井下膨胀软岩的电渗法原位改性巷道锚固方法
【专利摘要】本发明公开了一种井下膨胀软岩的电渗法原位改性巷道锚固方法，它首先对软岩巷道围岩进行及时的喷浆支护，防止围岩进一步吸水软化；在工作面后方对封闭的软岩进行锚杆支护，并通过电渗排水，使软弱围岩中的含水率降低，保持原位强度；再通过注浆封堵裂隙、锚注支护联合作用对含水软岩进行加固，能保持巷道长期处于稳定状态。本发明采用电渗排水与喷浆、锚杆、锚注支护联合作用进行含水软岩加固，既是一种减少低渗透性软岩含水率的有效技术方法，同时也能够保障软岩工程的掘进效率。
【专利说明】井下膨胀软岩的电渗法原位改性巷道锚固方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种巷道围岩加固的方法，尤其是一种井下含水膨胀类软岩巷道锚固的方法。
【背景技术】
[0002]软岩即称为松软岩层，具有强膨胀、易扰动、易崩解等物理力学性质。软岩在天然状态下较为完整、坚硬，力学性质良好，遇水后短时间内迅速膨胀、崩解和软化，各项力学强度指标随着含水量的增加和饱水时间的延长而不断降低。
[0003]随着资源开采深度的持续增加，在冶金矿山巷道、水电站硐室、煤矿巷道等重大工程中穿越软弱破碎岩层的情况日趋增多，对巷道施工技术与支护带来了很大的挑战。软岩巷道围岩中的水通常由两部分来源，一部分源于岩体内部的毛细水和结合水，另一部分则来自于钻眼、喷雾等施工带来的自由水。对于巷道围岩来说，含水率越高，岩体力学强度越低，稳定性越差。因此，如果降低围岩中的含水率，则可使软岩的原位强度得到提高。
[0004]在软岩巷道支护方面，目前已形成了锚喷、锚网喷、锚喷网架系列技术、钢架支护系列技术、钢管混凝土系列技术、料石碹支护系列技术和注浆加固系列技术等。上述软岩巷道支护技术，对软岩巷道起到了一定的作用，都是比较成熟的大量使用的技术，但都是在支护体系方面开展技术工作，忽视了围岩自身强度问题。
[0005]所以通过降低膨胀软岩中含水率来提高围岩原位强度，是提高膨胀软岩巷道支护强度的有效技术途径。
【发明内容】
[0006]由于软岩工程怕水，但在自然状态或工程施工中又不可避开水，为解决这一突出矛盾，本发明的目的是在现有传统锚喷支护、锚网支护、锚注支护技术的基础上，提供一种含水膨胀类软岩巷道锚固的方法，通过提高软岩自身稳定性，促使锚固支护作用得以正常发挥，提高围岩支护质量。
[0007]—种井下膨胀软岩的电渗法原位改性巷道锚固方法，其技术方案是:
[0008]第一步，首先对开掘的巷道进行喷浆、挂网喷浆进行封闭围岩，喷浆层厚度在30-50mm,防止围岩进一步吸水软化；
[0009]第二步，按设计要求，在巷道断面上打钻孔进行锚杆支护，将导电钢管和锚杆交替布置在各个钻孔中，也就是说:一个钻孔布置锚杆，它相邻的钻孔就布置导电钢管；在安装导电钢管时，钻孔孔口处应采用带缺口的橡胶套进行临时固定；
[0010]所述的导电钢管是在普通钢管上每间隔一定距离布置有孔径为7?8mm的透水孔，透水孔在钢管的四周对称布置；钢管朝向孔外的一端除电缆连接部位外应涂有绝缘层；
[0011]为了便于向孔外排水，上述安装导电钢管的帮部钻孔应向上倾斜，倾斜仰角不小于5度；[0012]第三步，以相邻的上下两根导电钢管作为阳极和阴极，其中阳极在上，阴极在下；在阳极和阴极上连接60V?72V直流电，进行通电；岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过阴极导电钢管的透水孔和导电钢管与钻孔之间的空隙排出孔外；
[0013]通电时的整体顺序为，先顶部、后两帮，沿工作面掘进方向依次向前进行；对于电渗不顺畅的局部区域，应反复通电几次；当检测含水软岩样本含水量不大于3%时，停止通电，拆除通电电源；
[0014]为了满足煤矿井下防爆要求，导电钢管的电缆连接处应安装防爆套；
[0015]第四步，将钻孔孔口处的橡胶套取下，换上倒楔形止浆塞，封闭住钻孔孔口处间隙，此时导电钢管作为注浆锚杆使用，将导电钢管与注浆系统连接，按注浆工艺向软岩裂隙注浆，对巷道围岩进行注浆加固；待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成；
[0016]注浆顺序为先顶部后两帮，沿工作面掘进方向依次向前进行。
[0017]上述的锚杆可采用端部锚固锚杆，钻孔的布置深度与间排距按常规设计。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]首先对软岩巷道围岩进行及时的喷浆支护，防止围岩进一步吸水软化；在工作面后方对封闭的软岩进行锚杆支护，并通过电渗排水，使软弱围岩中的含水率降低，保持原位强度，不但能增强软岩的自身承载能力，还能够显著提高软岩锚固支护效果；再通过注浆封堵裂隙、锚注支护联合作用对含水软岩进行加固，能保持巷道长期处于稳定状态。
[0020]本发明采用电渗排水与喷浆、锚杆、锚注支护联合作用进行含水软岩加固，既是一种减少低渗透性软岩含水率的有效技术方法，同时也能够保障软岩工程的掘进效率。
[0021]本发明施工工艺简单、可操作性强，满足软岩巷道工程治理要求，且该技术方法绿色环保、经济。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明的施工断面图；
[0023]图2为本发明的导电钢管的结构图。
[0024]图中:1一喷衆层；2—钻孔；3—锚杆；4一导电钢管；5—橡胶套；6—阳极；7—防爆套；8—阴极；9一电缆；10—直流电源；11一注浆系统；12—倒楔形止浆塞；13—绝缘层；14 一透水孔。
【具体实施方式】
[0025]参照附图进一步说明本发明的技术方案。
[0026]一种井下膨胀软岩的电渗法原位改性巷道锚固方法，其技术方案是:
[0027]第一步，首先对开掘的巷道进行常规的喷浆、挂网喷浆封闭围岩，喷浆层I厚度在30-50mm,防止围岩进一步吸水软化；
[0028]第二步，按设计要求，在巷道断面上打钻孔2进行锚杆支护，将导电钢管4和锚杆3交替布置在各个钻孔2中，从图1中可以看出:所述的交替布置意思是:一个钻孔中布置锚杆3，它相邻的钻孔中就布置导电钢管4 ;在安装导电钢管4时，钻孔2孔口处应采用带缺口的橡胶套5进行临时固定；[0029]所述的导电钢管4结构如图2所示，是在普通钢管的周面每间隔一定距离布置有孔径为7?8mm的透水孔14，透水孔14在钢管四周对称布置；钢管朝向孔外的一端除电缆连接部位外应涂有绝缘层13 ；
[0030]为了便于向孔外排水，上述安装导电钢管4的帮部钻孔2应向上倾斜，倾斜仰角不小于5度；
[0031]第三步，以相邻两根导电钢管4作为阳极6和阴极8，其中阳极6在上，阴极8在下；在阳极6和阴极8上通过电缆9连接60V?72V直流电源，进行通电；岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过阴极导电钢管的透水孔和孔壁间隙排出孔外；直流电可由井下交流电变压整流产生；
[0032]通电时的整体顺序为，从上至下进行，先顶部、后两帮，沿工作面掘进方向依次向前进行；对于电渗不顺畅的局部区域，应反复通电几次；当检测含水软岩样本含水量不大于3%时，停止通电，拆除通电电源；
[0033]为了满足煤矿井下防爆要求，导电钢管4的电缆连接处应安装防爆套7 ；
[0034]第四步，将孔口处橡胶套5取下，换上倒楔形止浆塞12，封闭住孔口处间隙，此时导电钢管4成为注浆锚杆，将导电钢管与注浆系统11连接，按传统注浆工艺向软岩裂隙注浆，对巷道围岩进行注浆加固；待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成；
[0035]注浆顺序为先顶部后两帮，沿工作面掘进方向依次向前进行。
[0036]上述的普通锚杆3可采用端部锚固锚杆，锚杆孔的布置深度与间排距按常规设计。
[0037]上述的注浆压力为l_5MPa，注浆浆液中应按常规掺加一定配比的速凝剂与减水剂。
【权利要求】
1.一种井下膨胀软岩的电渗法原位改性巷道锚固方法，其特征在于: 第一步，首先对开掘的巷道进行喷浆、挂网喷浆进行封闭围岩，喷浆层厚度在30-50mm,防止围岩进一步吸水软化； 第二步，按设计要求，在巷道断面上打钻孔进行锚杆支护，将导电钢管和锚杆交替布置在各个钻孔中，也就是说:一个钻孔布置锚杆，它相邻的钻孔就布置导电钢管；在安装导电钢管时，钻孔孔口处应采用带缺口的橡胶套进行临时固定； 所述的导电钢管是在普通钢管上间隔布置有孔径为7?8_的透水孔，透水孔在钢管的四周对称布置；钢管朝向孔外的一端除电缆连接部位外应涂有绝缘层； 第三步，以相邻的上下两根导电钢管作为阳极和阴极，其中阳极在上，阴极在下；在阳极和阴极上连接60V?72V直流电，进行通电；岩土介质中的水分在施加电势的条件下，产生电渗现象，沿孔隙向阴极移动汇集，通过阴极导电钢管的透水孔和导电钢管与钻孔之间的空隙排出孔外； 通电时的整体顺序为，先顶部、后两帮，沿工作面掘进方向依次向前进行；对于电渗不顺畅的局部区域，应反复通电几次；当检测含水软岩样本含水量不大于3%时，停止通电，拆除通电电源； 第四步，将钻孔孔口处的橡胶套取下，换上倒楔形止浆塞，封闭住钻孔孔口处间隙，此时导电钢管作为注浆锚杆使用，将导电钢管与注浆系统连接，按注浆工艺向软岩裂隙注浆，对巷道围岩进行注浆加固；待达到设计注浆压力或满足浆液注入量时，注浆完成； 注浆顺序为先顶部后两帮，沿工作面掘进方向依次向前进行。
2.如权利要求1所述的井下膨胀软岩的电渗法原位改性巷道锚固方法，其特征在于，安装导电钢管的帮部钻孔应向上倾斜，倾斜仰角不小于5度。
3.如权利要求1所述的井下膨胀软岩的电渗法原位改性巷道锚固方法，其特征在于，导电钢管的电缆连接处应安装防爆套。
4.如权利要求1所述的井下膨胀软岩的电渗法原位改性巷道锚固方法，其特征在于，所述的锚杆为端部锚固锚杆。
【文档编号】E21D20/00GK103485808SQ201310476691
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】赵同彬, 赵志刚, 张振全, 宋璐璐, 房凯 申请人:山东科技大学