一種軟巖巷道圍巖的自體支護方法及支護用攪注鉆機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于地下開采中井巷工程支護的技術領域，具體為一種軟巖巷道圍巖的自體支護方法及軟巖巷道支護的攪注鉆機，主要是解決硬度較小(普氏硬度系數f < 3)的破碎及軟巖地層施工巷道的支護問題。
【背景技術】
[0002]對于軟巖地層的軟巖巷道現有支護技術，主要是錨噴支護、錨噴配錨索支護、混凝土砌旋支護，錨網噴加U型鋼棚支護以及多種支護工藝器材的組合應用，這些支護在實際應用中有如下不足:
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成倍減小；錨噴支護、錨噴配錨索支護效果也不理想，主要是巷道變形量大；特別遇水或受到采動影響時，巷道變形量更大，巷道返修率達到80%-90%。
[0003]2、混凝土砌旋支護，施工工藝復雜，砌旋的頂部充實困難，圍巖擾動大，無法實現有初撐力的支護效果，造成巷道圍巖對砌旋支護體的應力釋放提前，造成巷道返修周期短。
[0004]3、錨網噴加U型鋼棚支護以及多種支護工藝器材的聯合，能達到支護效果的，支護費用又增加太多，令礦方或經營方無法接受。
[0005]對于井巷工程的支護所用到的機械設備，有錨桿錨索鉆機、錨桿錨索加固機、注漿加固機，噴漿機等，都不適用自體支護的工藝的實施要求。為此，需要一種合適方式及適用的專用設備。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于針對上述存在的問題，而提供一種軟巖巷道圍巖的自體支護方法及軟巖巷道支護的攪注鉆機，解決了一類軟巖的支護難題，通過向巷道圍巖中攪拌注入固化劑，改變巷道圍巖的巖性，使其具備相應的自身強度和整體性，使巷道圍巖自體原位固化，保證了巷道圍巖無間隙無擾動支護，并具備相應的支撐強度，實現了巷道支護的無間隙無讓壓支護機理。
[0007]本發明的技術方案為:
一種軟巖巷道圍巖的自體支護方法，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巖體，使巷道圍巖自身作為骨料固結變硬、變完整的支護方法。
[0008]所述的軟巖指的是普氏硬度系數在3以下的巖層。
[0009]作為優選，對軟巖的破碎粒度平均粒徑大于0.5mm。
[0010]作為優選，所述的巷道軟巖圍巖需要改變巖性的厚度為大于等于lm，進一步優選為l_2m。具體厚度依據巷道的圍巖原始應力大小、巷道使用年限多少，通過計算確定，以保證軟巖巷道不變形，有足夠的支撐強度為標準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，流動性大，初凝結強度上升快，10min-30min內初凝抗壓大于5MPa ;凝結后體積收縮比小于0.5%，且終凝強度大于抗壓強度> lOMPa。其主要成分用凝結強度較大的高標號525以上水泥，依據支護需要的凝結速度，適時適量地加速凝劑或水玻璃。作為優選，本發明所用的固化劑重量配比關系為:525標號水泥:水:711速凝劑=10:4.5:0.4 ;必要時，對于較濕潤的軟巖圍巖可適量加入減水劑，對于較干燥的軟巖圍巖可適增加水的比例。所述固化劑，也可用針對軟巖成分研制的膠合劑或新型砂石固結膠等特制的漿液代替。
[0012]一種軟巖巷道圍巖的自體支護方法，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、邊壓實在后方的方式，通過機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分鐘內固化為一體，形成具有支撐能力的支護巖體。所述充分混合了固化劑的巷道圍巖在未凝固前隨機插入鋼筋(屬于攪注鉆機功能之一)補強。
[0013]一種用于軟巖巷道支護的攪注鉆機，包括鉆頭動力箱、升降搖臂、液壓千斤頂、左右轉盤、拌注漿機構、機體、行走履帶，其特征在于，還包括一對齒輪式嚙合鉆頭，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力箱的兩個動力輸出齒輪軸中心的八棱孔中；所述鉆頭的輪齒頂端設有小鋸齒，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環連接輸漿軟管，并聯通拌注漿機構；所述鉆頭頂尖有八個尖齒成放射狀與外緣鉆頭輪齒相連。
[0014]作為優選，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位一個小鋸齒的寬度。
[0015]所述的小鋸齒外露，其外露長度為5mm。
[0016]相鄰兩輪齒上的小鋸齒互相錯位10mm，即一個小鋸齒的寬度1mm0
[0017]其中每一輪齒均勻安裝小鋸齒，小鋸齒間距為50mm。
[0018]所述的一對齒輪式嚙合鉆頭成嚙合旋轉工作，兩鉆頭各有八齒成半嚙合狀態逆向旋轉，嚙合鉆頭半嚙合主要是鉆頭輪齒上的小鋸齒造成的。打眼鉆進時鉆出的是數字8形鉆眼，橫向推進時可形成如嚙合鉆頭合并寬度的溝槽。
[0019]所述機械的鉆頭部分，雙鉆頭半嚙合主要是因為嚙合輪齒端部的小鋸齒造成的，小鋸齒觸嚙合輪齒槽底部時，中間仍剩有齒槽間隙，出漿小孔等距50mm設在嚙合輪齒背上。雙鉆頭旋轉過程中邊切碎巖石邊把漿液和碎巖攪拌粘合，并在鉆頭運行方向的后方被壓實；兩根八棱鉆桿尾端通過密封轉環連接輸漿軟管，并聯通拌注漿機構連續供漿。
[0020]所述的鉆桿中孔留設較大，根據實際施工需要，有必要時，鉆桿中心插入一根細管可實現雙液注漿。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。現有技術較經濟的固化劑即使用高強度525-725標號的水泥漿液，加入適量速凝劑配制。
[0021]本發明的有益效果為:
所述本發明的軟巖巷道圍巖的自體支護方法，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支護。并容易實現巷道支護追求的初撐力支護效果。所述巷道軟巖圍巖是被邊破碎、邊攪拌混合固化劑、邊壓實在后方的，(所述設備的攪注鉆機能產生5MPa以上的壓力，對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，并同時壓縮成型。之后快速固化成較堅硬的完整巖體，起到支護巷道的作用。所述方法的支護效果是非常有效和容易實現的。
[0022]通過本發明的軟巖巷道圍巖的自體支護方法，使巷道軟巖的部分圍巖變堅固完整，自體支護效果好；克服了錨桿、錨索在軟巖支護中部分失效的缺點；其雖類似于超厚砌旋支護，但去掉了砌旋支護的內部間隙大無法填實的弊端，同時也省去了混凝土支護的模板和大量骨料的運輸填入。并且密封條件好可有效地防止巷道淋水對巷道圍巖的侵蝕破壞，同時巷道挖掘施工只挖掘巷道的凈斷面，相對挖運工作量較小。對于包括松軟厚煤層在內的各類硬度較小的巖層成巷的支護，都可以使用這一種支護方法，有效改善了軟巖巷道支護的施工安全性和使用機械化水平，也為地下工程施工支護提供了又一種借鑒方法。特別是所述方法由于機械化程度高，人工成本大大降低；對于更廉價的固化劑的研宄應用，軟巖巷道施工成本將有望更大幅度的降低。
[0023]本發明的攪注鉆機，所述鉆頭為雙輪齒鉆頭半嚙合逆向旋轉工作，主要功能是縱向可以鉆進，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；鉆頭旋轉通過八棱鉆桿由全嚙合齒輪動力帶動，鉆桿中空可以輸送漿液。嚙合鉆頭具有碎巖、壓實和輸漿攪拌功能。該攪注鉆機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，也即所需要加固的巷道圍巖厚度1200mm的巷壁體內，并且能在固化劑的作用下很快(最快10分鐘內凝固)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施工，而后其強度在24小時內達到設計強度(抗壓強度> 1MPa)。
[0024]所述機械的雙鉆頭在運行注漿的過程中，可以順利實現進一步加固，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效果，若改性圍巖支護厚度超過1200_，其作用則更像是密集錨桿的加固作用。
[0025]所述機械填補了井巷支護機械的空白，其工作原理有利于實現巷道支護的機械化和提高巷道支護質量安全的保障程度。
【附圖說明】
[0026]圖1為攪注鉆機鉆頭部分結構示意圖；
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攪注鉆機側視圖；
圖6攪注鉆機后視圖；
圖7為軟巖巷道圍巖自體支護方法實施的示意圖。
[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實體巖體、8嚙合鉆頭、9切割槽碎巖、10鉆頭動力箱、11升降搖臂、12液壓千斤頂、13輸漿軟管、14左右轉盤、15拌注漿機構、16機體、17行走履帶，18變硬的巖體，19加固鋼筋，20圍巖巖體，21攪注鉆機運行外軌跡。
【具體實施方式】
[0028]下面通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細的說明。
[0029]實施例1支護方法的說明
一種軟巖巷道圍巖的自體支護方法，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巖體，使巷道圍巖自身作為骨料固結變硬、變完整的支護方法。
[0030]本發明以1200mm為例進一步說明:使部分軟巖圍巖達到一定的硬度后，變硬的軟巖厚度越大支撐強度越高。就是用物理和化學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械原理:其原理是將巷道迎頭單位進度(400mm)的圍巖一周圈起槽1200mm深，起槽時的破碎巖石不出槽，留在槽內并加入固化劑后攪拌均勻，有托板拖住壓實待其固化后