本发明涉及巷道支护技术领域，特别涉及一种深井巷道支护结构及施工方法。
背景技术：
锚喷支护技术在煤矿巷道中广泛应用。喷射混凝土与锚杆围岩共同工作形成一个具有足够抗力的支护体系；喷层的作用在于它具有能及时封闭围岩防止风化与潮解、支撑和填平补强围岩、分配外力等作用。锚喷支护是解决巷道支护中的一项安全可靠、经济可行、适应性强的技术，是当前支护工程中的主要支护形式。但该支护技术的喷射混凝土运输施工量大、回弹量大、粉尘浓度大且碱性强、喷层脆性大、喷层后期强度衰减大、气体液体封闭能力差等。而随着资源的不断消耗，矿井开采深度在不断增加。开采深度的增加导致巷道围岩中集中应力和偏应力增加，引起围岩变性特征发生显著变化。矿井进入超千米开采阶段，巷道围岩表现出大变形，极易破坏锚喷支护中的混凝土喷层，这使得喷射混凝土所固有的上述技术问题更加凸显，特别是后期强度衰减大、喷层脆性大这两大问题更为凸显，成为影响深井支护及深井安全生产的关键问题。
因此，为解决以上问题，需要一种深井巷道支护结构及施工方法，该支护结构提高了喷射材料的柔韧性和强度，并降低混凝土用量和喷射过程的粉尘量，从而解决锚喷支护技术在在深部巷道存在的上述技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种深井巷道支护结构及施工方法，可有效解决喷射混凝土运输施工量大、回弹量大、粉尘浓度大、喷层脆性大、喷层后期强度衰减大、气体液体封闭能力差等问题，改善矿井施工作业环境，保障作业人员职业健康。
本发明的深井巷道支护结构及施工方法，包括以此喷射于巷道围岩表面的第一层湿喷混凝土层、有机薄喷材料层以及第二层湿喷混凝土层，所述湿喷混凝土层采用纤维增强柔性聚合物混凝土，所述有机薄喷材料层采用水性有机材料。
进一步，所述第一层湿喷混凝土层厚度为3.5-4.5cm，所述第二层湿喷混凝土层厚度为2.5-3.5cm，所述有机薄喷材料层厚度为0.2-1mm。
进一步，所述第一层湿喷混凝土和第二层湿喷混凝土中添加有液体无碱速凝剂。
进一步，所述纤维增强柔性聚合物混凝土为pet纤维丁苯乳液改性混凝土或pp纤维丙烯酸乳液改性混凝土。
进一步，所述水性有机材料为水溶环氧树脂或丙烯酸酯。
一种深井巷道支护结构施工方法包括以下步骤：
s1：沿巷道周围施打锚杆，锚杆尾端外露长度不超过4cm；
s2：将纤维增强柔性聚合物混凝土通过湿喷机喷出形成第一层湿喷混凝土层并使第一层湿喷混凝土层充分覆盖锚杆尾端；；
s3：将水性有机材料喷涂在第一层湿喷混凝土层的表面形成有机薄喷材料层；
s4：有机薄喷材料层表干后通过湿喷机喷出纤维增强柔性聚合物混凝土形成第二层湿喷混凝土层。
进一步，步骤s2和步骤s4中，纤维增强柔性聚合物混凝土原料中添加液体无碱速凝剂。
本发明的有益效果：
本发明中支护结构由第一层湿喷混凝土层、有机薄喷材料层以及第二层湿喷混凝土层形成的类似“三明治”夹心结构，两层湿喷混凝土层作为保护层对有机薄喷材料层形成保护，同时有机薄喷材料层为该支护结构提供了抗渗能力强的结构层，该“三明治”的结构增强了支护结构的抗渗性能同时兼顾了支护结构的抗折强度以及韧性，使得支护结构起到更好的封闭以及支护作用；该“三明治”的支护结构在保证良好支护性能和抗渗透性性能的前提下可使喷层厚度减少25％以上，有效减少支护结构的混凝土用量，减少混凝土运输施工量，提高施工效率，并通过纤维增强柔性聚合物混凝土、水性有机材料以及湿喷机有机结合，保证在施工过程中具备回弹量低、材料利用率高、粉尘浓度低等优点，同时也保证支护结构的抗折强度以及韧性，使得支护结构起到更好的封闭以及支护作用，并解决了喷层脆性大、喷层后期强度衰减大、气体液体封闭能力差等问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明结构示意图；
具体实施方式
图1为本发明结构示意图；
如图所示：本实施例的深井巷道支护结构及施工方法，包括以此喷射于巷道围岩表面的第一层湿喷混凝土层1、有机薄喷材料层2以及第二层湿喷混凝土层3，所述湿喷混凝土层采用纤维增强柔性聚合物混凝土，所述有机薄喷材料层采用水性有机材料。纤维增强柔性聚合物混凝土具有抗渗能力强、抗折强度高、韧性好等优点，能更好的适应深井巷道的变形，并有效阻隔巷道周围淋水及有毒有害气体进入巷道；水性有机材料优选环保型以为井下提高良好的作业环境，水性有机材料的使用使得支护结构构成了位于两层湿喷混凝土层之间的有机薄喷材料层，该支护结构形成了类似“三明治”夹心结构，两层湿喷混凝土层作为保护层对有机薄喷材料层形成保护，同时有机薄喷材料层为该支护结构提供了抗渗能力强的结构层，该“三明治”的结构增强了支护结构的抗渗性能同时兼顾了支护结构的抗折强度以及韧性，使得支护结构起到更好的封闭以及支护作用；该“三明治”的支护结构，由于其抗折强度、韧性以及抗渗能力优良，故支护结构在保证良好性能的前提下可使喷层厚度减少25％以上，有效减少支护结构的混凝土用量，减少混凝土运输施工量，提高施工效率，通过纤维增强柔性聚合物混凝土、水性有机材料有机结合，可有效解决深井巷道锚喷的回弹量大、粉尘浓度、喷层脆性大、喷层后期强度衰减大、气体液体封闭能力差等问题；改善矿井施工作业环境，保障作业人员职业健康。
优选所述第一层湿喷混凝土层厚度为3.5-4.5cm，所述第二层湿喷混凝土层厚度为2.5-3.5cm，所述有机薄喷材料层厚度为0.2-1mm。本实施例中第一层湿喷混凝土层厚度为4cm，所述第二层湿喷混凝土层厚度为3cm，所述有机薄喷材料层厚度为0.5mm，第一层湿喷混凝土层作为内垫层对巷道内壁进行初步加固并平整，第一层湿喷混凝土层通过较厚的厚度作为初始封闭层，隔绝于气体液体与有机薄喷材料层之间，并具有良好的支护性能，也作为有机薄喷材料层的喷涂平台，使得有机薄喷材料层连续和密实性较好，以提高抗渗透效果，第二层湿喷混凝土层覆盖于有机薄喷材料层作为外层保护层可起到保护有机薄喷材料层的作用。
本实施例中，所述第一层湿喷混凝土和第二层湿喷混凝土中添加有液体无碱速凝剂。液体无碱速凝剂为以硫酸铝、有机胺为主，液体无碱速凝剂可以提高喷射混凝土的早期强度，且不影响喷射混凝土的后期强度；纤维增强柔性聚合物混凝土结合液体无碱速凝剂在增强支护结构抗折强度和韧性的同时，可适当降低“三明治”支护结构的整体厚度、减少材料用量；
本实施例中，所述纤维增强柔性聚合物混凝土为pet纤维丁苯乳液改性混凝土或pp纤维丙烯酸乳液改性混凝土。通过该混凝土保证良好的抗渗能力、抗折强度以及韧性，尤其第一层湿喷混凝土层采用该混凝土保证良好的抗渗能力，即将气体液体与有机薄喷材料层以及第二层湿喷混凝土层有效隔离，保证整体支护结构良好的抗渗能力以及支护强度，提高支护结构的使用寿命。
本实施例中，所述水性有机材料为水溶环氧树脂或丙烯酸酯。该水性有机材料附着能力和抗渗能力优良，进一步将气体液体与第二层湿喷混凝土层有效隔离，保护第二层湿喷混凝土层，使得该混凝土层后期强度衰减小，保证该混凝土层的性能稳定性。
本实施例中还提供了一种深井巷道支护结构施工方法，具体包括以下步骤：
s1：沿巷道周围施打锚杆4，锚杆尾端外露长度不超过4cm；
s2：将纤维增强柔性聚合物混凝土通过湿喷机喷出形成第一层湿喷混凝土层并使第一层湿喷混凝土层充分覆盖锚杆尾端；；
s3：将水性有机材料喷涂在第一层湿喷混凝土层的表面形成有机薄喷材料层；
s4：有机薄喷材料层表干后通过湿喷机喷出纤维增强柔性聚合物混凝土形成第二层湿喷混凝土层。
第一层湿喷混凝土层充分覆盖锚杆尾端保证第一层湿喷混凝土层的平整度并有提高第一层湿喷混凝土层的结构强度，湿喷机的使用保证了喷混凝土的质量，并且大幅度并降低喷射混凝土的回弹率和粉尘浓度，湿喷机与纤维增强柔性聚合物混凝土的结合保证了施工过程中使具备回弹量低、材料利用率高、粉尘浓度低等优点，使得喷涂粉尘浓度低于40mg/m3。
本实施例中，步骤s2和步骤s4中，纤维增强柔性聚合物混凝土原料中添加液体无碱速凝剂。首先将纤维增强柔性聚合物混凝土原料送入与湿喷机匹配的搅拌机内搅拌均匀，在湿喷机喷嘴处设置有用于添加液体无碱速凝剂的支管，在湿喷机喷射混凝土过程中，通过支管实时添加液体无碱速凝剂，该添加方式结合了现有的湿喷机的结构实现，当然依据不同的喷涂设备可选择不同的添加方式，具体不再赘述；湿喷机的使用保证了喷射混凝土的配合比完全处于受控状态，保证纤维增强柔性聚合物混凝土与液体无碱速凝剂的配比精度，纤维增强柔性聚合物混凝土、液体无碱速凝剂以及湿喷机的有效结合是发挥柔性支护作用的关键，保证在施工过程中具备回弹量低、材料利用率高、粉尘浓度低等优点，同时也保证支护结构的抗折强度以及韧性，使得支护结构起到更好的封闭以及支护作用，并解决了喷层脆性大、喷层后期强度衰减大、气体液体封闭能力差等问题；
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种深井巷道支护结构，其特征在于：包括以此喷射于巷道围岩表面的第一层湿喷混凝土层、有机薄喷材料层以及第二层湿喷混凝土层，所述湿喷混凝土层采用纤维增强柔性聚合物混凝土，所述有机薄喷材料层采用水性有机材料。
2.根据权利要求1所述的深井巷道支护结构，其特征在于：所述第一层湿喷混凝土层厚度为3.5-4.5cm，所述第二层湿喷混凝土层厚度为2.5-3.5cm，所述有机薄喷材料层厚度为0.2-1mm。
3.根据权利要求1所述的深井巷道支护结构，其特征在于：所述第一层湿喷混凝土和第二层湿喷混凝土中添加有液体无碱速凝剂。
4.根据权利要求1所述的深井巷道支护结构，其特征在于：所述纤维增强柔性聚合物混凝土为pet纤维丁苯乳液改性混凝土或pp纤维丙烯酸乳液改性混凝土。
5.根据权利要求1所述的深井巷道支护结构，其特征在于：所述水性有机材料为水溶环氧树脂或丙烯酸酯。
6.基于权利要求1至5任意一项所述深井巷道支护结构，其特征在于深井巷道支护结构施工方法包括以下步骤：
s1：沿巷道周围施打锚杆，锚杆尾端外露长度不超过4cm；
s2：将纤维增强柔性聚合物混凝土通过湿喷机喷出形成第一层湿喷混凝土层并使第一层湿喷混凝土层充分覆盖锚杆尾端；；
s3：将水性有机材料喷涂在第一层湿喷混凝土层的表面形成有机薄喷材料层；
s4：有机薄喷材料层表干后通过湿喷机喷出纤维增强柔性聚合物混凝土形成第二层湿喷混凝土层。
7.根据权利要求6所述的深井巷道支护结构的施工方法，其特征在于：步骤s2和步骤s4中，纤维增强柔性聚合物混凝土原料中添加液体无碱速凝剂。
技术总结