CN111927470B - 深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，在工程开挖后，首先对已开挖区壁面进行支护；以掌子面为界，向周边及待开挖岩体后方钻孔；采用微波波导将微波辐射能量引入钻孔底部并照射岩体，诱发裂纹；将静态岩石膨胀破碎剂注入孔底并堵塞，使得微波照射诱发的裂纹二次发育，相邻钻孔底部裂纹扩展并互相贯通，形成一个包裹待开挖岩体的破碎带，通过破碎带使围岩释压；为了进一步维护应力释放后的围岩稳定性，利用钻孔进行注浆，使得释压破碎带在水泥胶结作用下重构形成一个环向加固区域。该技术在形成破碎带的过程中基本维持在准静态过程，避免了传统爆破释压技术诱发的次生动力扰动灾害，有利于实现深部硬岩工程的安全高效施工。
Description
技术领域
本发明涉及深地硬岩工程开挖后的岩爆灾害控制技术领域，具体涉及一种深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法。
背景技术
随着浅部资源耗竭，将有大批矿山进入深部开采，深部开采已成为世界矿业界关注的焦点。采矿活动产生的扰动可能诱发岩爆、顶板冒落、突水等事故，不仅严重威胁着矿山生产安全，而且给深部开采工作带来了极大的挑战。同时，受国家重大战略需求引导，深地实验室建设工作已经开展，西南地区的高埋深隧道开挖也面临着严峻的安全考验。深地岩石工程开挖后将造成围岩应力重新分布，围岩内存储的高应变能在强动力扰动下可能沿临空面释放并诱发岩爆灾害，严重威胁着人员、设备的安全。
因此，深地岩石工程的岩爆灾害的有效防控是保障生产作业安全的关键所在。传统支护结构可在一定程度上发挥抵抗围岩传递的高应力作用，然而支护结构强度有限，对于重大岩爆灾害难以奏效。有学者提出了泄压爆破技术，通过局部爆破技术将围岩与岩石工程进行隔离，形成非连续的工程结构，可以大幅度削弱近工程自由面的应力集中效应。然后此技术采用了爆破开挖方式，深地高应力环境对爆炸应力波尤为敏感，爆破泄压的同时可能在其他区域造成此生灾害。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，旨在解决深地硬岩工程如巷道、隧道、硐室等开挖后的岩爆灾害的控制问题。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，包括如下步骤：
S1：已开挖区支护：深地硬岩工程开挖后，采用喷射混凝土的方式对已开挖区壁面进行支护；
S2：待开挖区钻孔：以岩石工程的掌子面为边界，环绕掌子面轮廓周向钻凿多个斜向孔，多个斜向孔呈辐射状分布；同时，在掌子面上钻凿向掌子面后方延伸的轴向孔；
S3：微波诱导致裂：通过微波波导将微波能量引入钻孔孔底，对近孔底区域围岩进行微波诱导致裂；
S4：二次破碎：将静态岩石膨胀破碎剂通过钻孔注入孔底并堵塞，利用静态岩石膨胀破碎剂在孔底区域近一步诱发裂纹，使得相邻孔底裂纹互相诱导并贯通，形成破碎带；
S5:释压后支护：利用破碎带使围岩释压完成后，清除钻孔内的静态岩石膨胀破碎剂，通过钻孔向破碎带注入水泥料浆，对破碎带进行重构，使破碎带重构成为一个整体。
进一步，步骤S1中，混凝土层与已开挖区壁面协同变形。
进一步，步骤S2中，多个斜向孔关于掌子面中心周向均匀布置。
进一步，步骤S2中，轴向孔开设在掌子面的中心。
进一步，步骤S2中，所述轴向孔的孔深大于硬岩工程的掘进循环作业进尺。
进一步，步骤S3中，通过钻孔摄像技术对微波致裂效果进行评估。
进一步，步骤S5中，在钻孔中安置岩石锚杆，进一步锚护重构后的破碎带及围岩。
本发明的有益效果：
本发明的深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，在深地硬岩工程(隧道、巷道、硐室等)开挖后，为了保障安全施工，采用喷射混凝土的方式对已开挖区壁面进行支护，养护至混凝土层与围岩协同变形。其后，以岩石工程掌子面(开挖工作面)为边界，采用凿岩台车沿掌子面轮廓钻凿斜向孔，孔深4.5m左右，孔底倾向待开挖岩体。同时，在掌子面钻凿轴向孔，轴向孔的孔底位置应超过开挖循环作业进尺。通过微波发生器产生微波能量，采用微波波导将微波能量引入钻孔底部，对近孔底区域围岩进行微波诱导致裂。受岩体介电性质及微波功率的限制，微波在岩体内的穿透深度有限，微波诱发的岩体损伤分布范围相对较小，故采用静态岩石膨胀破碎剂对近孔底岩体进行二次破碎。在静态岩石膨胀破碎剂的作用下，充分利用岩石抗拉强度远小于抗压强度的特点，使得微波诱发的裂纹在岩石膨胀破碎剂的膨胀作用下进一步扩展，裂纹数量及尺寸均在岩石破碎剂的作用下有明显改善。至此，在合理的施工参数控制下，相邻钻孔近底部区域岩石破碎剂诱发的次生裂纹将产生贯通，在待开挖岩体周围形成一个破碎带。在裂纹逐渐贯通过程中，裂隙带岩体在围岩与岩石膨胀剂作用下不断产生变形，自我调整以适应不断改变的应力状态，为完整围岩传递来的高应力提供释放空间。上述岩石破裂过程基本维持在准静态状态，大幅度降低了爆破碎岩带来的动力扰动威胁。
岩体为非均质材料，外部因素诱导的裂纹扩展具有很高的随机性，因此上述方法在泄压过程中，裂纹扩展有可能增加了工程围岩的不稳定性，故释压后的支护措施可有效保障后续施工安全。利用钻孔作为注浆通道，向工程周向破碎泄压区(破碎带)注入水泥料浆，对周向破碎带进行重构，形成一个环向支护体。为了进一步保障工程的稳定性，利用现有钻孔，结合锚杆支护技术提高围岩稳定性。此技术发明既能释放深部围岩应力，又为后续岩体开挖作业提供了安全可靠的工作环境，一举两得。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为释压及支护过程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
如图1所示，以一深部隧道1为例，直径为4000mm，其具体的微波辅助释压及支护方法，包括如下步骤：
(1)隧道开挖后，形成已开挖区域2和未开挖区域3，采用喷射混凝土的方式对已开挖区域2壁面进行支护，养护至混凝土层与围岩5协同变形状态；
(2)以未开挖区域3的掌子面为界进行钻孔4，钻孔4包括斜向孔和轴向孔，具体地，沿掌子面轮廓钻凿多个斜向孔，多个斜向孔在空间上呈辐射状周向均匀分布，孔深4500mm；同时，向掌子面后方钻凿轴向孔，轴向孔处于掌子面的中心，轴向孔的孔深大于隧道掘进循环作业进尺；
(3)通过微波波导，将微波辐射6的能量引入钻孔4孔底，对钻孔4孔底区域围岩进行照射破碎，诱发初始裂纹7；微波致裂效果可通过钻孔摄像技术进行评估，同时，可以确定微波辐射功率及照射时间等参数；
(4)将静态岩石膨胀破碎剂9通过钻孔4注入孔底并堵塞，在孔底区域近一步诱发裂纹，形成扩展后裂纹8，使得相邻孔底裂纹互相诱导并贯通，形成破碎带，即泄压区10；
(5)围岩释压完成后，清除钻孔内的静态岩石膨胀破碎剂9，采用注浆技术向破碎泄压区(破碎带)注入细骨料水泥料浆，对钻孔底部的破碎带进行重构，使破碎带重构成为一个整体的重构区11。此外，可通过钻孔安置岩石锚杆12，进一步锚护重构后的破碎带及围岩，也可采用导管式锚杆，利用锚杆内部空心结构作为注浆通道。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：已开挖区支护：深地硬岩工程开挖后，采用喷射混凝土的方式对已开挖区壁面进行支护；
S2：待开挖区钻孔：以岩石工程的掌子面为边界，环绕掌子面轮廓周向钻凿多个斜向孔，多个斜向孔呈辐射状分布；同时，在掌子面上钻凿向掌子面后方延伸的轴向孔；
S3：微波诱导致裂：通过微波波导将微波能量引入钻孔孔底，对近孔底区域围岩进行微波诱导致裂；
S4：二次破碎：将静态岩石膨胀破碎剂通过钻孔注入孔底并堵塞，利用静态岩石膨胀破碎剂在孔底区域近一步诱发裂纹，使得相邻孔底裂纹互相诱导并贯通，形成破碎带；
S5:释压后支护：利用破碎带使围岩释压完成后，清除钻孔内的静态岩石膨胀破碎剂，通过钻孔向破碎带注入水泥料浆，对破碎带进行重构，使破碎带重构成为一个整体。
2.根据权利要求1所述的深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，其特征在于，步骤S1中，混凝土层与已开挖区壁面协同变形。
3.根据权利要求1所述的深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，其特征在于，步骤S2中，多个斜向孔关于掌子面中心周向均匀布置。
4.根据权利要求1所述的深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，其特征在于，步骤S2中，轴向孔开设在掌子面的中心。
5.根据权利要求1所述的深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，其特征在于，步骤S2中，所述轴向孔的孔深大于硬岩工程的掘进循环作业进尺。
6.根据权利要求1所述的深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，其特征在于，步骤S3中，通过钻孔摄像技术对微波致裂效果进行评估。
7.根据权利要求1所述的深地硬岩工程微波辅助释压及支护方法，其特征在于，步骤S5中，在钻孔中安置岩石锚杆，进一步锚护重构后的破碎带及围岩。
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Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
| CN114659417A (zh) * | 2020-12-23 | 2022-06-24 | 西南科技大学 | 一种超声波激励辅助硬岩爆破方法 |
| CN113154979B (zh) * | 2021-04-22 | 2023-01-24 | 湖南军凯静爆科技有限公司 | 一种大倾角湿法钻孔膨胀剂静态破岩施工方法 |
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| CN115290752A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-11-04 | 东北大学 | 微波参数主动调节旋转致裂深部硬岩装置及其使用方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101892830A (zh) * | 2010-04-27 | 2010-11-24 | 北京科技大学 | 一种深部地应力随钻测试系统 |
| CN103161493A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-06-19 | 中国矿业大学 | 气液固三相耦合爆破弱化冲击地压及增透方法 |
| CN104695963A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-06-10 | 山东科技大学 | 碎裂岩层中地铁隧道穿越建筑物的施工方法 |
| CN104763432A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-07-08 | 安徽理工大学 | 一种高应力巷道围岩卸压控制大变形的方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106761796B (zh) * | 2016-11-22 | 2018-08-28 | 东北大学 | 一种用于岩爆防治的tbm上微波应力释放装置及应用 |
| CN107179029B (zh) * | 2017-05-16 | 2019-05-31 | 深圳市瑞利源工程技术有限公司 | 一种高压气体静态膨胀破岩装置及破岩方法 |
| CN109736827B (zh) * | 2019-01-11 | 2020-01-31 | 中南大学 | 城市地铁硬岩地层联络通道高压气体膨胀致裂开挖的方法 |
| CN110145310B (zh) * | 2019-06-28 | 2021-03-02 | 中南大学 | 一种利用微波照射破岩技术的地下矿山采矿方法 |
| CN110397451B (zh) * | 2019-07-29 | 2020-09-15 | 三峡大学 | 一种利用深部软岩形成空腔进行开挖洞室预加固的施工方法 |
| CN110805442B (zh) * | 2019-11-14 | 2021-06-22 | 中国矿业大学 | 一种可控源微波辐射弱化煤层坚硬顶板的装置及方法 |
| CN110821501B (zh) * | 2019-11-22 | 2021-02-12 | 中国水利水电第十工程局有限公司 | 岩爆隧道的预卸压施工方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101892830A (zh) * | 2010-04-27 | 2010-11-24 | 北京科技大学 | 一种深部地应力随钻测试系统 |
| CN103161493A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-06-19 | 中国矿业大学 | 气液固三相耦合爆破弱化冲击地压及增透方法 |
| CN104763432A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-07-08 | 安徽理工大学 | 一种高应力巷道围岩卸压控制大变形的方法 |
| CN104695963A (zh) * | 2015-02-11 | 2015-06-10 | 山东科技大学 | 碎裂岩层中地铁隧道穿越建筑物的施工方法 |
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