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专利号: 201710016257X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种防治强吸水膨胀软岩巷道底鼓的方法,其特征在于,步骤如下:第一步,首先按照巷道所处位置的水文地质情况,分段对底板岩层进行含水率的测定,根据含水率对底板岩层膨胀性进行分类;

第二步,钻孔设计:按照测定的含水率,计算分段底板岩层含水量,根据含水量和膨胀性分类,计算分段巷道底板的钻孔总数、间排距和钻孔直径,该钻孔用于填充吸水的生石灰粉和用于注浆形成固定桩,所以钻孔总数应至少满足填充足够的生石灰粉,以达到底板岩层无膨胀性要求;

第三步,将巷道底板进行超挖,超挖至设计深度的250mm深度,形成新的巷道底板;

第四步,在新的巷道底板上布置钻孔,应按照设计的间排距均匀布置;

第五步,施工钻孔后在孔内下放布满微孔的钢管,该钢管作为今后的注浆管,以便形成钻孔固定桩;

第六步,在钢管内和钢管与孔壁缝隙中填充生石灰粉,化学反应后,消耗掉底板岩层中的水分,降低底板岩层含水率,以改良底板岩性,提高底板强度;

第七步,经过一段时间后,生石灰与钻孔围岩水完全反应使底板岩层含水率降低,再采用注浆泵按照传统注浆方法通过钢管进行注浆,注浆泵的压力控制在3-4MPa范围内,当注浆泵压力达到最大控制值时,需等待2-3分钟再注浆,待浆液凝固后形成钻孔固定桩;

第八步,采用钢带将每排的钻孔固定桩进行连接,再采用钢筋将排与排间斜拉连接,形成菱形钢筋网结构,从而把所有钻孔固定桩形成一个整体;连接时要求钢带与钢筋网紧贴底板岩面;

第九步,在巷道底板铺设混凝土,埋住钢带与钢筋网,再铺设50mm厚度的生石灰粉并覆盖上具有抗腐蚀性和耐磨性的双层塑料膜,以对顶板淋水等进行隔离,并防止底板岩层受空气风化;

第十步,在塑料膜上浇筑混凝土,使巷道底板达到原设计高度。

2.如权利要求1所述的防治强吸水膨胀软岩巷道底鼓的方法,其特征在于,在第一步中,分段测定巷道底板岩层含水率ω的方法如下:对每段巷道,取两个以上巷道断面,分别测定它们的底板岩层含水率,取其平均值作为该段巷道底板岩层含水率ω;测定时,在巷道断面的底板左侧、中部及右侧分别钻垂直钻取岩芯,将三个岩芯称湿重;对三个岩芯进行烘干处理,测得其干重,通过湿重和干重计算岩芯的含水量与岩芯干重量之比,得出每个分段巷道断面底板岩石含水率ω1、ω2…ωn;求取均值,即为分段巷道底板岩层含水率ω=(ω1+ω2+…+ωn)/n。

3.如权利要求1所述的防治强吸水膨胀软岩巷道底鼓的方法,其特征在于,第一步中,对分段巷道底板岩层进行膨胀性分类方法如下:若巷道底板岩层含水率ω<20%,则该分段巷道为弱膨胀性软岩;若巷道底板岩层含水率20%≤ω<50%,则该分段巷道为中膨胀性软岩;若巷道底板岩层含水率ω≥50%,则该分段巷道底板岩层为强膨胀性软岩。

4.如权利要求1所述的防治强吸水膨胀软岩巷道底鼓的方法,其特征在于,在第二步中,钻孔设计方法如下:第2.1步:确定影响分段巷道底鼓岩层中主要含水量m:第2.1.1步:巷道底板岩层中含水总量m1

m1=b×c×h×p×ω/(1+ω)

式中,b为巷道底板宽度,c为分段巷道长度,h为底鼓深度范围,由于巷道底板仅在h=

3m深度范围内底鼓较为严重,为此h取3m,p为分段巷道底板岩层密度p,ω为含水率;

第2.1.2步:评估影响巷道底鼓主要含水总量m

m=0.8(m1/GRQD)

式中,GRQD为巷道底板岩层质量等级,该等级由现有的岩芯质量指标RQD所确定;0.8为系数,根据目前防治底鼓的经验,认为除去巷道底板岩层中总含水量的80%,即可达到防治水对巷道底鼓的影响;

第2.2步:确定分段巷道底板钻孔间距、每排钻孔个数、钻孔直径及钻孔深度:若巷道底板岩层含水率ω<20%,取底板钻孔间距为1.0m,巷道每排钻孔个数n0=[(b-

1)/1],钻孔直径取d≤50mm;钻孔深度为3000mm;

若巷道底板岩层含水率ω≥20%,取底板钻孔间距为0.8m,巷道每排钻孔个数n0=[(b-

1)/0.8],钻孔直径取d≥100mm;钻孔深度为3000mm;

第2.3、确定分段巷道底板钻孔总数N:

N=[m/(km0)]

上式中m0为单一钻孔含水量,m0=V0×p×ω/(1+ω),式中V0为钻孔体积,p为岩层密度,ω为分段巷道底板岩层含水率;k为钻孔影响半径范围内围岩体积与钻孔体积之比;

第2.4步、确定分段巷道底板钻孔排距L:

L=[a/N1]

式中a分段巷道长度,N1为分段巷道底板钻孔排距数目,N1=N/n0,N、n0意义同上。

5.如权利要求1所述的防治强吸水膨胀软岩巷道底鼓的方法,其特征在于,在第五步中施工钻孔时,巷道两侧最边缘处钻孔向外侧偏离15°。

6.如权利要求1所述的防治强吸水膨胀软岩巷道底鼓的方法,其特征在于,在第六步中,生石灰粉填充量m2应为钻孔影响半径范围内围岩含水量的3倍,并对填充进钻孔内的生石灰粉进行压实处理;即:钻孔内填充生石灰粉量m2=3×k×m0;

式中:k为钻孔影响范围内围岩体积与钻孔体积之比,m0为单一钻孔含水量。