一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法技术

本发明专利技术涉及矿山工程技术领域，特别涉及一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法，按照水压致裂和综合机械化掘进施工循环交替作业进行快速掘进。本发明专利技术的有益效果为，结合岩石定向水压致裂技术和综合机械化掘进一体化系统，改变传统小断面扩刷成大断面或光面爆破的施工工艺，在安全系数和掘进效率方面得到明显提高，有效降低掘进面粉尘干扰，也对研究超大断面密集硐室群低扰动施工方法起着重要的基础作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法
本专利技术涉及矿山工程
，特别涉及一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法。
技术介绍
煤矿装备大型化已成近年来的普遍发展趋势，为之服务的超大断面硐室群的建设工程也越来越多。超大断面密集硐室群具有硐室断面大、布置密集、服务年限长等特点，周边巷道位置错综复杂、地应力高、可能受断层或褶曲等不良地质条件影响，硐室群围岩变形破坏问题十分严重。硐室群围岩在施工过程中受到反复扰动，严重影响硐室群的施工进度和后期运行的安全稳定，其中超大断面硐室的掘进施工是井巷工程中的一大难题，目前超大硐室掘进多采用小断面扩刷成大断面或光面爆破等施工方法，但上述方法施工速度较慢，且掘进面粉尘量大，对坚硬岩层、掘进工程量较大的密集硐室群掘进效率低，工人受粉尘影响大。为提高超大断面密集硐室掘进效率、研究超大断面密集硐室合理的开挖方式，本专利技术以煤矸分离系统中煤矸筛分转运、浅槽排矸等超大断面硐室为工程实例，结合当前先进的煤岩综掘全套装备技术和成熟的岩石定向水压致裂技术，提出一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法，该方法通过岩石定向水压致裂技术，可以弱化围岩强度，有效提高井下超大断面硐室掘进施工效率，降低掘进工作面粉尘量，为研究超大断面密集硐室群低扰动施工方法奠定了基础。
技术实现思路
本专利技术为了弥补现有技术中煤矿超大断面密集硐室掘进安全系数低、施工效率低、受粉尘干扰大的不足，提供了一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，向掘进断面岩体上施工裂缝发育监测孔和致裂孔至预定位置，并将割缝钻头送至设定位置；S2，通过钻杆向割缝钻头输入高压水进行切割形成预制裂缝，停止注水，然后快速后退至设定第二个预制裂缝位置，输入高压水进行切割形成裂缝，重复以上步骤直至达到所需的预制裂缝数量；S3，退出钻杆，用专用封孔器封孔，同时向施工完成的监测孔内安装压力传感器，并用专用封堵器封堵；在水压致裂掘进工作面安装好摄像头和微震探头，借助远程微震监测系统实时监测工作面情况；借助测控仪器调整好设定的注水压力和注水量，向致裂孔内注入高压水，使预制裂缝发育扩展；S4，根据监测孔内安装的压力传感器度数判断该处围岩裂隙发育程度；S5，硐室断面岩石水压致裂施工完成后，利用综掘、排矸、支护一体化系统进行施工，一次成形；S6，掘进支护完成后继续水压致裂工序，按以上步骤进行循环作业。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述S2具体为，敷设高压水管，与钻杆连接，通过钻杆向割缝钻头输入高压水进行切割3~5分钟，停止注水，旋转钻杆90°，继续切割3~5分钟，形成“十字花”预制裂缝；然后快速后退至设定下一个预制裂缝位置，输入高压水进行切割，重复以上步骤直至达到所需的预制裂缝数量。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述预制裂缝的深度为100mm。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述S4具体为，注水时间一般为15~25分钟，同时根据监测孔内安装的压力传感器度数判断该处围岩裂隙发育程度，如果度数在注水后几分钟内突然升高，说明致裂孔附近围岩裂隙较发育，应继续注水一段时间，如果在控制时间前后压力度数突然增大，说明致裂孔附近围岩裂隙不发育，预制裂缝达到设计要求；同时根据钻孔窥视仪实时记录钻孔内裂隙发育情况，如产生较多裂隙或裂缝可停止注水。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述裂缝发育监测孔的中心距离硐室断面外轮廓300~500mm，确保水压致裂半径不超过硐室两帮及顶底板。进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述水压致裂半径为1.5~3.0m，致裂孔孔深和掘进进尺根据岩性确定。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用岩石定向水压致裂技术和煤矿综合机械化掘进系统，水压致裂、掘进、出矸、支护工序一体化，改变传统小断面扩刷成大断面或光面爆破等施工工艺，可以弱化岩石力学性能，降低岩石强度，有效提高掘进效率和安全可靠性，降低掘进工作面粉尘干扰，适用于煤矿超大断面密集硐室施工，也对研究超大断面密集硐室群低扰动施工方法起着重要的基础作用。附图说明图1为本专利技术的水压致裂工序系统图；图2为本专利技术的超大断面硐室钻孔布置断面图；图3为本专利技术的超大断面硐室钻孔布置平面图；图4为本专利技术的超大断面硐室综掘施工过程示意图。图中，1、致裂孔，2、裂缝发育监测孔，3、封孔器，4、压力传感器，5、钻孔窥视仪探头，6、远程微震监测系统，7、微震探头，8、摄像头，9、测控仪器，10、钻孔窥视仪，11、预制裂缝，12、贯通裂缝，13、衍生裂隙，14、上台阶，15、下台阶，16、综掘机，17、运输通道。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面结合附图，对本专利技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。图1-图4为本专利技术的一种具体实施例，该实施例为一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，向掘进断面岩体上施工裂缝发育监测孔（2）和致裂孔（1）至预定位置，并将割缝钻头送至设定位置；/nS2，通过钻杆向割缝钻头输入高压水进行切割形成预制裂缝（11），停止注水，然后快速后退至设定第二个预制裂缝（11）位置，输入高压水进行切割形成裂缝，重复以上步骤直至达到所需的预制裂缝数量；/nS3，退出钻杆，用专用封孔器（3）封孔，同时向施工完成的监测孔内安装压力传感器（4），并用专用封堵器（3）封堵；在水压致裂掘进工作面安装好摄像头（8）和微震探头（7），借助远程微震监测系统（6）实时监测工作面情况；借助测控仪器（9）调整好设定的注水压力和注水量，向致裂孔内注入高压水，使预制裂缝发育扩展；/nS4，根据监测孔内安装的压力传感器（4）度数判断该处围岩裂隙发育程度；/nS5，硐室断面岩石水压致裂施工完成后，利用综掘、排矸、支护一体化系统进行施工，一次成形；/nS6，掘进支护完成后继续水压致裂工序，按以上步骤进行循环作业。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，向掘进断面岩体上施工裂缝发育监测孔（2）和致裂孔（1）至预定位置，并将割缝钻头送至设定位置；
S2，通过钻杆向割缝钻头输入高压水进行切割形成预制裂缝（11），停止注水，然后快速后退至设定第二个预制裂缝（11）位置，输入高压水进行切割形成裂缝，重复以上步骤直至达到所需的预制裂缝数量；
S3，退出钻杆，用专用封孔器（3）封孔，同时向施工完成的监测孔内安装压力传感器（4），并用专用封堵器（3）封堵；在水压致裂掘进工作面安装好摄像头（8）和微震探头（7），借助远程微震监测系统（6）实时监测工作面情况；借助测控仪器（9）调整好设定的注水压力和注水量，向致裂孔内注入高压水，使预制裂缝发育扩展；
S4，根据监测孔内安装的压力传感器（4）度数判断该处围岩裂隙发育程度；
S5，硐室断面岩石水压致裂施工完成后，利用综掘、排矸、支护一体化系统进行施工，一次成形；
S6，掘进支护完成后继续水压致裂工序，按以上步骤进行循环作业。


2.根据权利要求1所述的基于岩石定向水压致裂技术快速掘进超大断面硐室的施工方法，其特征在于：
所述S2具体为，敷设高压水管，与钻杆连接，通过钻杆向割缝钻头输入高压水进行切割3~5分钟，停止注水，旋转钻杆90°，继续切割3~5分钟，形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王腾，王正超，张辉，付小敏，王中亮，刘海泉，李林，张哲其，
申请(专利权)人：通用技术集团工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37