[发明专利]一种钻压掘一体化硬岩巷道快速掘巷方法

说明书

本发明公开了一种钻压掘一体化硬岩巷道快速掘巷方法，属于煤矿巷道快速掘进技术领域；其步骤包括：监测水力裂隙空间分布并设计水力压裂方案；采用钻压掘一体化综掘设备施工水力压裂钻孔并进行水力压裂；水力压裂后对岩巷压裂段内岩体进行截割和运输，完成岩巷掘进作业。通过本发明的实施，可以降低坚硬岩石强度和块度，提高硬岩可截割性，降低作业空间粉尘浓度，节约施工时间，降低工人劳动强度，提升硬岩巷道掘进效率。

技术领域

本发明涉及煤矿巷道快速掘进技术领域，具体涉及一种钻压掘一体化硬岩巷道快速掘巷方法。

背景技术

煤矿岩石巷道开挖时，通常采用爆破法或者综掘机进行破岩。爆破法炸药消耗量大，工序繁琐，工人劳动强度高，作业面安全系数低；采用掘进机截割岩石时，由于岩石硬度大，掘进机破岩速度缓慢，截齿磨损严重，粉尘浓度高。因此，传统方法在掘进岩石巷道时效率低下，岩巷掘进速度缓慢，进而影响矿山安全高效生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种钻压掘一体化硬岩巷道快速掘巷方法，采用钻压掘一体化综掘设备对巷道坚硬岩石实施水力压裂，降低待掘岩石强度和块度，提高坚硬岩石可截割性，加快巷道掘进速度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种钻压掘一体化硬岩巷道快速掘巷方法，步骤1、开设致裂孔并进行水力压裂；在待掘巷道的坚硬岩石中心处开设致裂孔，向致裂孔中通过高压水泵注入高压水进行水力压裂，水力压裂后致裂孔周围会产生水力裂隙，由于水力裂隙扩展方向垂直于最小主应力方向，因此致裂孔周边水力裂隙基本会沿着一个方向发育；步骤2、开设监测孔并测定水力裂隙的主要扩展方向；在致裂孔周围均匀开设有多个监测孔，监测孔深度与致裂孔深度相等，每个监测孔到致裂孔的距离为1~1.5m；将钻孔瞬变电磁仪放入监测孔中，通过钻孔瞬变电磁仪监测水力压裂后监测孔中的水力裂隙的空间分布情况，根据水力裂隙分布情况得知水力裂隙的主要扩展方向；步骤3、根据水力裂隙的主要扩展方向均匀开设3个水力压裂钻孔；为了在坚硬岩石中产生分布较为均匀的水力裂隙，3个水力压裂钻孔处于同一直线上，钻孔的连线与水力裂隙主要扩展方向垂直，在巷道断面中心处布置一个水力压裂钻孔，其余两个水力压裂钻孔布置在距离巷道帮部0.5~1.5m处；步骤4、向3个水力压裂钻孔中注入高压水进行水力压裂，使坚硬岩石中产生大量水力裂隙，并使用综掘设备对坚硬岩石压裂段内岩体进行截割和运输；步骤5、根据岩巷掘进需求重复步骤2、步骤3和步骤4，完成岩巷掘进作业。

作为本发明进一步优选，步骤1和步骤2中的中致裂孔和监测孔深度均为10米，压裂点位置处于致裂孔中部，即5米长度处，压裂点即注入高压水处，各个监测孔到致裂孔的距离相等，且为了更易获得水力压裂后致裂孔周边水力裂隙的空间分布，在步骤2的钻孔瞬变电磁仪放入监测孔之前，向致裂孔中持续注水3~5分钟，提高水力裂隙中的含水量，注水过程中封堵孔口，避免水大量从孔口流出。

作为本发明进一步优选，步骤3中进行水力压裂时先压裂中心孔，然后压裂周边孔，开设一孔压裂一孔；水力压裂钻孔长度15~20米，从孔底向孔口每隔3~4米压裂一次，压裂时间5分钟，压裂时将孔口封堵使水可以充分浸泡软化坚硬岩石。

作为本发明进一步优选，压裂过程中采用数据存储式压力变送器记录高压水泵压力。

作为本发明进一步优选，步骤5中掘进时遇到地质条件明显变化或高压水泵压力变化较大时，重复步骤1至步骤5，重新监测水力裂隙主要方向并进行水力压裂。

作为本发明进一步优选，步骤4中所述综掘设备为钻压掘一体化综掘设备，包括掘进机和置于掘进机上的水力压裂系统，水力压裂系统包括两个位于掘进机两侧的钻臂和设置于掘进机上的一台高压水泵。

作为本发明进一步优选，所述钻臂为六自由度可伸缩钻臂。

作为本发明进一步优选，掘进机进行截割作业时，掘进机的滚筒从最高处水力压裂钻孔一侧开始对整个断面从上往下截割。