水压致裂化学膨胀剂充填快速掘进巷道的方法

摘要

一种水压致裂化学膨胀剂充填快速掘进巷道的方法，利用地下岩体工程正常生产中，为了解前方的地质情况在前方钻的探水的钻孔，在钻孔之前严格遵循探水的相关规程。钻孔的布置方式采用扇形布置方式，另一个位于中间位置。采用开槽钻在所有钻孔中开若干个楔形槽，之后再进行高压注水，利用水压在楔形槽的应力集中作用，使得破坏围岩其完整性。利用膨胀剂凝固体积增大的特性，在水压致裂以后注入凝固剂，使得钻孔中裂隙发育更加完善。根据岩石的化学成份配置配制相关的化学溶液，并将其注入钻孔中。化学溶液与围岩的化学反应可以降低岩石的力学强度。在实际应用中既利用了探水需要的钻孔，并将化学物理方法相结合，可以达到快速推进掘进面的目的。

主权项

一种水压致裂化学膨胀剂充填快速掘进巷道的方法，所述方法是按下列步骤进行的：（1）利用探水钻在与工作面相距20‑30m的掘进面上钻四个钻孔，钻孔的设置方式为三个孔呈扇形形式布置，另一个孔位于中间位置，钻孔的深度为100‑500m；（2）利用开槽钻在边缘钻孔中每隔4‑7m开一个楔形槽， 从孔底依次开槽分别为第一个，第二个，……，直至到孔口；（3）将注水封孔器与高压管路相连接，高压管路的另一端与高压水泵相连，然后将注水封孔器置于每个楔形槽的的底部，最后打开高压注水泵通过封孔器进行注水致裂，注水压力≤50Mpa，注水时间≤200s，注水时对压力仪进行实时监控；（4）水压致裂完毕后，向三个边缘钻孔中注入膨胀剂，膨胀剂的凝固时间在20min‑120min之间，凝固后，向中间孔注入化学溶液；（5）对巷道围岩进行取样，按照实验规程，测定其单轴抗压强度、孔隙率和透水性的各参数，采用X射线衍射仪进行测定围岩的主要矿物成分，根据围岩的主要化学成分，选择相应的化学溶液，测定在相同的时间内，不同浓度的溶液对围岩单轴抗压强度和三轴抗压强度的影响规律，测定在相同浓度的条件下，不同的时间段对围岩单轴抗压强度和三轴抗压强度的影响规律，经过拟合确定溶液的合适浓度；（6）根据围岩的孔隙率、吸水性和渗透性等相关参数和膨胀剂致裂的效果确定向孔内注入的液体量和注液时间；（7）根据试验结果，围岩主要化学成分是SiO₂，用化学试剂为NaOH溶液，经骤五的拟合结果确定化学液体浓度的范围为0.3%‑0.5%，浸泡时间为7天‑10天；进一步确定围岩的单轴抗压强度与化学溶液反应时间的规律为：δ= ‑aln(t)+ δ₀+Δ式中，δ为岩体与化学溶液作用后的单轴抗压强度，a为拟合系数，t为化学溶液的作用时间，δ₀ 为岩体的天然单轴抗压强度，Δ为修正系数。