[实用新型]一种轻型高强复合碳纤维约束混凝土拱架

说明书

本实用新型公开了一种轻型高强复合碳纤维约束混凝土拱架，其结构是由若干复合碳纤维约束管通过连接套筒及固定钢板组装并灌注核心混凝土形成的拱架结构。所述的复合碳纤维约束管由内层管、浸树脂碳纤维夹层和外层管组成，各层之间通过树脂粘贴；所述的连接套筒分为单阻隔卡环闭合套筒和双阻隔卡环开孔套筒两种，单阻隔卡环闭合套筒的阻隔卡环两面均焊有四个环向分布的固定钢筋爪，双阻隔卡环开孔套筒的两个阻隔卡环的外侧均焊有四个环向分布的固定钢筋爪。本实用新型可用于巷道支护，不仅可以提高支护强度，而且极大降低拱架整体重量，便于施工。

技术领域

本实用新型涉及矿山巷道支护技术领域，尤其涉及一种深部软岩巷道支护的轻型高强支护拱架。

背景技术

在深部软岩巷道中，围岩承载能力较低，具有明显的流变性。如果支护强度不足，围岩的流变破坏就会持续发展，巷道无法维持长期稳定。因此在围岩变形一定程度之后给围岩施加一个具有较高强度的支护结构是非常关键的，它可以有效阻止流变破坏的发展，保证围岩长期稳定。在此情形下，约束混凝土拱架作为一种高强度的刚性支护，由于其结构简单，在深部软岩巷道的支护中得到了广泛的应用。

目前大部分矿山及岩土工程中应用的约束混凝土拱架多为钢管混凝土拱架和碳纤维模袋混凝土拱架，但是，这些约束混凝土支架在实际应用中也存在以下问题。

中国发明专利CN201720406727.9公开了一种用于巷道支护的钢管混凝土拱架，该拱架由钢管混凝土拱架主体和钢管构成，其具有较高的强度和刚度；但是，该拱架结构复杂，制作成本昂贵，架设难度过高，用于深部巷道支护时拱架极限抗弯性能不足。

中国实用新型专利CN201520955522.7公开了用于一种深部巷道支护用新型混凝土支架，该拱架是由土工模袋和碳纤维一次加工成型的柔性管体、横梁卡箍、横梁和混凝土组成；该拱架具有可一次灌注成型，柔性管体可折叠以及加快内部混凝土的速度等优点，但是该拱架的碳纤维层是粘在土工模袋内侧，在拱架破坏时会由于核心混凝土的破碎而产生大量带有锋利茬口的碎石，由于内衬的碳纤维夹层直接接触核心混凝土，且碳纤维作为一种抗拉但不抗剪的材料，因此碳纤维夹层会由于碎石的剪切作用而发生剪切破坏，同时在灌注混凝土的过程中，流动的混凝土和内衬的碳纤维层的直接接触也会对碳纤维造成一定的损伤，导致碳纤维层的抗拉强度也会大大降低，从而无法充分发挥出碳纤维材料的抗拉性能，最终表现为拱架承载力不足，容易出现拱架提早破坏等现象。

综上所述，传统的约束混凝土拱架对深部软岩巷道的支护效果以及施工速度都不甚理想，因此，探索研究出一种适用于深部软岩巷道支护的质量轻、强度高且易安装的拱架支护结构是十分必要的。

发明内容

本实用新型为解决上述问题，提出了一种适用于深部软岩巷道支护的轻型高强复合碳纤维约束混凝土拱架。本实用新型具有质量轻、强度高且易安装的优点，在满足我们控制巷道围岩变形的同时，更是降低了井下施工人员在狭小的巷道空间内安装拱架的劳动强度，提高了施工效率。

本实用新型一种轻型高强复合碳纤维约束混凝土拱架的构造为：由若干复合碳纤维约束管、连接套筒及固定钢板、核心混凝土组成，其特征在于，所述的复合碳纤维约束管由内层管、浸树脂碳纤维夹层和外层管组成，浸树脂碳纤维夹层位于内层管和外层管之间；所述的连接套筒分为单阻隔卡环闭合套筒和双阻隔卡环开孔套筒两种，其中单阻隔卡环闭合套筒焊接一片阻隔卡环，双阻隔卡环开孔套筒焊接两片阻隔卡环，并在两阻隔卡环间增设孔洞；所述的固定钢板焊接在连接套筒一侧，并将拱架锚固在巷道内壁上。

为了保护碳纤维布不被碎石剪切破坏，充分发挥出碳纤维材料的抗拉性能，所述的复合碳纤维约束管各层之间通过树脂进行粘贴，浸树脂碳纤维夹层两侧的内层管和外层管可以有效降低碎石对碳纤维布的剪切作用。

为了提高连接套筒的连接强度，所述的连接套筒内部阻隔卡环两面均焊有四个环向分布的固定钢筋爪，在混凝土浇筑完成后钢筋爪会插入混凝土中，从而大大提高连接套筒的连接强度。