【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于巷道注浆，尤其涉及低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固装置与方法。
技术介绍
1、对于工程岩体破裂演化分析，大量学者采用传统常规三轴试验、基于常规三轴强度准则(mohr-coulomb等)的理论与数值分析等手段开展了大量的研究。然而常规三轴理论不考虑中间主应力的影响，在地下工程岩体破裂分析过程中往往将应力状态简化为二维平面问题，很难表征实际地下工程开挖等活动引起的岩石破裂特征。国内外大量的现场实测发现岩石工程往往处于各向异性应力状态(真三轴应力状态)。因此，通过真三轴试验以及相关理论与数值研究能更准确的分析岩石实际三维应力状态下的破裂规律。
2、专利技术人团队在前期的真三轴试验研究中发现岩石破裂面均沿着最大主应力和中间主应力方向，并提出了“岩石真三轴σ1&σ2定向主破裂演化效应”(如图7所示)。认为真三轴主应力状态作为岩石破裂的一个极为重要的控制因素，强烈影响岩石的主破裂方向。主应力σ1和σ2方向发生变化，岩石的主破裂面也跟随其变化。
3、巷道设计以及掘进施工时，在充分考虑主应力σ1和σ2的方位以及变化对围岩产生的破裂影响的基础上，提出了“s型注浆加固技术”，并进行了数值模拟。图8展示了两种应力条件下钻孔劈裂岩体破裂区演化规律，随着内压p0的逐渐增加，劈裂孔附近逐渐破裂并向周围蔓延。工况(a)，劈裂方向受到σ1的叠加影响，其破裂区发育较为迅速，当内压p0＝4.5mpa时，多孔附近破裂区基本发生贯通，当p0＝5.5mpa时，破裂区完全贯通。工况(b)，劈裂方向与σ1垂直，局部应力场向σ1方
4、如果地下工程中地应力大致与工况(b)类似，可以采用“s型”布孔，图9方案(a)即为图8中工况(b)，作为对比方案，仅将劈裂孔一字排列，则需要高达9.5mpa的钻孔内压才可实现劈裂效果。如果将劈裂孔呈“s”式排列，如图9中方案(b)、(c)所示，s型布孔后，其峰值钻孔压力明显降低，说明借助应力场可以有效降低劈裂压力，而且沿σ1方向破裂带范围大大降低，这为工程中有效利用围压应力场进行定向劈裂提供了重要的借鉴意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固装置与方法，达到合理利用岩体应力场，并通过s型布孔的方式来降低注浆施工难度的目的。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固方法，包括以下步骤：
3、s1、进行现场地应力测试，确定工程岩体最大主应力σ1和中间主应力σ2的大小和方向；
4、s2、在巷道围岩加固区向岩体内钻取若干劈裂孔，若干劈裂孔以s型排列的方式进行分布；
5、s3、分别向若干劈裂孔中插入注浆管，根据最大主应力σ1和中间主应力σ2的方位角，通过旋转注浆管调整浆液在劈裂孔中喷射的角度；
6、s4、向若干所述注浆管中灌入水泥浆液，通过高压使水泥浆液从注浆管中注入围岩加固区。
7、优选的，所述步骤s4中，在注浆区域的岩体渗透率极低的情况下，在水泥浆液注入区域基础上，利用定向钻穿入注浆管将生物浆液定向注入岩体渗透率极低的特殊区域，以及水泥浆未到达区，形成补充加固注浆。
8、优选的，所述步骤s4中，水泥浆液注浆过程，注浆管按先两端后中间的顺序依次注浆。
9、低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固装置，包括：
10、注浆管单元，所述注浆管单元包括若干同轴线设置的注浆部，两相邻所述注浆部之间通过连接件可拆卸连接，所述注浆管单元一端可拆卸连接有灌注件，所述灌注件用于向若干所述注浆部内灌注水泥浆液和生物浆液，所述注浆管单元的另一端设置有堵盖，所述堵盖用于防止浆液从所述注浆管单元中流出；
11、所述注浆部包括外壳体和固定连接在所述外壳体一端的中间壳体，所述外壳体上开设有若干注浆孔，所述注浆孔用于排出水泥浆液，所述中间壳体上开设有注浆开槽，所述注浆开槽用于定向钻的伸出，所述外壳体和所述中间壳体内固定贯穿有内管，所述内管与所述中间壳体连通，两相邻所述注浆部内的所述内管连通，所述内管与若干所述注浆孔之间设置有开闭控制件，所述中间壳体内设置有连通件，所述连通件用于使两相邻所述注浆部内的所述外壳体连通。
12、优选的，所述内管的侧壁上开设有槽口，所述槽口位于所述中间壳体内。
13、优选的，所述连通件包括设置在所述中间壳体内的连接管和开设在所述外壳体远离所述中间壳体一端侧壁上的注料口，所述连接管的一端与所述外壳体的内部连通，所述连接管的另一端贯穿所述中间壳体远离所述外壳体一端的侧壁，所述连接管贯穿所述中间壳体的一端与相邻所述外壳体上的注料口相适配。
14、优选的，所述开闭控制件包括转动连接在所述内管侧壁上的封堵块，所述封堵块与所述内管之间设置有转动驱动机构，所述转动驱动机构用于控制所述封堵块的位置，使所述封堵块封堵若干所述注浆孔或打开若干所述注浆孔。
15、优选的，所述灌注件包括连接壳体，所述连接壳体内设置有中间管，所述中间管与所述连接壳体的内壁之间形成外腔，所述连接壳体的一端连通有第一注浆口和第二注浆口，所述第二注浆口与所述中间管连通，所述第一注浆口与所述外腔连通，所述中间管与所述内管连通，所述连接壳体远离所述第一注浆口的一侧开设有出料口，所述出料口与所述注料口对应设置。
16、优选的，所述连接件包括固定连接在所述内管远离所述中间壳体一端的螺纹接头和开设在所述内管靠近所述中间壳体一端的螺纹接口，所述螺纹接头位于所述外壳体的外侧，一所述内管的螺纹接头与另一所述内管的螺纹接口连接。
17、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：本专利技术可以合理利用岩体应力场，在确保良好的注浆加固效果的前提下，降低注浆过程中的注浆压力，同时，通过在掌子面进行s型的布孔方式，在实现进一步降低注浆压力的同时，可使岩体沿应力σ1方向的破裂带范围大大降低，为工程中有效利用围压应力场进行定向劈裂提供了重要的借鉴意义。
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1.低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固方法，其特征在于：所述步骤S4中，在注浆区域的岩体渗透率极低的情况下，在水泥浆液注入区域基础上，利用定向钻将生物浆液定向注入岩体渗透率极低的特殊区域，以及水泥浆未到达区，形成补充加固注浆。
3.根据权利要求1所述的低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固方法，其特征在于：所述步骤S4中，水泥浆液注浆过程，注浆管按先两端后中间的顺序依次注浆。
4.低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固装置，应用于权利要求1-3任一项所述的低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固装置，其特征在于：所述内管(10)的侧壁上开设有槽口(14)，所述槽口(14)位于所述中间壳体(5)内。
6.根据权利要求4所述的低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固装置，其特征在于：所述连通件包括设置在所述中间壳体(5)内的连接管(13)和开设在所述外壳体(1)远离所述中间壳体(5)一
7.根据权利要求4所述的低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固装置，其特征在于：所述开闭控制件包括转动连接在所述内管(10)侧壁上的封堵块(9)，所述封堵块(9)与所述内管(10)之间设置有转动驱动机构，所述转动驱动机构用于控制所述封堵块(9)的位置，使所述封堵块(9)封堵若干所述注浆孔(6)或打开若干所述注浆孔(6)。
8.根据权利要求6所述的低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固装置，其特征在于：所述灌注件包括连接壳体(2)，所述连接壳体(2)内设置有中间管(16)，所述中间管(16)与所述连接壳体(2)的内壁之间形成外腔(17)，所述连接壳体(2)的一端连通有第一注浆口(4)和第二注浆口(3)，所述第二注浆口(3)与所述中间管(16)连通，所述第一注浆口(4)与所述外腔(17)连通，所述中间管(16)与所述内管(10)连通，所述连接壳体(2)远离所述第一注浆口(4)的一侧开设有出料口(23)，所述出料口(23)与所述注料口(12)对应设置。
9.根据权利要求4所述的低渗透弱胶结岩体S型定向注浆加固装置，其特征在于：所述连接件包括固定连接在所述内管(10)远离所述中间壳体(5)一端的螺纹接头(11)和开设在所述内管(10)靠近所述中间壳体(5)一端的螺纹接口(15)，所述螺纹接头(11)位于所述外壳体(1)的外侧，一所述内管(10)的螺纹接头(11)与另一所述内管(10)的螺纹接口(15)连接。
...【技术特征摘要】
1.低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固方法，其特征在于：所述步骤s4中，在注浆区域的岩体渗透率极低的情况下，在水泥浆液注入区域基础上，利用定向钻将生物浆液定向注入岩体渗透率极低的特殊区域，以及水泥浆未到达区，形成补充加固注浆。
3.根据权利要求1所述的低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固方法，其特征在于：所述步骤s4中，水泥浆液注浆过程，注浆管按先两端后中间的顺序依次注浆。
4.低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固装置，应用于权利要求1-3任一项所述的低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固装置，其特征在于：所述内管(10)的侧壁上开设有槽口(14)，所述槽口(14)位于所述中间壳体(5)内。
6.根据权利要求4所述的低渗透弱胶结岩体s型定向注浆加固装置，其特征在于：所述连通件包括设置在所述中间壳体(5)内的连接管(13)和开设在所述外壳体(1)远离所述中间壳体(5)一端侧壁上的注料口(12)，所述连接管(13)的一端与所述外壳体(1)的内部连通，所述连接管(13)的另一端贯穿所述中间壳体(5)远离所述外壳体(1)一端的侧壁，所述连接管(13)贯穿所述中间壳体(5)的一端与相邻所述外壳体(1)上的注料口(12)相适配...
【专利技术属性】
技术研发人员：李兆霖，顾雅蝶，黄坤，罗吉安，丁可，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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