本發(fā)明涉及一種礦井下硬巖中巷道快速掘進的方法，具體是一種水壓致裂分段爆破快速掘進巷道的方法。

背景技術(shù)：

在地下巖體工程中，無論是開挖隧道或者是煤炭開采，都始終需要不斷地開掘巷道以滿足各類工藝要求。巷道的掘進速度直接影響巖體工程的高產(chǎn)高效運行。但在當前的形式下，巖巷的掘進一般采用的是鉆爆法；而在半巖巷和煤巷中一般采用的是掘進機的掘進的方法。近幾年隨著煤礦的發(fā)展，光面爆破技術(shù)和大功率掘進機的應用也得到了好的發(fā)展。但是，巖石的強度大難以割裂仍是制約巷道快速掘進的一個主要因素。隨著近幾年地下工程的發(fā)展，巷道掘進技術(shù)得到了很大的發(fā)展。周桂銓在論文《煤礦巷道快速掘進中爆破方案的優(yōu)化設(shè)計》中，通過分析現(xiàn)場施工技術(shù)要求和措施，提出優(yōu)化設(shè)計的方案并解決了一定的掘進問題。廖尚華在論文《煤礦巷道快速掘進的方法》通過現(xiàn)場實際情況。將巷道快速掘進方面的方法進行了總結(jié)，其主要為提高管理施工和技術(shù)兩部分。多數(shù)巖體工程都集中于提高掘進設(shè)備強度，優(yōu)化爆破方案等輔助工序上，在掘進工藝上沒有大的改進。

針對上述情況，現(xiàn)有技術(shù)在一定程度上不能解決井下復雜的問題，甚至影響巷道掘進的速度。因此，為了克服以上的不足，這里提出一種水壓致裂分段爆破快速掘進巷道的方法，能充分利用探水孔，工藝簡單，快速掘進效果好。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有條件下，礦井下巷道掘進速度慢，效率低的問題，并提供一種水壓致裂分段爆破快速掘進巷道的方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種水壓致裂分段爆破快速掘進巷道的方法，所述方法是按下列步驟進行的：

（1）在超前掘進面上鉆5個與掘進面方向相平行的鉆孔，其中四個鉆孔是呈棱形設(shè)置，一個鉆孔位于棱形中間位置，并在所述鉆孔中由鉆孔的孔底依次向孔口開設(shè)若干個楔形環(huán)槽，每個楔形環(huán)槽相隔一定的距離；

（2）將注水封孔器連通于高壓管及其高壓水泵，由孔底依次逐個將每個楔形環(huán)槽進行預裂，在高壓預裂過程中，要對水壓進行實時監(jiān)測；

（3）對所述呈棱形設(shè)置的四個孔裝藥，所述裝藥的層數(shù)與楔形環(huán)槽的個數(shù)相等，所述裝藥的位置是在任意兩個所述楔形環(huán)槽的中間位置，所述裝藥的步驟是將藥卷送入孔內(nèi)緊密相連，后再送入炮泥壓實，完成第一層的裝藥，再重復以上步驟，直至將所有的鉆孔裝滿，完成裝藥后，用炮泥進行封孔，連接爆破網(wǎng)絡(luò)，采用毫秒爆破進行施爆；

（4）向中間的鉆孔注入相應的化學溶液，實現(xiàn)快速掘進巷道。

本發(fā)明上述所提供的一種水壓致裂分段爆破快速掘進巷道的方法，在掘進面上布置五個呈現(xiàn)棱形的鉆孔，其中一個鉆孔布置在中間的位置。接著在所有的鉆孔中開若干個楔形環(huán)槽，并進行高壓注水。利用水壓力在楔形環(huán)槽內(nèi)的應力集中作用，破壞其完整性，使得大裂隙發(fā)育。水壓致裂之后進行水平分段爆破，為了避免爆破帶來的一系列問題采用毫秒爆破方式。分段爆破不僅對水壓致裂的裂隙進一步的拓展，而且產(chǎn)生新的裂隙。爆破完成后，將預先試驗合適的化學液體從中間的鉆孔注入到圍巖中，化學液體與圍巖的作用弱化了圍巖的力學強度。本方法有效地將化學方法與物理方法相結(jié)合，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，有效利用超前探水鉆孔進行水壓致裂產(chǎn)生裂隙，為后續(xù)爆破提供了很多的自由面，使巖石的力學強度顯著降低，進一步加快了掘進機的掘進速度，同時在掘進過程中降低了粉塵，而且操作簡單，經(jīng)濟效益顯著，具有很好的推廣和應用價值。

附圖說明

圖1是本方案布置平面示意圖。

圖2是本方法的設(shè)置平面結(jié)構(gòu)右視圖。

圖中：1、掘進面；2、鉆孔；3、注液孔。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實施方式作出進一步的說明。

實施本發(fā)明上述所提供的一種水壓致裂分段爆破快速掘進巷道的方法，具體包括以下幾個步驟。

一 、在超前掘進面上利用探水鉆5個鉆孔，鉆孔的方向與掘進面相平行；外邊四個鉆孔的布置方式呈現(xiàn)棱形布置，最后一個孔位于棱形中間布置。鉆孔的深度一般為40m左右，鉆孔一方面可以超前探測水的情況，另一方面可以進行后續(xù)的工作。

二 、在所有鉆孔中，利用開槽鉆從鉆孔的孔底依次向孔口開若干個楔形環(huán)槽，每個楔形環(huán)槽相隔5—9m。開槽鉆現(xiàn)已經(jīng)在很多礦區(qū)使用，其結(jié)構(gòu)和功能及其操作情況對該領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的。

三 、將高壓管路與注水封孔器相連接，然后將高壓水泵接在高壓管路上。從孔底依次逐個將每個楔形環(huán)槽進行預裂。每個楔形環(huán)槽的致裂時間在100—120s之間，致裂的壓力峰值在40—50Mpa，在高壓預裂過程中，要對其進行實時監(jiān)測。

四 、對外邊的四個孔進行裝藥，裝藥的層數(shù)與楔形環(huán)槽的個數(shù)相等，但是要保證藥卷放在任意兩個楔形環(huán)槽的中間位置，裝藥的步驟把藥卷輕輕送入孔內(nèi)，保證藥卷之間要緊密接觸，之后再送入炮泥，用木棒輕輕壓實，完成第一層的裝藥，再重復以上的步驟，直至把所有的鉆孔裝滿。完成裝藥后，用炮泥進行封孔，連接爆破網(wǎng)絡(luò)采用毫秒爆破進行施爆。

五 、對掘進工作面的圍巖進行取樣試驗，按照標準的實驗規(guī)程，測定巖樣的的單軸抗壓強度、三軸抗壓強度、孔隙率和透水性的各參數(shù)。采用X射線衍射儀進行測定圍巖的主要礦物成分。根據(jù)巖石的主要化學成分進行選擇相應的化學溶液。測定在相同的時間內(nèi)，不同濃度的溶液對圍巖單軸抗壓強度和三軸抗壓強度的影響規(guī)律。測定在相同濃度的條件下，不同的時間段對圍巖單軸抗壓強度和三軸抗壓強度的影響規(guī)律，經(jīng)過擬合確定溶液的最優(yōu)濃度。

六 、根據(jù)圍巖的孔隙率、吸水性和滲透性等相關(guān)參數(shù)和膨脹劑致裂的效果確定向孔內(nèi)注入的液體量和注液時間。

七、 根據(jù)許多試驗結(jié)果表明，大多數(shù)的圍巖的主要化學成分是SiO₂，大約占總量的50%以上，可以確定其化學試劑為NaOH溶液。經(jīng)過步驟五的擬合結(jié)果最終可以確定化學液體濃度的大致范圍為0.3%-0.5%的溶液，浸泡時間在7-10天左右。

進一步可以確定圍巖的單軸抗壓強度與化學溶液反應時間的規(guī)律為：

δ= -aln(t)+ δ0+Δ

δ為圍巖與化學溶液作用后的單軸抗壓強度，a為擬合系數(shù)，t為化學溶液的作用時間，δ0 為圍巖的天然單軸抗壓強度，Δ為修正系數(shù)。

八、 向中間的鉆孔注入化學溶液NaOH溶液，實現(xiàn)快速掘進巷道。

為了使本發(fā)明的目的和優(yōu)點更加清晰，針對山西省某礦進行實施，該礦煤層的埋深為450m左右，圍巖的強度較高，整體性較好，采用本方法進行實施如下：

步驟一、在超前掘進面上利用探水鉆5個鉆孔，鉆孔的方向與掘進面相平行；外邊四個鉆孔的布置方式呈現(xiàn)棱形布置，最后一個孔位于棱形中間布置，鉆孔的深度為40m。

步驟二 、在所有鉆孔中，利用開槽鉆從鉆孔的孔底依次向孔口開若干個楔形環(huán)槽，每個楔形環(huán)槽相隔8m，將高壓管路與注水封孔器相連接，然后將高壓水泵接在高壓管路上，從孔底依次逐個將每個楔形環(huán)槽進行預裂，每個楔形環(huán)槽的致裂時間為120s，致裂的壓力峰值為50Mpa，在高壓預裂過程中，要對其進行實時監(jiān)測。

步驟三、 對外邊的四個孔進行裝藥，裝藥的層數(shù)與楔形環(huán)槽的個數(shù)相等，但是要保證藥卷放在任意兩個楔形環(huán)槽的中間位置，裝藥的步驟把藥卷輕輕送入孔內(nèi)，保證藥卷之間要緊密接觸，之后再送入炮泥，用木棒輕輕壓實，完成第一層的裝藥，再重復以上的步驟，直至把所有的鉆孔裝滿。完成裝藥后，用炮泥進行封孔，連接爆破網(wǎng)絡(luò)采用毫秒爆破進行施爆。

步驟四、 對掘進工作面的圍巖進行取樣試驗，按照標準的實驗規(guī)程，測定巖樣的單軸抗壓強度為54.48MPa、孔隙率為2.32%、吸水性2.68%；采用X射線衍射儀進行測定圍巖的主要礦物成分為SiO₂，占總量的50%左右，經(jīng)過多次的試驗擬合確定溶液的最優(yōu)濃度0.5%的NaOH溶液，浸泡時間在一周最佳。

進一步可以確定圍巖的單軸抗壓強度與化學溶液反應時間的規(guī)律為：

δ= -aln(t)+ δ0+Δ

δ為圍巖與化學溶液作用后的單軸抗壓強度，a為擬合系數(shù)，t為化學溶液的作用時間，δ0 為圍巖的天然單軸抗壓強度，在這取54.48MPa，Δ為修正系數(shù)。

步驟五 、向中間的鉆孔注入化學溶液NaOH溶液，實現(xiàn)快速掘進巷道。