FRP网格纤维增强水泥基复合材料修复底鼓巷道的方法与流程

frp网格纤维增强水泥基复合材料修复底鼓巷道的方法
技术领域
1.本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种frp网格纤维增强水泥基复合材料修复底鼓巷道的方法。


背景技术：

2.通常情况下，煤矿巷道掘进之后需要对巷道的顶板和两帮采用包括锚杆、锚索在内的支护形式进行加固处理，而对于巷道底板一般不进行额外的加固。受采掘工程活动影响，特别是随着煤矿开采深度的逐步增加，未加固的巷道底板岩层将会出现向上隆起的现象，俗称巷道底鼓。与正常巷道相比，产生底鼓之后的巷道断面将会缩小，同时高低起伏的巷道底板将直接影响到矿井正常的运输与行人。特别严重的情况下将会造成整条巷道的报废，给矿井安全高效生产带来严重隐患。目前常用的巷道底鼓治理方式主要包括以下三种：1)对巷道已经鼓出的部分进行临时清理，简称“起底”；2)在巷道掘进成型后对巷道底板进行加固，以提高巷道底板岩层的强度，继而缓解或阻止底鼓现象的出现；3)通过在巷道底板开槽等方式对巷道底板周围的围岩进行应力释放，以减轻由于应力集中产生的底鼓。
3.采用传统的“起底”处理巷道底鼓的方法存在以下问题：1)作为一种消极的处理巷道底鼓的方法，并不能从根本上改善巷道底板的应力环境。在采动应力的影响下，巷道底鼓现象依然会反复出现；2)采用机械破岩处理底鼓巷道产生的废弃矸石需要运输至井下其他位置，产生额外的矸石排放。
4.在巷道掘进成型初期对巷道底板采用包括锚杆支护在内的形式进行加固的方法存在总体经济投入较大、治理效果不佳的问题。其主要原因在于：巷道掘进活动使得巷道周围原有的应力平衡遭到破坏，围岩应力重新分布到实现第二次应力平衡之间需要一定的时间。当巷道顶板、两帮和底板同时得到加固之后，应力平衡的过程被人为阻止，本来通过底鼓实现应力释放的进程转移到巷道其他部位，对巷道顶板和两帮的围岩稳定控制带来影响。
5.采用应力转移和释放的方法处理巷道底鼓属于一种积极主动的治理方法，在现场取得了较好的实践效果。但是，单纯采用应力转移和释放并不能从根本上提高底板岩层的强度，其治理效果具有一定的局限性。
6.综合包括“起底”、加强支护和应力转移与应力释放相结合的方式是今后处理底鼓巷道的主要发展方向。考虑到巷道开采深度增加后原岩应力的增加、传统支护形式带来的额外运输工作量以及处理底鼓巷道出现的废弃矸石的运输工作，有必要开发一种新型的底鼓巷道加固方法。通过革新施工工艺、引入包括纤维增强复合材料(fiber-reinforced polymer，简称frp)在内的新型材料，为深部开采煤矿底鼓巷道快速修复提供一种新的技术途径。


技术实现要素：

7.为克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种操作简单、施工方便、且可有
效地控制巷道的底鼓变形的frp网格纤维增强水泥基复合材料修复底鼓巷道的方法。
8.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种frp网格纤维增强水泥基复合材料修复底鼓巷道的方法，包括如下步骤：
9.步骤一，在巷道底板沿着巷道走向方向开设有多条槽；
10.步骤二，在开设的多条槽中依次注入纤维增强水泥基复合材料；
11.步骤三，待槽之外的底板岩层出现底鼓，且鼓出最大高度超过10厘米时，采用气动凿岩机进行“起底”；
12.步骤四，将frp网格水平铺设在“起底”后的巷道底板，通过定位螺栓和螺母将其固定在巷道底板；
13.步骤五，将步骤三“起底”产生的废弃矸石铺设在固定在巷道底板的frp网格的上部；
14.步骤六，在铺设的第一层废弃矸石上面架设第二层frp网格，并通过螺母和定位螺栓进行固定；
15.步骤七，在第二层frp网格上部铺设废弃矸石；
16.步骤八，在废弃矸石上方铺设第三层frp网格，通过螺母将其固定在定位螺栓上；
17.步骤九，将采用煤矸石为骨料的纤维增强水泥基复合材料注入铺设在frp网格中间的废弃矸石上，直至充满所有空隙；
18.步骤十，重复步骤四至步骤九，直至所有充填工作完成。
19.优选地，所述槽的宽度为20-40厘米，深度为50厘米。
20.优选地，所述槽中的一条位于巷道宽度的中心位置，另外两条槽对称布置在巷道宽度中心位置的两侧，分别距离巷道两帮各30-50厘米。
21.优选地，所述纤维增强水泥基复合材料中使用的骨料为粉碎后的煤矸石。
22.优选地，所述纤维增强水泥基复合材料的胶凝材料为快硬硫铝酸盐水泥。
23.优选地，所述纤维增强水泥基复合材料的纤维材料为超高分子量聚乙烯纤维。
24.优选地，所述纤维增强水泥基复合材料的水为井下净化处理的矿井水。
25.优选地，所述frp网格为通过挤压成型工艺生产得到的蜂窝状三维结构。
26.优选地，所述frp网格的基体材料包括但不局限于玄武岩纤维、玻璃纤维和碳纤维。
27.优选地，所述frp网格的长度为巷道底板的实际宽度，所述frp网格宽度为其长度的一半。
28.优选地，所述纤维增强水泥基复合材料能够完全充满废弃矸石的空隙，所述的用于输送纤维增强水泥基复合材料的注浆泵压力不得低于2兆帕。
29.本发明底鼓巷道加固修复方法的有益效果是，采用具有轻质高强力学特性的纤维增强复合材料(frp)网格作为主要加固材料；通过在巷道底板上开设槽的方式可以有效地降低巷道底板的应力集中，为巷道底板的应力释放提供变形空间；在槽中依次注入纤维增强水泥基复合材料，所述的纤维增强水泥基复合材料的骨料为煤矸石，胶凝材料为快硬硫铝酸盐水泥，纤维材料为超高分子量聚乙烯纤维。由于快硬硫铝酸盐水具有高水灰比、快硬和早期强度高的力学特性，超高分子量聚乙烯纤维具有大变形的特性，配合煤矸石骨料添加经过井下净化处理的矿井水制备的纤维增强水泥基复合材料，通常在1天以内即可满足
正常的运输和行人需要，实现底鼓巷道的快速修复。
附图说明
30.图1是本发明实施例的未出现底鼓之前巷道示意图；
31.图2是本发明实施例的出现底鼓之后巷道示意图；
32.图3是本发明实施例的巷道底板开槽并注入纤维增强水泥基复合材料施工过程示意图；
33.图4是本发明实施例的巷道底板开槽并注入纤维增强水泥基复合材料施工完成后巷道底板示意图；
34.图5是本发明实施例的frp网格示意图；
35.图6是本发明实施例的整体施工过程示意图。
36.附图标记：
37.1-锚杆；2-巷道顶板；3-巷道两帮；4-巷道底板；5-矩形槽；6-纤维增强水泥基复合材料；7-废弃矸石；8-frp网格；9-定位螺栓；10-螺母。
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
39.参见附图1-6所示，本实施例的一种底鼓巷道加固修复方法，包括以下步骤：
40.步骤一，采用锚杆1加固巷道顶板2和巷道两帮3之后，在巷道底板4沿着巷道走向方向开设多条槽，槽的宽度为20-40厘米，深度为30-50厘米。本实施例中开设有三条宽度为20厘米，深度为50厘米的矩形槽5；所述矩形槽5中的一条位于巷道宽度的中心位置，另外两条矩形槽5对称布置在巷道宽度中心位置的两侧，分别距离巷道两帮3各30-50厘米。通过在巷道底板4上开设矩形槽5的方式可以有效地降低巷道底板4的应力集中，为巷道底板4的应力释放提供变形空间；
41.步骤二，尽管在巷道底板4开设的3条矩形槽5可以为应力释放提供空间，但是开设矩形槽5之后的巷道底板4不利于正常的运输和行人。为解决上述问题，需要在矩形槽5中依次注入纤维增强水泥基复合材料6。所述的纤维增强水泥基复合材料6为由煤矸石骨料、快硬硫铝酸盐水泥、超高分子量聚乙烯纤维加矿井水组成。采用纤维增强水泥基复合材料6可以在较短的时间内完成固化反应，通常在1天以内即可满足正常的运输和行人需要，实现底鼓巷道的快速修复。
42.步骤三，待巷道底板4(矩形槽之外的底板岩层)出现底鼓，且鼓出最大高度超过10厘米时，采用气动凿岩机进行“起底”。其中，“起底”深度为50厘米。“起底”过程中产生的废弃矸石7暂时堆积在“起底”位置5米以内的范围；
43.步骤四，将frp网格8水平铺设在“起底”后的巷道底板4，通过定位螺栓9和螺母10将其固定在巷道底板4。所述的frp网格8为通过挤压成型工艺生产得到的蜂窝状三维结构，其基体材料包括但不局限于玄武岩纤维、玻璃纤维和碳纤维。所述的frp网格8的长度为巷道底板4的实际宽度，frp网格8宽度为其长度的一半。所述的定位螺栓9为全长攻丝的螺杆，所述的全长攻丝的长度为40厘米。待frp网格8铺平后，在frp网格的孔隙中施工钻孔，通过
树脂药卷将定位螺栓9锚固在巷道底板4，所述的钻孔深度为10厘米。随后，将螺母10穿过frp网格8后拧紧，以实现固定frp网格8的目的。
44.步骤五，将废弃矸石7铺设在通过定位螺栓9和螺母10固定在巷道底板4的frp网格8上部，设计铺设厚度为20厘米。考虑到废弃矸石9的非均质性，所述的设计铺设厚度为堆积的废弃矸石9距离巷道底板4的最大高度。为确保铺设的巷道底板4的废弃矸石7相对稳定，待充填结束后用铁锹通过人工的方式对其表面进行找平处理。
45.步骤六，在铺设的第一层废弃矸石7上面架设第二层frp网格8，将第二层frp网格8通过螺母10与定位螺栓9固定在一起。所述的第二层frp网格8和铺设在巷道底板4上的第一层frp网格8在空间位置上保持平行布置。
46.步骤七，在第二层frp网格8上部铺设废弃矸石7，设计铺设厚度为20厘米。所述的设计铺设厚度为堆积的废弃矸石7距离第二层frp网格8上边缘的最大距离。为确保铺设的废弃矸石7相对稳定，待充填结束后用铁锹通过人工的方式对其表面进行找平处理。
47.步骤八，在废弃矸石7上方铺设第三层frp网格8。所述的第三层frp网格8与第二层frp网格8在空间位置上保持平行布置，通过螺母10将其固定在定位螺栓9上。
48.步骤九，将采用煤矸石为骨料的纤维增强水泥基复合材料6注入铺设在frp网格8中间的废弃矸石7上，直至充满所有空隙。为保证纤维增强水泥基复合材料6能够完全充满废弃矸石7的空隙，所述的用于输送纤维增强水泥基复合材料6的注浆泵的压力不得低于2兆帕。
49.步骤十，重复步骤四至步骤九，直至所有充填工作完成。
50.以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。