1.一种结合负泊松比结构板填充的超前支护,其特征在于,包括负泊松比结构板(1)、U型钢拱架(2)、超前钢管(3)和锁脚锚杆;所述U型钢拱架(2)架设于超挖区域,所述U型钢拱架(2)连接锁脚锚杆和底部基底(7),所述U型钢拱架(2)的顶部布设超前钢管(3);所述U型钢拱架(2)与超挖区域边界之间的空隙采用负泊松比结构板(1)填充;所述负泊松比结构板(1)通过丙烯酸酯胶粘剂固定在U型钢拱架(2)边缘,所述负泊松比结构板(1)根据超挖区域的体积以层状堆叠的方式设置,所述负泊松比结构板(1)之间采用丙烯酸酯胶粘剂粘合连接;所述负泊松比结构板(1)包括若干个刚性圆形节点单元(8),所述刚性圆形节点单元(8)之间通过纤维线(9)连接;所述刚性圆形节点单元(8)呈半径为1.5cm的球体,所述球体之间通过纤维线(9)连接,所述负泊松比结构板(1)包括五层刚性圆形节点单元(8),五层所述刚性圆形节点单元(8)采用“5-4-5-4-5”的结构排列组合。
2.根据权利要求1所述的一种结合负泊松比结构板填充的超前支护,其特征在于,所述刚性圆形节点单元(8)选用PVC材料或POM材料或PET材料。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的结合负泊松比结构板填充的超前支护的施工方法,其特征在于,施工步骤如下:S1、采用掘进台车对回采巷道按照设计要求断面尺寸施工,单次进尺施工结束后,采用无轨铲运机出矿;S2、对出矿完毕的回采巷道进行地面碎石清理以及顶板松石的处理,对断面轮廓欠挖区域进行二次处理,为后续架设U型钢拱架(2)创造条件,保证作业安全;S3、将U型钢拱架(2)提前拼装焊接好,在回采巷道内需要进行支护的区域采用多用途地下空间三维扫描仪扫描实际开挖边界轮廓,扫描得到U型钢拱架(2)与实际开挖轮廓之间的空隙体积大小,根据负泊松比结构板(1)尺寸计算填充空隙所需的负泊松比结构板(1)数量;S4、将负泊松比结构板(1)通过丙烯酸酯胶粘剂固定在U型钢拱架(2)外边缘对应的超挖区域范围,并根据超挖区域空隙的体积以层状堆叠的方式添加负泊松比结构板(1),负泊松比结构板(1)之间同样采用丙烯酸酯胶粘剂粘合连接;S5、将负泊松比结构板(1)固定完毕的U型钢拱架(2)对应超挖区域进行架设,使得负泊松比结构板(1)填充超挖区域的空隙;S6、最后以架设好的U型钢拱架(2)为支点,沿回采巷道顶板向斜前方打超前钢管(3),结合U型钢拱架(2)完成超前支护。
4.根据权利要求3所述的一种结合负泊松比结构板填充的超前支护的施工方法,其特征在于,在步骤S1中,对回采巷道掘进施工时,采用光面爆破使得开挖轮廓尽可能光滑平整,减少后期二次处理轮廓的工作量,以及为填充负泊松比结构板(1)创造良好条件。
5.根据权利要求3所述的一种结合负泊松比结构板填充的超前支护的施工方法,其特征在于,在步骤S3中,所述多用途地下空间三维扫描仪在空区将扫描头电源开启,通过控制实现无盲区的360°激光扫描,精准得到实际开挖轮廓边界。
6.根据权利要求3所述的一种结合负泊松比结构板填充的超前支护的施工方法,其特征在于,在步骤S4中,所述丙烯酸酯胶粘剂固化速度快,能够适应恶劣极端环境,并且具有高剪切强度、剥离强度和抗冲击性能;不仅能够实现负泊松比结构板(1)与U型钢拱架(2)之间的牢固粘结,而且能够将相邻负泊松比结构板(1)紧密结合,将填充在空隙内的负泊松比结构板形成一个整体,充分发挥负泊松比效应。
7.根据权利要求3所述的一种结合负泊松比结构板填充的超前支护的施工方法,其特征在于,在步骤S5中,每隔1~1.2m架设一座U型钢拱架(2),U型钢拱架(2)之间采用材料为14#槽钢的钢板连接,连接钢板纵向间距0.5~0.6m;在U型钢拱架的支架腿窝向下挖100~200mm,至实底,一方面使得U型钢拱架底部架设更加牢固,另一方面按照支架腿尺寸开挖的基底与支架腿成楔型结构耦合,也起到固定作用;在支架腿距离底板1~1.2m处安装锁脚锚杆,进一步固定U型钢拱架;最后,在底板采用14#槽钢的钢条将U型钢拱架的左右两侧再次连接固定,完成U型钢拱架的安装。
8.根据权利要求3所述的一种结合负泊松比结构板填充的超前支护的施工方法,其特征在于,在步骤S6中,U型钢拱架(2)安装完毕后,在U型钢拱架(2)顶部安装超前钢管(3),超前钢管(3)为φ32mm薄壁钢管,长2m,以仰角5°安装,超前钢管(3)的间距为200mm,最终形成负泊松比结构板填充下的超前支护。