一种软岩巷道围岩的自体支护方法及支护用搅注钻机技术

本发明专利技术属于地下开采中井巷工程支护的技术领域，具体为一种软岩巷道围岩的自体支护方法及软岩巷道支护的搅注钻机，主要是解决硬度较小（普氏硬度系数f≤3）的破碎及软岩地层施工巷道的支护问题。通过向巷道围岩中搅拌注入固化剂，改变巷道围岩的岩性，使其具备相应的自身强度和整体性，使巷道围岩自体原位固化，保证了巷道围岩无间隙无扰动支护，并具备相应的支撑强度，实现了巷道支护的无间隙无让压支护机理。

【技术实现步骤摘要】
一种软岩巷道围岩的自体支护方法及支护用搅注钻机
本专利技术属于地下开采中井巷工程支护的
，具体为一种软岩巷道围岩的自体支护方法及软岩巷道支护的搅注钻机，主要是解决硬度较小（普氏硬度系数f≤3）的破碎及软岩地层施工巷道的支护问题。
技术介绍
对于软岩地层的软岩巷道现有支护技术，主要是锚喷支护、锚喷配锚索支护、混凝土砌旋支护，锚网喷加U型钢棚支护以及多种支护工艺器材的组合应用，这些支护在实际应用中有如下不足：1、软岩遇水受力后是塑性蠕变，锚杆、锚索依赖的岩孔摩擦力会成倍减小；锚喷支护、锚喷配锚索支护效果也不理想，主要是巷道变形量大；特别遇水或受到采动影响时，巷道变形量更大，巷道返修率达到80%-90%。2、混凝土砌旋支护，施工工艺复杂，砌旋的顶部充实困难，围岩扰动大，无法实现有初撑力的支护效果，造成巷道围岩对砌旋支护体的应力释放提前，造成巷道返修周期短。3、锚网喷加U型钢棚支护以及多种支护工艺器材的联合，能达到支护效果的，支护费用又增加太多，令矿方或经营方无法接受。对于井巷工程的支护所用到的机械设备，有锚杆锚索钻机、锚杆锚索加固机、注浆加固机，喷浆机等，都不适用自体支护的工艺的实施要求。为此，需要一种合适方式及适用的专用设备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在的问题，而提供一种软岩巷道围岩的自体支护方法及软岩巷道支护的搅注钻机，解决了一类软岩的支护难题，通过向巷道围岩中搅拌注入固化剂，改变巷道围岩的岩性，使其具备相应的自身强度和整体性，使巷道围岩自体原位固化，保证了巷道围岩无间隙无扰动支护，并具备相应的支撑强度，实现了巷道支护的无间隙无让压支护机理。本专利技术的技术方案为：一种软岩巷道围岩的自体支护方法，步骤为：把巷道软岩围岩的软岩边破碎、边搅拌混合固化剂、边压实在后方的方式，将固化剂和切碎的软岩充分混合，使充分混合了固化剂的巷道围岩自体基本原位固化，形成具有支撑能力的支护岩体，使巷道围岩自身作为骨料固结变硬、变完整的支护方法。所述的软岩指的是普氏硬度系数在3以下的岩层。作为优选，对软岩的破碎粒度平均粒径大于0.5mm。作为优选，所述的巷道软岩围岩需要改变岩性的厚度为大于等于1m，进一步优选为1-2m。具体厚度依据巷道的围岩原始应力大小、巷道使用年限多少，通过计算确定，以保证软岩巷道不变形，有足够的支撑强度为标准确定巷道软岩围岩改变岩性的厚度。所述的固化剂，该固化剂的要求为：固化剂浆液拌成稀浆糊状，黏度小，流动性大，初凝结强度上升快，10min-30min内初凝抗压大于5MPa；凝结后体积收缩比小于0.5％，且终凝强度大于抗压强度＞10MPa。其主要成分用凝结强度较大的高标号525以上水泥，依据支护需要的凝结速度，适时适量地加速凝剂或水玻璃。作为优选，本专利技术所用的固化剂重量配比关系为：525标号水泥：水：711速凝剂=10：4.5：0.4；必要时，对于较湿润的软岩围岩可适量加入减水剂，对于较干燥的软岩围岩可适增加水的比例。所述固化剂，也可用针对软岩成分研制的胶合剂或新型砂石固结胶等特制的浆液代替。一种软岩巷道围岩的自体支护方法，步骤为：把巷道软岩围岩1-2m厚度的软岩边破碎、边搅拌混合固化剂、边压实在后方的方式，通过机械功能将固化剂和切碎的软岩充分混合，使充分混合了固化剂的巷道围岩自体基本原位固化，在10min-30min分钟内固化为一体，形成具有支撑能力的支护岩体。所述充分混合了固化剂的巷道围岩在未凝固前随机插入钢筋（属于搅注钻机功能之一）补强。一种用于软岩巷道支护的搅注钻机，包括钻头动力箱、升降摇臂、液压千斤顶、左右转盘、拌注浆机构、机体、行走履带，其特征在于，还包括一对齿轮式啮合钻头，所述的钻头套接在八棱钻杆一端，该八棱钻杆的另一端穿过钻头动力箱的两个动力输出齿轮轴中心的八棱孔中；所述钻头的轮齿顶端设有小锯齿，每一轮齿等距离均匀安装小锯齿，小锯齿径向螺旋状排列在轮齿上，两钻头螺旋方向相反；轮齿上还设有出浆小孔，轮齿上的出浆小孔布置在两小锯齿之间的中部，出浆小孔也随小锯齿相互错位；所述的八棱钻杆中心为钻杆中孔，八棱钻杆尾端通过密封转环连接输浆软管，并联通拌注浆机构；所述钻头顶尖有八个尖齿成放射状与外缘钻头轮齿相连。作为优选，所述的小锯齿由直径10mm、高25mm的圆柱体的耐磨钨钢制成，径向镶钦在钻头轮齿顶端，一字齿刃轴向沿轮齿安装成一条直线，相邻两轮齿上的小锯齿互相错位一个小锯齿的宽度。所述的小锯齿外露，其外露长度为5mm。相邻两轮齿上的小锯齿互相错位10mm，即一个小锯齿的宽度10mm。其中每一轮齿均匀安装小锯齿，小锯齿间距为50mm。所述的一对齿轮式啮合钻头成啮合旋转工作，两钻头各有八齿成半啮合状态逆向旋转，啮合钻头半啮合主要是钻头轮齿上的小锯齿造成的。打眼钻进时钻出的是数字8形钻眼，横向推进时可形成如啮合钻头合并宽度的沟槽。所述机械的钻头部分，双钻头半啮合主要是因为啮合轮齿端部的小锯齿造成的，小锯齿触啮合轮齿槽底部时，中间仍剩有齿槽间隙，出浆小孔等距50mm设在啮合轮齿背上。双钻头旋转过程中边切碎岩石边把浆液和碎岩搅拌粘合，并在钻头运行方向的后方被压实；两根八棱钻杆尾端通过密封转环连接输浆软管，并联通拌注浆机构连续供浆。所述的钻杆中孔留设较大，根据实际施工需要，有必要时，钻杆中心插入一根细管可实现双液注浆。一般加水玻璃双液注浆，其只适用需要高速即凝固要求的围岩支护。现有技术较经济的固化剂即使用高强度525-725标号的水泥浆液，加入适量速凝剂配制。本专利技术的有益效果为：所述本专利技术的软岩巷道围岩的自体支护方法，使充分混合了固化剂的巷道围岩自体基本原位固化，变成具有一定支撑力的（类似直接以软岩为骨料的混凝土砌体）较硬岩体，所述工艺保证了巷道围岩外无间隙无扰动支护。并容易实现巷道支护追求的初撑力支护效果。所述巷道软岩围岩是被边破碎、边搅拌混合固化剂、边压实在后方的，(所述设备的搅注钻机能产生5MPa以上的压力，对岩石的破碎粒度平均粒径大于0.5mm)破碎的软岩基本在原位固化，不是排出，也不是置换，并同时压缩成型。之后快速固化成较坚硬的完整岩体，起到支护巷道的作用。所述方法的支护效果是非常有效和容易实现的。通过本专利技术的软岩巷道围岩的自体支护方法，使巷道软岩的部分围岩变坚固完整，自体支护效果好；克服了锚杆、锚索在软岩支护中部分失效的缺点；其虽类似于超厚砌旋支护，但去掉了砌旋支护的内部间隙大无法填实的弊端，同时也省去了混凝土支护的模板和大量骨料的运输填入。并且密封条件好可有效地防止巷道淋水对巷道围岩的侵蚀破坏，同时巷道挖掘施工只挖掘巷道的净断面，相对挖运工作量较小。对于包括松软厚煤层在内的各类硬度较小的岩层成巷的支护，都可以使用这一种支护方法，有效改善了软岩巷道支护的施工安全性和使用机械化水平，也为地下工程施工支护提供了又一种借鉴方法。特别是所述方法由于机械化程度高，人工成本大大降低；对于更廉价的固化剂的研究应用，软岩巷道施工成本将有望更大幅度的降低。本专利技术的搅注钻机，所述钻头为双轮齿钻头半啮合逆向旋转工作，主要功能是纵向可以钻进，横向可以切割；双钻头半啮合主要是钻头轮齿上的小锯齿造成的，小锯齿间布置出浆小孔可以把浆液拌入碎岩中；钻头旋转通过八棱钻杆由全啮合齿轮动力带动，钻杆中空可以输送浆液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软岩巷道围岩的自体支护方法，步骤为：把巷道软岩围岩的软岩边破碎、边搅拌混合固化剂、边压实在后方的方式，将固化剂和切碎的软岩充分混合，使充分混合了固化剂的巷道围岩自体基本原位固化，形成具有支撑能力的支护岩体，使巷道围岩自身作为骨料固结变硬、变完整的支护方法。

【技术特征摘要】
1.一种软岩巷道围岩的自体支护方法，步骤为：把巷道软岩围岩的软岩采用边破碎、边搅拌混合固化剂、边压实在后方的方式，将固化剂和切碎的软岩充分混合，使充分混合了固化剂的巷道围岩自体基本原位固化，形成具有支撑能力的支护岩体，使巷道围岩自身作为骨料固结变硬、变完整的支护方法。2.根据权利要求1所述的软岩巷道围岩的自体支护方法，其特征在于，所述的软岩指的是普氏硬度系数在3以下的岩层。3.根据权利要求1所述的软岩巷道围岩的自体支护方法，其特征在于，对软岩的破碎粒度平均粒径大于0.5mm。4.根据权利要求1所述的软岩巷道围岩的自体支护方法，其特征在于，所述的巷道软岩围岩需要改变岩性的厚度为大于等于1m。5.根据权利要求1所述的软岩巷道围岩的自体支护方法，其特征在于，所述的固化剂，该固化剂的要求为：固化剂浆液拌成稀浆糊状，黏度小，流动性大，初凝结强度上升快，10min-30min分钟内初凝抗压大于5MPa；凝结后体积收缩比小于0.5％，且终凝强度大于抗压强度＞10MPa。6.根据权利要求1所述的软岩巷道围岩的自体支护方法，其特征在于，具体步骤为：把巷道软岩围岩1-2m厚度的软岩采用边破碎、边搅拌混合固化剂、边压实在后方的方式，通过搅注钻机将固化剂和切碎的软岩充分混合，使充分混合了固化剂的巷道围岩自体基本原位固化，在10-30分钟内固化为一体，形成具有支撑能力的支护岩体，所述充分混合了固化剂的巷道围岩在未凝固前随机插入钢筋补强。7.根据权利要求4所述的软岩巷道围岩的自体支护方法，其特征在于，所述的巷道软岩围岩需要改变岩性的厚度为1-2m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓德，巩祥明，张润范，
申请(专利权)人：张晓德，
类型：发明
国别省市：山东;37