围为600-1000μm，贝壳粉占细集料质量的5%-10%，粒径范围为20-50μm；

减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂；

外加料为玄武岩磨碎纤维，直径为9-18μm，长度为30-50μm。

（2）喷射混凝土层二厚度为25-100mm，为隔热增强型，位于外层，在保证支护强度的前提下，强化混凝土的隔热性能。

喷射混凝土层二由胶凝材料、粗骨料、细集料、减水剂、外加料和水混合而成，按质量比，粗骨料：细集料：胶凝材料=3:1:1，砂率为50%-60%，采用湿喷法，减水剂质量为胶凝材料质量的0.5%-2.5%，外加料添加量为胶凝材料质量的3.4%-7.3%，水的添加量保证水胶比为0.4-0.45；

其中，胶凝材料包括稻壳灰和普通硅酸盐水泥，稻壳灰占胶凝材料质量的20%-30%，二氧化硅含量≥90%，粒度范围40-100μm，普通硅酸盐水泥质量占胶凝材料质量的70%-80%，标号不低于425R；

粗骨料为煤矸石石子，粒径范围5-12mm，连续级配，采用气凝胶浆液稀释后浸泡，气凝胶浆液固体颗粒粒径为15-30μm，25℃时隔热系数≤0.018-0.022，密度为200-350kg/m³，气凝胶固含量为10-15%；

细集料包括粗粒级尾砂、陶瓷微珠和粉煤灰漂珠，粗粒级尾砂质量占细集料质量比为35%-50%，粒径范围为50-200μm；陶瓷微珠占细集料质量比为23%-35%，颗粒范围分别为100-300μm、300-600μm、600-1000μm三种，三种质量比为1:1:9，粉煤灰漂珠占细集料质量比为15%-40%，细度模数为3.1-3.9,粒径范围为0.5mm-2.5mm；

减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂；

外加料包括高吸水树脂、气凝胶浆液和玄武岩磨碎纤维，高吸水树脂添加量为胶凝材料质量的0.1%-0.3%，粒径范围为250-500μm；气凝胶浆液添加量为胶凝材料质量的3%-5%，气凝胶浆液固体颗粒粒径为15-30μm，25℃时隔热系数≤0.018-0.022，密度为200-350kg/m³，气凝胶固含量为10-15%；玄武岩磨碎纤维添加量为胶凝材料质量的0.3%-2%，直径为9-18μm，长度为30-50μm。

（3）玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层由玄武岩纤维和气凝胶复合聚酯纤维混合编制而成，以气凝胶复合聚酯纤维绳股为中心，玄武岩连续纤维绳股围绕其捻制，形成直径1.5mm-3mm，长度2-3m的复合纤维绳股，将3-5股的复合纤维绳股以顺捻或逆捻的方法进行捻制，形成多绳股束，以该绳股束为基础，编制复合纤维网格布，网格尺寸为2mm×2mm-5mm×5mm，复合纤维网格布宽2-3m，长10-15m；

其中，玄武岩连续纤维单丝直径10-20μm，将单丝捻成直径0.5mm-1mm的绳股，绳股长度2m-3m。气凝胶复合聚酯长纤维单丝直径5-15μm，将单丝捻成直径1mm-2mm的绳股，绳股长度与玄武岩连续纤维绳股相等。

（4）自粘式玄武岩纤维土工格栅采用市售自粘式玄武岩纤维土工格栅，网格尺寸为5mm×5mm-20mm×20m，断裂强度≥100kn/m，每片格栅长度为10-15m，宽为2-3m。

（5）树脂锚杆材质为玄武岩纤维复合筋或玻璃纤维，直径为18mm-22mm，锚杆托盘尺寸≥120mm，锚固力≥100kn。

（6）气凝胶喷涂层位于整个支护结构的最外围，采用气凝胶浆料，稀释后采用高压无气喷枪进行喷涂，厚度为2mm-5mm，可有效隔热。

本发明支护结构中用到的气凝胶均为纳米二氧化硅气凝胶。

该结构的施工方法，包括步骤如下：

S1：采用光面爆破的方法形成巷道断面，保证巷道表面的平整，采用清水冲刷岩壁，清理掉粉尘、浮石及岩渣；

S2：按照喷射混凝土层一的材料配比进行材料准备，依次将胶凝材料、粗骨料及细集料拌和均匀，加水搅拌，然后进行初喷，初喷厚度20-50mm；

S3：待初喷层达到初凝后，铺设玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层，铺设玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层时，首先在网格层一面均匀涂抹一层环氧树脂，然后施加压力，将网格层与喷射混凝土层一紧密接触，保证网格层不出现移位；

S4：网格层铺设完毕后，按照喷射混凝土层一的材料配比继续进行喷射混凝土施工，喷射厚度为30-150mm；

S5：待S4中喷射混凝土层一达到终凝后，在表面铺设自粘式玄武岩纤维土工格栅层，铺设过程中，施加压力使土工格栅层与喷射混凝土层一紧密接触，保证不产生移位；

S6：施工树脂锚杆，首先在锚杆杆体表面均匀喷涂一层气凝胶涂层，厚度为2-3mm，待干燥后，将锚杆插入钻孔内，保证锚杆位于钻孔中心，然后将树脂药卷放入钻孔内进行均匀搅拌，待凝固后，安装托盘，进行紧固，锚杆外露长度≤100mm；

S7：锚杆安装结束后，按照喷射混凝土层二的材料配比设计喷射混凝土，煤矸石首先要浸入气凝胶浆料中进行混合，使煤矸石表面均匀沾满气凝胶浆料后取出，待干燥后再进行混合搅拌；高吸水树脂及玄武岩磨碎纤维与干燥后的煤矸石同时搅拌均匀后进行喷射混凝土的拌制，气凝胶浆液在拌制过程中分次加入（一般分3-5次），拌制完毕后，进行喷射施工，厚度为25-100mm；

S8：待喷射混凝土层二终凝后，首先添加10%-15%的水稀释气凝胶浆料，然后采用高压无气喷枪，在喷射混凝土层二表面均匀喷涂2-5mm，采用分次喷涂（一般分2-3次），保证涂层的均匀。

其中，S6中锚杆钻孔直径40-42mm，钻孔深度2.0-2.5m，锚杆排距1.0m-2.0m，间距0.8m-1.0m，锚杆材质为玄武岩纤维复合筋或玻璃纤维。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，采用分层喷射，既具有优异的隔热效果，又能满足强度需求，同时通过玄武岩纤维、气凝胶聚酯纤维、树脂锚杆的综合应用，使整个结构形成一个整体，可充分保证深部高压巷道围岩的稳定性，并具有优异的隔热效果。

附图说明

图1为本发明的深井高温巷道高强隔热支护结构示意图；

图2为图1中A-A剖面示意图；

图3为玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编绳束示意图；

图4为玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维复编绳束剖面图。

其中：1-树脂锚杆；2-喷射混凝土层一；3-喷射混凝土层二；4-玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层；5-自粘式玄武岩纤维土工格栅；6-气凝胶涂层；7-气凝胶复合聚酯纤维；8-玄武岩纤维。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种深井高温巷道高强隔热支护结构及施工方法。

如图1和图2所示，该结构包括喷射混凝土层、玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层4、自粘式玄武岩纤维土工格栅5、树脂锚杆1和气凝胶喷涂层6，由巷道内壁向巷道中部依次设置喷射混凝土层一2、自粘式玄武岩纤维土工格栅5、喷射混凝土层二3和气凝胶涂层6，树脂锚杆1贯穿各层固定在巷道内壁上，其中，喷射混凝土层一2中间设置玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层4。

喷射混凝土层同时起到隔热和支护两种作用，一方面通过施工喷射混凝土实现围岩表面的封闭，形成整体受力壳，支撑围岩；另一方面，通过特定的混凝土配比及结构布置，降低混凝土的渗透率及导热系数，达到隔热保温的作用。

喷射混凝土层总厚度50mm-300mm，根据巷道地应力及围岩稳定性实际情况，通过计算确定，共分为两层，喷射混凝土层一厚度为50-200mm，喷射混凝土层二厚度为25-100mm。

具体设计中，

（1）喷射混凝土层一：

位于内层，为强度增强型，在保证隔热效果的同时，强化混凝土强度及抗渗透性能。

喷射混凝土层一由胶凝材料、粗骨料、细集料、减水剂、外加料和水混合而成，按质量比，粗骨料：细集料：胶凝材料=3:1:1，砂率为50%-60%，采用湿喷法形成，减水剂质量为胶凝材料质量的0.5%-2.5%，外加料添加量为胶凝材料质量的0.3%-2%，水的添加量保证水胶比为0.4-0.45；

其中，胶凝材料包括稻壳灰和普通硅酸盐水泥，稻壳灰占胶凝材料质量的50%-60%，二氧化硅含量≥90%，粒度范围40-100μm，普通硅酸盐水泥质量占胶凝材料质量的40%-50%，标号不低于425R；

粗骨料包括煤矸石和花岗岩石子，煤矸石为不规则石子，粒度范围为8-12mm，连续级配，煤矸石质量占粗骨料质量的40%-50%，花岗岩石子为不规则石子，粒度范围为5-8mm，连续级配，花岗岩石子质量占粗骨料质量的50%-60%；

细集料包括粗粒级尾砂、石英砂、刚玉粉和贝壳粉，粗粒级尾砂占细集料质量的35%-50%，粒径范围为50-200μm，石英砂占细集料质量的20%-50%，颗粒范围分别为100-300μm、300-600μm、600-1000μm三种，三种质量比为1:1:9，刚玉粉占细集料质量的10%-20%，粒径范围为600-1000μm，贝壳粉占细集料质量的5%-10%，粒径范围为20-50μm；

减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂；

外加料为玄武岩磨碎纤维，直径为9-18μm，长度为30-50μm。

上述，稻壳灰含有丰富的无定型二氧化碳，当粒度达到100μm以下时，具有良好的活性，稻壳灰颗粒含有丰富的空隙，是良好的多孔材料，因此采用稻壳灰替代水泥，即能保证强度的需求，又能起到良好的隔热作用，同时提高抗渗性，避免地下水通过孔隙将围岩内部热量带出。

煤矸石导热系数低，且强度较高，相比常用的陶粒等轻型粗骨料，既保证了强度，又可提供较低的导热系数，提高隔热能力。

粗粒级尾矿为矿山生产过程中的固体废弃物，通过尾矿的添加应用，可实现废物利用，降低成本，但会降低强度，为了保证强度，同时添加刚玉粉、石英砂等高强细集料。

贝壳粉采用牡蛎壳、海螺等贝壳研磨形成，是典型的多孔材质，具有良好的保温效果，适当添加，可提高隔热效果，并有益强度。通过合理配置四种细集料的粒径分布，使级配合理，颗粒相互填充，可大大提高强度。

玄武岩纤维为新型的纤维材料，具有良好的力学性能，且与硅酸盐水泥具有良好的相容性，成为目前高强混凝土的新型添加物，但玄武岩纤维容易发生团聚，不易分散，会影响添加效果，因此本发明将玄武岩纤维进行二次磨碎，可有效避免团聚，使其分散更加均匀，有效提高强度，由于以微米级颗粒的形态存在，可有效提高抗渗性。另外，玄武岩纤维导热系数低，具有良好的隔热效果。

（2）喷射混凝土层二：

为隔热增强型，位于外层，在保证支护强度的前提下，强化混凝土的隔热性能。

喷射混凝土层二由胶凝材料、粗骨料、细集料、减水剂、外加料和水混合而成，按质量比，粗骨料：细集料：胶凝材料=3:1:1，砂率为50%-60%，采用湿喷法，减水剂质量为胶凝材料质量的0.5%-2.5%，外加料添加量为胶凝材料质量的3.4%-7.3%，水的添加量保证水胶比为0.4-0.45；

其中，胶凝材料包括稻壳灰和普通硅酸盐水泥，稻壳灰占胶凝材料质量的20%-30%，二氧化硅含量≥90%，粒度范围40-100μm，普通硅酸盐水泥质量占胶凝材料质量的70%-80%，标号不低于425R；

粗骨料为煤矸石石子，粒径范围5-12mm，连续级配，采用气凝胶浆液稀释后浸泡，气凝胶浆液固体颗粒粒径为15-30μm，25℃时隔热系数≤0.018-0.022，密度为200-350kg/m³，气凝胶固含量为10-15%；

细集料包括粗粒级尾砂、陶瓷微珠和粉煤灰漂珠，粗粒级尾砂质量占细集料质量比为35%-50%，粒径范围为50-200μm；陶瓷微珠占细集料质量比为25%-35%，颗粒范围分别为100-300μm、300-600μm、600-1000μm三种，三种质量比为1:1:9，粉煤灰漂珠占细集料质量比为15%-40%，细度模数为3.1-3.9,粒径范围为0.5mm-2.5mm；

减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂；

外加料包括高吸水树脂、气凝胶浆液和玄武岩磨碎纤维，高吸水树脂添加量为胶凝材料质量的0.1%-0.3%，粒径范围为250-500μm；气凝胶浆液添加量为胶凝材料质量的3%-5%，气凝胶浆液固体颗粒粒径为15-30μm，25℃时隔热系数≤0.018-0.022，密度为200-350kg/m³，气凝胶固含量为10-15%；玄武岩磨碎纤维添加量为胶凝材料质量的0.3%-2%，直径为9-18μm，长度为30-50μm。

上述，煤矸石具有较高的孔隙度，将煤矸石浸泡在气凝胶料浆中，可使气凝胶充分覆盖并进入煤矸石内部，大大提高煤矸石的隔热性，同时不降低整体强度。所选用的气凝胶料浆为中凝科技公司新型产品，导热系数极低，分散性好，粘结效果好，可对煤矸石充分包裹。

陶瓷微珠和粉煤灰漂珠为典型的空心材料，隔热性好，掺入后可大大提高隔热效果。同时，陶瓷微珠强度极高，与粉煤灰漂珠通过合理的级配配合使用，可在提高隔热性能的同时，保证强度需求。

高吸水树脂具有优异的吸水储水性能，最大可吸收自身质量600倍的水分，经过搅拌，高吸水树脂均匀分布在混凝土中，凝结过程中，所吸收的水分缓慢释放，最终脱水干涸，形成空洞，在混凝土内形成了均匀分布的空洞，这些空洞可有效阻断热量的传输，提高隔热效果。另外，高吸水树脂在脱水过程中，使水泥的后期水化更加充分，有益于后期强度。

（3）玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层：

由玄武岩纤维8和气凝胶复合聚酯纤维7混合编制而成，以气凝胶复合聚酯纤维绳股为中心，玄武岩连续纤维绳股围绕其捻制（如图3和图4所示），形成直径1.5mm-3mm，长度2-3m的复合纤维绳股，将3-5股的复合纤维绳股以顺捻或逆捻的方法进行捻制，形成多绳股束，以该绳股束为基础，编制复合纤维网格布，网格尺寸为2mm×2mm-5mm×5mm，复合纤维网格布宽2-3m，长10-15m；

其中，玄武岩连续纤维单丝直径10-20μm，将单丝捻成直径0.5mm-1mm的绳股，绳股长度2m-3m。气凝胶复合聚酯长纤维单丝直径5-15μm，将单丝捻成直径1mm-2mm的绳股，绳股长度与玄武岩连续纤维绳股相等。

玄武岩纤维具有高强度的特性，但隔热性稍差，气凝胶复合聚酯纤维具有优异的隔热性能，但强度不足，将两者进行混合编制，可充分发挥两者的优点，克服各自的缺点。

（4）自粘式玄武岩纤维土工格栅：

采用市售自粘式玄武岩纤维土工格栅，网格尺寸为5mm×5mm-20mm×20m，断裂强度≥100kn/m，每片格栅长度为10-15m，宽为2-3m。

（5）树脂锚杆：

采用树脂锚杆进行支护，锚杆材质为玄武岩纤维复合筋或玻璃纤维，直径为18mm-22mm，锚杆托盘尺寸≥120mm，锚固力≥100kn。

树脂锚杆的主要作用是提供支护力，但由于锚杆深入岩石内部，若采用金属制品锚杆，则会导致围岩内部热量通过锚杆向外散发，因此采用导热率较小的玄武岩复合筋或玻璃纤维材质，即能保证足够的锚固力，又具有良好的隔热效果。

（6）气凝胶喷涂层：

位于整个支护结构的最外围，采用气凝胶浆料，稀释后采用高压无气喷枪进行喷涂，厚度为2mm-5mm，可有效隔热。

该结构的施工方法，包括步骤如下：

S1：采用光面爆破的方法形成巷道断面，保证巷道表面的平整（对明显的超挖或欠挖，应首先进行必要的处理，使巷道表面平整），采用清水冲刷岩壁，清理掉粉尘、浮石及岩渣；

S2：按照喷射混凝土层一的材料配比进行材料准备，材料应满足《JGJ／T 372-2016喷射混凝土应用技术规程》的规定，依次将胶凝材料、粗骨料及细集料拌和均匀，加水搅拌，然后进行初喷，初喷厚度20-50mm；

S3：待初喷层达到初凝后，铺设玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层，铺设玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层时，首先在网格层一面均匀涂抹一层环氧树脂，然后施加压力，将网格层与喷射混凝土层一紧密接触，保证网格层不出现移位；

S4：网格层铺设完毕后，按照喷射混凝土层一的材料配比继续进行喷射混凝土施工，施工符合《JGJ／T 372-2016 喷射混凝土应用技术规程》的相关规定，喷射厚度为30-150mm；

S5：待S4中喷射混凝土层一达到终凝后，在表面铺设自粘式玄武岩纤维土工格栅层，铺设过程中，施加压力使土工格栅层与喷射混凝土层一紧密接触，保证不产生移位；

S6：施工树脂锚杆，首先在锚杆杆体表面均匀喷涂一层气凝胶涂层，厚度为2-3mm，待干燥后，将锚杆插入钻孔内，保证锚杆位于钻孔中心，然后将树脂药卷放入钻孔内进行均匀搅拌，待凝固后，安装托盘，进行紧固，锚杆外露长度≤100mm；

S7：锚杆安装结束后，按照喷射混凝土层二的材料配比设计喷射混凝土，煤矸石首先要浸入气凝胶浆料中进行混合，使煤矸石表面均匀沾满气凝胶浆料后取出，待干燥后再进行混合搅拌；高吸水树脂及玄武岩磨碎纤维与干燥后的煤矸石同时搅拌均匀后进行喷射混凝土的拌制，气凝胶浆液在拌制过程中分4次加入，拌制完毕后，按照《JGJ／T 372-2016喷射混凝土应用技术规程》的规定进行喷射施工，厚度为25-100mm；

S8：待喷射混凝土层二终凝后，首先添加10%-15%的水稀释气凝胶浆料，然后采用高压无气喷枪，在喷射混凝土层二表面均匀喷涂2-5mm，采用分3次喷涂，保证涂层的均匀。

其中，S6中锚杆钻孔直径40-42mm，钻孔深度2.0-2.5m，锚杆排距1.0m-2.0m，间距0.8m-1.0m，锚杆材质为玄武岩纤维复合筋或玻璃纤维。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种深井高温巷道高强隔热支护结构，其特征在于，包括喷射混凝土层、玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层、自粘式玄武岩纤维土工格栅、树脂锚杆和气凝胶喷涂层，由巷道内壁向巷道中部依次设置喷射混凝土层一、自粘式玄武岩纤维土工格栅、喷射混凝土层二和气凝胶涂层，树脂锚杆贯穿各层固定在巷道内壁上，其中，喷射混凝土层一中间设置玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层；

该支护结构的施工方法，包括步骤如下：

S1：采用光面爆破的方法形成巷道断面，保证巷道表面的平整，采用清水冲刷岩壁，清理掉粉尘、浮石及岩渣；

S2：按照喷射混凝土层一的材料配比进行材料准备，依次将胶凝材料、粗骨料及细集料拌和均匀，加水搅拌，然后进行初喷，初喷厚度20-50mm；

S3：待初喷层达到初凝后，铺设玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层，铺设玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层时，首先在网格层一面均匀涂抹一层环氧树脂，然后施加压力，将网格层与喷射混凝土层一紧密接触，保证网格层不出现移位；

S4：网格层铺设完毕后，按照喷射混凝土层一的材料配比继续进行喷射混凝土施工，喷射厚度为30-150mm；

S5：待S4中喷射混凝土层一达到终凝后，在表面铺设自粘式玄武岩纤维土工格栅层，铺设过程中，施加压力使土工格栅层与喷射混凝土层一紧密接触，保证不产生移位；

S6：施工树脂锚杆，首先在锚杆杆体表面均匀喷涂一层气凝胶涂层，厚度为2-3mm，待干燥后，将锚杆插入钻孔内，保证锚杆位于钻孔中心，然后将树脂药卷放入钻孔内进行均匀搅拌，待凝固后，安装托盘，进行紧固，锚杆外露长度≤100mm；

S7：锚杆安装结束后，按照喷射混凝土层二的材料配比设计喷射混凝土，煤矸石首先要浸入气凝胶浆料中进行混合，使煤矸石表面均匀沾满气凝胶浆料后取出，待干燥后再进行混合搅拌；高吸水树脂及玄武岩磨碎纤维与干燥后的煤矸石同时搅拌均匀后进行喷射混凝土的拌制，气凝胶浆液在拌制过程中分3-5次加入，拌制完毕后，进行喷射施工，厚度为25-100mm；

S8：待喷射混凝土层二终凝后，首先添加10%-15%的水稀释气凝胶浆料，然后采用高压无气喷枪，在喷射混凝土层二表面均匀喷涂2-5mm，采用分2-3次喷涂，保证涂层的均匀。

2.根据权利要求1所述的深井高温巷道高强隔热支护结构，其特征在于，所述喷射混凝土层一厚度为50-200mm，位于内层，采用湿喷法形成，喷射混凝土层一由胶凝材料、粗骨料、细集料、减水剂、外加料和水混合而成，按质量比，粗骨料：细集料：胶凝材料=3:1:1，砂率为50%-60%，减水剂质量为胶凝材料质量的0.5%-2.5%，外加料添加量为胶凝材料质量的0.3%-2%，水的添加量保证水胶比为0.4-0.45。

3.根据权利要求2所述的深井高温巷道高强隔热支护结构，其特征在于，所述粗骨料包括煤矸石和花岗岩石子，煤矸石粒度范围为8-12mm，连续级配，煤矸石质量占粗骨料质量的40%-50%，花岗岩石子粒度范围为5-8mm，连续级配，花岗岩石子质量占粗骨料质量的50%-60%；

细集料包括粗粒级尾砂、石英砂、刚玉粉和贝壳粉，粗粒级尾砂占细集料质量的35%-50%，粒径范围为50-200μm，石英砂占细集料质量的20%-50%，颗粒范围分别为100-300μm、300-600μm、600-1000μm三种，三种质量比为1:1:9，刚玉粉占细集料质量的10%-20%，粒径范围为600-1000μm，贝壳粉占细集料质量的5%-10%，粒径范围为20-50μm；

减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂；

外加料为玄武岩磨碎纤维，直径为9-18μm，长度为30-50μm。

4.根据权利要求1所述的深井高温巷道高强隔热支护结构，其特征在于，所述喷射混凝土层二厚度为25-100mm，位于外层，采用湿喷法形成，喷射混凝土层二由胶凝材料、粗骨料、细集料、减水剂、外加料和水混合而成，按质量比，粗骨料：细集料：胶凝材料=3:1:1，砂率为50%-60%，减水剂质量为胶凝材料质量的0.5%-2.5%，外加料添加量为胶凝材料质量的3.4%-7.3%，水的添加量保证水胶比为0.4-0.45。

5.根据权利要求4所述的深井高温巷道高强隔热支护结构，其特征在于，所述胶凝材料包括稻壳灰和普通硅酸盐水泥，稻壳灰占胶凝材料质量的20%-30%，二氧化硅含量≥90%，粒度范围40-100μm，普通硅酸盐水泥质量占胶凝材料质量的70%-80%，标号不低于425R；

粗骨料为煤矸石石子，粒径范围5-12mm，连续级配，采用气凝胶浆液稀释后浸泡，气凝胶浆液固体颗粒粒径为15-30μm，25℃时隔热系数≤0.018-0.022，密度为200-350kg/m³，气凝胶固含量为10-15%；

细集料包括粗粒级尾砂、陶瓷微珠和粉煤灰漂珠，粗粒级尾砂质量占细集料质量比为35%-50%，粒径范围为50-200μm；陶瓷微珠占细集料质量比为23%-35%，颗粒范围分别为100-300μm、300-600μm、600-1000μm三种，三种质量比为1:1:9，粉煤灰漂珠占细集料质量比为15%-40%，细度模数为3.1-3.9,粒径范围为0.5mm-2.5mm；

减水剂为粉体聚羧酸高性能减水剂；

外加料包括高吸水树脂、气凝胶浆液和玄武岩磨碎纤维，高吸水树脂添加量为胶凝材料质量的0.1%-0.3%，粒径范围为250-500μm；气凝胶浆液添加量为胶凝材料质量的3%-5%，气凝胶浆液固体颗粒粒径为15-30μm，25℃时隔热系数≤0.018-0.022，密度为200-350kg/m³，气凝胶固含量为10-15%；玄武岩磨碎纤维添加量为胶凝材料质量的0.3%-2%，直径为9-18μm，长度为30-50μm。

6.根据权利要求1所述的深井高温巷道高强隔热支护结构，其特征在于，所述玄武岩连续纤维-气凝胶复合聚酯纤维混编网格层由玄武岩纤维和气凝胶复合聚酯纤维混合编制而成，以气凝胶复合聚酯纤维绳股为中心，玄武岩连续纤维绳股围绕其捻制，形成直径1.5mm-3mm，长度2-3m的复合纤维绳股，将3-5股的复合纤维绳股以顺捻或逆捻的方法进行捻制，形成多绳股束，以该绳股束为基础，编制复合纤维网格布，网格尺寸为2mm×2mm-5mm×5mm，复合纤维网格布宽2-3m，长10-15m。

7.根据权利要求6所述的深井高温巷道高强隔热支护结构，其特征在于，所述玄武岩连续纤维单丝直径10-20μm，将单丝捻成直径0.5mm-1mm的绳股，绳股长度2m-3m；气凝胶复合聚酯长纤维单丝直径5-15μm，将单丝捻成直径1mm-2mm的绳股，绳股长度与玄武岩连续纤维绳股相等。

8.根据权利要求1所述的深井高温巷道高强隔热支护结构，其特征在于，所述气凝胶喷涂层位于整个支护结构的最外围，采用气凝胶浆料，稀释后采用高压无气喷枪进行喷涂，厚度为2mm-5mm。

9.根据权利要求1所述的深井高温巷道高强隔热支护结构，其特征在于，所述S6中锚杆钻孔直径40-42mm，钻孔深度2.0-2.5m，锚杆排距1.0m-2.0m，间距0.8m-1.0m，锚杆材质为玄武岩纤维复合筋或玻璃纤维。

Images