[发明专利]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

说明书

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。

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；