一種軟巖巷道圍巖的自體支護(hù)方法及支護(hù)用攪注鉆機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地下開采中井巷工程支護(hù)的技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種軟巖巷道圍巖的自體支護(hù)方法及軟巖巷道支護(hù)的攪注鉆機(jī)，主要是解決硬度較小(普氏硬度系數(shù)f < 3)的破碎及軟巖地層施工巷道的支護(hù)問題。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于軟巖地層的軟巖巷道現(xiàn)有支護(hù)技術(shù)，主要是錨噴支護(hù)、錨噴配錨索支護(hù)、混凝土砌旋支護(hù)，錨網(wǎng)噴加U型鋼棚支護(hù)以及多種支護(hù)工藝器材的組合應(yīng)用，這些支護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中有如下不足:
1、軟巖遇水受力后是塑性蠕變，錨桿、錨索依賴的巖孔摩擦力會(huì)成倍減?。诲^噴支護(hù)、錨噴配錨索支護(hù)效果也不理想，主要是巷道變形量大；特別遇水或受到采動(dòng)影響時(shí)，巷道變形量更大，巷道返修率達(dá)到80%-90%。
[0003]2、混凝土砌旋支護(hù)，施工工藝復(fù)雜，砌旋的頂部充實(shí)困難，圍巖擾動(dòng)大，無法實(shí)現(xiàn)有初撐力的支護(hù)效果，造成巷道圍巖對(duì)砌旋支護(hù)體的應(yīng)力釋放提前，造成巷道返修周期短。
[0004]3、錨網(wǎng)噴加U型鋼棚支護(hù)以及多種支護(hù)工藝器材的聯(lián)合，能達(dá)到支護(hù)效果的，支護(hù)費(fèi)用又增加太多，令礦方或經(jīng)營(yíng)方無法接受。
[0005]對(duì)于井巷工程的支護(hù)所用到的機(jī)械設(shè)備，有錨桿錨索鉆機(jī)、錨桿錨索加固機(jī)、注漿加固機(jī)，噴漿機(jī)等，都不適用自體支護(hù)的工藝的實(shí)施要求。為此，需要一種合適方式及適用的專用設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在的問題，而提供一種軟巖巷道圍巖的自體支護(hù)方法及軟巖巷道支護(hù)的攪注鉆機(jī)，解決了一類軟巖的支護(hù)難題，通過向巷道圍巖中攪拌注入固化劑，改變巷道圍巖的巖性，使其具備相應(yīng)的自身強(qiáng)度和整體性，使巷道圍巖自體原位固化，保證了巷道圍巖無間隙無擾動(dòng)支護(hù)，并具備相應(yīng)的支撐強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了巷道支護(hù)的無間隙無讓壓支護(hù)機(jī)理。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種軟巖巷道圍巖的自體支護(hù)方法，步驟為:把巷道軟巖圍巖的軟巖邊破碎、邊攪拌混合固化劑、邊壓實(shí)在后方的方式，將固化劑和切碎的軟巖充分混合，使充分混合了固化劑的巷道圍巖自體基本原位固化，形成具有支撐能力的支護(hù)巖體，使巷道圍巖自身作為骨料固結(jié)變硬、變完整的支護(hù)方法。
[0008]所述的軟巖指的是普氏硬度系數(shù)在3以下的巖層。
[0009]作為優(yōu)選，對(duì)軟巖的破碎粒度平均粒徑大于0.5mm。
[0010]作為優(yōu)選，所述的巷道軟巖圍巖需要改變巖性的厚度為大于等于lm，進(jìn)一步優(yōu)選為l_2m。具體厚度依據(jù)巷道的圍巖原始應(yīng)力大小、巷道使用年限多少，通過計(jì)算確定，以保證軟巖巷道不變形，有足夠的支撐強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)確定巷道軟巖圍巖改變巖性的厚度。
[0011]所述的固化劑，該固化劑的要求為:固化劑漿液拌成稀漿糊狀，黏度小，流動(dòng)性大，初凝結(jié)強(qiáng)度上升快，10min-30min內(nèi)初凝抗壓大于5MPa ;凝結(jié)后體積收縮比小于0.5%，且終凝強(qiáng)度大于抗壓強(qiáng)度> lOMPa。其主要成分用凝結(jié)強(qiáng)度較大的高標(biāo)號(hào)525以上水泥，依據(jù)支護(hù)需要的凝結(jié)速度，適時(shí)適量地加速凝劑或水玻璃。作為優(yōu)選，本發(fā)明所用的固化劑重量配比關(guān)系為:525標(biāo)號(hào)水泥:水:711速凝劑=10:4.5:0.4 ;必要時(shí)，對(duì)于較濕潤(rùn)的軟巖圍巖可適量加入減水劑，對(duì)于較干燥的軟巖圍巖可適增加水的比例。所述固化劑，也可用針對(duì)軟巖成分研制的膠合劑或新型砂石固結(jié)膠等特制的漿液代替。
[0012]一種軟巖巷道圍巖的自體支護(hù)方法，步驟為:把巷道軟巖圍巖l_2m厚度的軟巖邊破碎、邊攪拌混合固化劑、邊壓實(shí)在后方的方式，通過機(jī)械功能將固化劑和切碎的軟巖充分混合，使充分混合了固化劑的巷道圍巖自體基本原位固化，在10min-30min分鐘內(nèi)固化為一體，形成具有支撐能力的支護(hù)巖體。所述充分混合了固化劑的巷道圍巖在未凝固前隨機(jī)插入鋼筋(屬于攪注鉆機(jī)功能之一)補(bǔ)強(qiáng)。
[0013]一種用于軟巖巷道支護(hù)的攪注鉆機(jī)，包括鉆頭動(dòng)力箱、升降搖臂、液壓千斤頂、左右轉(zhuǎn)盤、拌注漿機(jī)構(gòu)、機(jī)體、行走履帶，其特征在于，還包括一對(duì)齒輪式嚙合鉆頭，所述的鉆頭套接在八棱鉆桿一端，該八棱鉆桿的另一端穿過鉆頭動(dòng)力箱的兩個(gè)動(dòng)力輸出齒輪軸中心的八棱孔中；所述鉆頭的輪齒頂端設(shè)有小鋸齒，每一輪齒等距離均勻安裝小鋸齒，小鋸齒徑向螺旋狀排列在輪齒上，兩鉆頭螺旋方向相反；輪齒上還設(shè)有出楽小孔，輪齒上的出楽小孔布置在兩小鋸齒之間的中部，出漿小孔也隨小鋸齒相互錯(cuò)位；所述的八棱鉆桿中心為鉆桿中孔，八棱鉆桿尾端通過密封轉(zhuǎn)環(huán)連接輸漿軟管，并聯(lián)通拌注漿機(jī)構(gòu)；所述鉆頭頂尖有八個(gè)尖齒成放射狀與外緣鉆頭輪齒相連。
[0014]作為優(yōu)選，所述的小鋸齒由直徑10mm、高25mm的圓柱體的耐磨鎢鋼制成，徑向鑲欽在鉆頭輪齒頂端，一字齒刃軸向沿輪齒安裝成一條直線，相鄰兩輪齒上的小鋸齒互相錯(cuò)位一個(gè)小鋸齒的寬度。
[0015]所述的小鋸齒外露，其外露長(zhǎng)度為5mm。
[0016]相鄰兩輪齒上的小鋸齒互相錯(cuò)位10mm，即一個(gè)小鋸齒的寬度1mm0
[0017]其中每一輪齒均勻安裝小鋸齒，小鋸齒間距為50mm。
[0018]所述的一對(duì)齒輪式嚙合鉆頭成嚙合旋轉(zhuǎn)工作，兩鉆頭各有八齒成半嚙合狀態(tài)逆向旋轉(zhuǎn)，嚙合鉆頭半嚙合主要是鉆頭輪齒上的小鋸齒造成的。打眼鉆進(jìn)時(shí)鉆出的是數(shù)字8形鉆眼，橫向推進(jìn)時(shí)可形成如嚙合鉆頭合并寬度的溝槽。
[0019]所述機(jī)械的鉆頭部分，雙鉆頭半嚙合主要是因?yàn)閲Ш陷嘄X端部的小鋸齒造成的，小鋸齒觸嚙合輪齒槽底部時(shí)，中間仍剩有齒槽間隙，出漿小孔等距50mm設(shè)在嚙合輪齒背上。雙鉆頭旋轉(zhuǎn)過程中邊切碎巖石邊把漿液和碎巖攪拌粘合，并在鉆頭運(yùn)行方向的后方被壓實(shí)；兩根八棱鉆桿尾端通過密封轉(zhuǎn)環(huán)連接輸漿軟管，并聯(lián)通拌注漿機(jī)構(gòu)連續(xù)供漿。
[0020]所述的鉆桿中孔留設(shè)較大，根據(jù)實(shí)際施工需要，有必要時(shí)，鉆桿中心插入一根細(xì)管可實(shí)現(xiàn)雙液注漿。一般加水玻璃雙液注漿，其只適用需要高速即凝固要求的圍巖支護(hù)。現(xiàn)有技術(shù)較經(jīng)濟(jì)的固化劑即使用高強(qiáng)度525-725標(biāo)號(hào)的水泥漿液，加入適量速凝劑配制。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
所述本發(fā)明的軟巖巷道圍巖的自體支護(hù)方法，使充分混合了固化劑的巷道圍巖自體基本原位固化，變成具有一定支撐力的(類似直接以軟巖為骨料的混凝土砌體)較硬巖體，所述工藝保證了巷道圍巖外無間隙無擾動(dòng)支護(hù)。并容易實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)追求的初撐力支護(hù)效果。所述巷道軟巖圍巖是被邊破碎、邊攪拌混合固化劑、邊壓實(shí)在后方的，(所述設(shè)備的攪注鉆機(jī)能產(chǎn)生5MPa以上的壓力，對(duì)巖石的破碎粒度平均粒徑大于0.5mm)破碎的軟巖基本在原位固化，不是排出，也不是置換，并同時(shí)壓縮成型。之后快速固化成較堅(jiān)硬的完整巖體，起到支護(hù)巷道的作用。所述方法的支護(hù)效果是非常有效和容易實(shí)現(xiàn)的。
[0022]通過本發(fā)明的軟巖巷道圍巖的自體支護(hù)方法，使巷道軟巖的部分圍巖變堅(jiān)固完整，自體支護(hù)效果好；克服了錨桿、錨索在軟巖支護(hù)中部分失效的缺點(diǎn)；其雖類似于超厚砌旋支護(hù)，但去掉了砌旋支護(hù)的內(nèi)部間隙大無法填實(shí)的弊端，同時(shí)也省去了混凝土支護(hù)的模板和大量骨料的運(yùn)輸填入。并且密封條件好可有效地防止巷道淋水對(duì)巷道圍巖的侵蝕破壞，同時(shí)巷道挖掘施工只挖掘巷道的凈斷面，相對(duì)挖運(yùn)工作量較小。對(duì)于包括松軟厚煤層在內(nèi)的各類硬度較小的巖層成巷的支護(hù)，都可以使用這一種支護(hù)方法，有效改善了軟巖巷道支護(hù)的施工安全性和使用機(jī)械化水平，也為地下工程施工支護(hù)提供了又一種借鑒方法。特別是所述方法由于機(jī)械化程度高，人工成本大大降低；對(duì)于更廉價(jià)的固化劑的研宄應(yīng)用，軟巖巷道施工成本將有望更大幅度的降低。
[0023]本發(fā)明的攪注鉆機(jī)，所述鉆頭為雙輪齒鉆頭半嚙合逆向旋轉(zhuǎn)工作，主要功能是縱向可以鉆進(jìn)，橫向可以切割；雙鉆頭半嚙合主要是鉆頭輪齒上的小鋸齒造成的，小鋸齒間布置出漿小孔可以把漿液拌入碎巖中；鉆頭旋轉(zhuǎn)通過八棱鉆桿由全嚙合齒輪動(dòng)力帶動(dòng)，鉆桿中空可以輸送漿液。嚙合鉆頭具有碎巖、壓實(shí)和輸漿攪拌功能。該攪注鉆機(jī)能夠順利的把適量的固化劑均勻的攪拌加注入巷道的圍巖體內(nèi)，也即所需要加固的巷道圍巖厚度1200mm的巷壁體內(nèi)，并且能在固化劑的作用下很快(最快10分鐘內(nèi)凝固)凝固為一體，形成一定的初步支撐力，以保證巷道迎頭的連續(xù)施工，而后其強(qiáng)度在24小時(shí)內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度> 1MPa)。
[0024]所述機(jī)械的雙鉆頭在運(yùn)行注漿的過程中，可以順利實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步加固，可順兩鉆桿間隙向已拌入固化劑漿液的軟巖圍巖插入直徑6mm至30mm直徑的螺紋鋼筋，形成類似鋼筋混凝土的支護(hù)效果，若改性圍巖支護(hù)厚度超過1200_，其作用則更像是密集錨桿的加固作用。
[0025]所述機(jī)械填補(bǔ)了井巷支護(hù)機(jī)械的空白，其工作原理有利于實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)的機(jī)械化和提高巷道支護(hù)質(zhì)量安全的保障程度。
【附圖說明】
[0026]圖1為攪注鉆機(jī)鉆頭部分結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中的A-A剖視圖；
圖3為圖1的左視圖；
圖4為鉆頭嗤合原理不意；
圖5攪注鉆機(jī)側(cè)視圖；
圖6攪注鉆機(jī)后視圖；
圖7為軟巖巷道圍巖自體支護(hù)方法實(shí)施的示意圖。
[0027]其中:1小鋸齒、2輪齒、3八棱鉆桿、4出漿小孔、5鉆桿中孔、6鉆頭頂尖、7實(shí)體巖體、8嚙合鉆頭、9切割槽碎巖、10鉆頭動(dòng)力箱、11升降搖臂、12液壓千斤頂、13輸漿軟管、14左右轉(zhuǎn)盤、15拌注漿機(jī)構(gòu)、16機(jī)體、17行走履帶，18變硬的巖體，19加固鋼筋，20圍巖巖體，21攪注鉆機(jī)運(yùn)行外軌跡。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0029]實(shí)施例1支護(hù)方法的說明
一種軟巖巷道圍巖的自體支護(hù)方法，步驟為:把巷道軟巖圍巖的軟巖邊破碎、邊攪拌混合固化劑、邊壓實(shí)在后方的方式，將固化劑和切碎的軟巖充分混合，使充分混合了固化劑的巷道圍巖自體基本原位固化，形成具有支撐能力的支護(hù)巖體，使巷道圍巖自身作為骨料固結(jié)變硬、變完整的支護(hù)方法。
[0030]本發(fā)明以1200mm為例進(jìn)一步說明:使部分軟巖圍巖達(dá)到一定的硬度后，變硬的軟巖厚度越大支撐強(qiáng)度越高。就是用物理和化學(xué)的方法加入能使軟巖變硬的固化劑；這一周圈被改變了硬度的軟巖圍巖，巖體基本保持在原有位置，通過邊破碎邊注入拌合固化劑的機(jī)械原理:其原理是將巷道迎頭單位進(jìn)度(400mm)的圍巖一周圈起槽1200mm深，起槽時(shí)的破碎巖石不出槽，留在槽內(nèi)并加入固化劑后攪拌均勻，有托板拖住壓實(shí)待其固化后