深部软岩巷道围岩高压气体多级预裂注浆改造方法及其改造装置

摘要

本发明涉及一种深部软岩巷道围岩高压气体多级预裂注浆改造方法及其改造装置，通过采用高压气体对深部软岩巷道围岩进行多级预裂，并在最后一级气体预裂时向支撑剂容器中加入专用的支撑剂材料，粒径大于水泥颗粒的粒径，用以支撑人工预裂扩张后的围岩裂隙，防止裂隙在深部高地应力作用下重新闭合，提高围岩可注性，然后对裂隙围岩进行注浆加固，实现对巷道软弱围岩结构和力学特性的大幅改造，进而实现深部软岩巷道围岩稳定控制，解决了深部软岩巷道围岩裂隙闭合、可注性极差、注浆效果不佳的难题；显著改造和提升软弱围岩的结构和力学特性，提高围岩承载能力；围岩高压气体预裂孔和注浆孔两孔合一，现场操作实施简单。

主权项

一种深部软岩巷道围岩高压气体多级预裂注浆改造方法，其特征在于，其步骤如下：步骤1)打注浆孔，按照深、浅交替的注浆孔布置方式，在完成锚喷初始支护之后的深部软岩巷道顶板、两帮和底板围岩中打直径为35～40mm的注浆孔，深部注浆孔深度为3～6m，浅部注浆孔深度为1～3m，钻孔具体深度根据巷道围岩松动圈的范围确定；步骤2)安装注浆套管，将注浆套管置于注浆孔中，并采用高强速凝混凝土将注浆套管固定挡板外面的区域固定于注浆孔壁上，起到密封注浆孔的作用；步骤3)向注浆孔中装入气体预裂装置，将气体预裂装置沿中空的注浆套管内部置于注浆孔中，气体预裂装置顶部距钻孔底部的距离为20～30cm，并将气体预裂装置与注浆套管连接在一起；步骤4)初级预裂，打开高压阀门，启动高压空气压缩机，通过稳压装置，将高压气体输送到气体预裂装置，当气体压力达到设定的初级预裂压力值时，气体预裂装置瞬间释放高压气体，高压气体通过强大的膨胀推力作用使围岩原生裂隙得到扩张并产生了较多的新裂隙，完成深部软岩巷道围岩的第一次预裂；步骤5)二级或多级预裂，关闭高压阀门，关闭高压空气压缩机，拧下密封螺母，将气体预裂装置沿中空的注浆套管内部取出，重新设置气体预裂的压力值，然后将重新设置好的气体预裂装置沿中空的注浆套管内部再次置于注浆孔中，并将气体预裂装置和注浆套管连接在一起，打开高压阀门，启动高压空气压缩机，通过稳压装置，将高压气体输送到气体预裂装置进行预裂，产生更为复杂的裂隙网络；步骤6)最后一级预裂前准备，关闭高压阀门，关闭高压空气压缩机，拧下密封螺母，将气体预裂装置沿中空的注浆套管内部取出，重新设置最后一级气体预裂的压力值，并在气体预裂装置中放入专用的支撑剂材料，然后将重新设置好的气体预裂装置沿中空的注浆套管内部再次置于注浆孔中，并将气体预裂装置和注浆套管连接在一起；步骤7)最后一级预裂，打开高压阀门，启动高压空气压缩机，气体预裂装置瞬间释放高压气体，同时高压气体冲破支撑剂容器，巷道围岩裂隙再次在高压气体的膨胀推力作用下张开，高压气体携带着支撑剂颗粒进入围岩的裂隙中，支撑剂颗粒支撑裂隙能够防止气体压力卸去后裂隙在深部高地应力作用下重新闭合；步骤8)：取出气体预裂装置，关闭高压阀门，关闭高压空气压缩机，拧下密封螺母，将气体预裂装置沿中空的注浆套管内部取出；步骤9)：注浆加固，将注浆系统与注浆套管连接一起，打开注浆阀门，开启注浆泵，完成巷道围岩的注浆加固。