[发明专利]一种软岩巷道围岩高压气体主动预裂注浆装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及巷道支护技术，具体涉及一种软岩巷道围岩高压气体主动预裂注浆装置及方法，属于矿业工程领域。

背景技术

软岩巷道围岩往往具有强度较低、遇水膨胀、承载能力差等特性，软岩巷道围岩变形控制是煤矿长期以来面临的一大难题。

针对软岩巷道围岩变形问题，通常采用注浆支护的方法。然而，传统的注浆方法是通过在巷道围岩打注浆锚杆，待巷道掘进一段时间后让巷道围岩产生了一定的变形破坏，围岩内部出现较多的裂隙后进行注浆加固。这种方法对于围岩注浆加固时机的选择具有极大的盲目性。若注浆时间过早，巷道围岩裂隙发育程度较低、可注性差，浆液注入量较少，注浆效果非常不好；若注浆时间过晚，软岩巷道围岩发生较严重的变形破坏，围岩的完整性遭到了极大的破坏，且围岩大部分的支护已经失效，这种情况下采用压力注浆会只会加剧围岩的破坏，不利于围岩的稳定控制。注浆时机选择一直是锚注支护领域的一大难题。

与本发明申请有关是的围岩预裂注浆支护装置及方法，目前公开的预裂注浆支护装置及方法有：

1、中国专利CN201210380499.4公开的深孔预裂爆破注浆方法，通过在注浆孔内布置炸药卷，起爆炸药对注浆孔进行预裂爆破，使注浆孔周边的岩体产生大量的裂隙，该方法有效的增加了浆液的扩散范围，提高了注浆效果。

2、中国专利CN201420442454.X公开的一种控制性精细爆破注浆锚杆，包括锚杆杆体、止浆塞、雷管定位套环和缓冲套环，锚杆为管状结构，上端封闭，杆体开有注浆孔，该注浆锚杆对于爆破震动的控制较好，缓冲装置有效的降低了爆破对锚杆和孔壁的破坏作用，爆破预裂有效的扩张了围岩原生裂隙，提高了注浆效果。

3、中国专利CN201320240128.6公开的一种采用爆破扩孔工艺的中空注浆锚杆，包括一根带有外螺纹的中空杆体、托盘和管塞，杆体端口处的锚头上设置四条预留缝并设置有环向倒锯齿，锚头位置内部安置一根雷管，通过引爆雷管使锚头沿预裂缝撑开，产生空腔，再沿中空的锚杆注入砂浆，在端部形成球状的锚固头，大幅提升了锚杆的锚固力。

4、中国专利201210412801.X公开的线性聚能爆破注浆锚固管式锚杆，包括两端开口、中空的管式杆体、挡环和垫板，管式杆杆体管壁不同位置和方向留设多个长方形切口，杆体底端设置装有雷管的起爆药包，每个长方形切口处的管壁内设有线性聚能装药，通过起爆药包和线性聚能装药，使管壁产生塑性破坏并与孔壁形成挤压，提供锚固力，且线性聚能装药强烈的聚能射流可以对切口位置岩体冲击和破碎作用，对杆体空腔和围岩裂隙注浆，形成复杂的摩擦-栓塞锚固结构，以提高锚杆锚固力和改善锚固效果。

上述几个专利虽然都解决了特定的问题，但是仍具有较大的局限性。它们都有一个共同点，那就是都使用炸药进行围岩的爆破预裂，炸药爆破的强度难以控制，爆破产生的高峰值爆炸冲击波往往会对围岩强度造成强烈的扰动破坏，且在煤矿井下使用炸药爆破危险较大并存在许多限制，首先在具有冲击倾向或煤与瓦斯突出危险的矿井进行炸药爆破，爆炸强烈的冲击扰动容易诱导冲击地压或煤与瓦斯突出等灾害的发生，其次在高瓦斯矿井进行炸药爆破预裂有可能引发瓦斯爆炸，再就是在掘进巷道中进行炸药爆破预裂需要疏散爆破位置周围较大范围内的工作人员，严重影响巷道施工速度。

发明内容

为了解决软岩巷道围岩锚注支护注浆时机选择困难的问题，本发明设计一种操作实施简单、安全可靠、应用范围广、适用性强的软岩巷道围岩高压气体主动预裂注浆装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：一种软岩巷道围岩高压气体主动预裂注浆装置，包括耐高压中空螺纹钢杆体和高压气体预裂装置两个主要部分；所述的耐高压中空螺纹钢杆体的两端口均加工有螺纹丝口，杆体上靠近其中一端口设有固定挡板；所述的高压气体预裂装置由预裂装置壳体、起裂压力控制膜片、密封垫圈、缓冲腔、支撑剂容器、支撑剂注入通道、密封螺钉、支撑剂材料和射流孔组成；所述预裂装置壳体为中空结构，其一端开口，与耐高压中空螺纹钢杆体远离固定挡板的一端连接，另一端封闭，封闭端底部和四周开有能够使气体或浆液射出的射流孔；预裂装置壳体与耐高压中空螺纹钢杆体的连接处设有起裂压力控制膜片和密封垫圈；所述支撑剂容器嵌装在预裂装置壳体中，支撑剂容器壁上留设孔洞，该孔洞与预裂装置壳体上留设的支撑剂注入通道连通，通道由螺钉密封；所述支撑剂容器与预裂装置壳体内壁之间留有气体通道；所述支撑剂容器与起裂压力控制膜片之间形成缓冲腔，缓冲腔连通气体通道。

所述耐高压中空螺纹钢杆体是采用螺纹钢加工而成的两端开口的杆体。