[发明专利]一种巷道围岩高温加热强化的支护方法和装置

说明书

本发明公开了一种巷道围岩高温加热强化的支护方法和装置，该方法包括：步骤一：对预施工巷道的泥质软岩进行取样与分析，分析出泥质软岩中黏土矿物成分组成；步骤二：通过电阻热棒对预施工的泥质软岩岩样进行高温加热，并对其进行工程力学强度进行测定，确定其加热强化参数；步骤三：在泥质软岩掘进施工一个循环并采取临时支护后，将该装置布置在掘进工作面，在确定工作面无瓦斯、煤尘后及时对掘进工作面进行封闭；步骤四：启动该装置，对掘进施工后的泥质软岩进行高温加热，直至加热区域泥质软岩达到步骤二中的加热强化参数；步骤五：待加热区域泥质软岩温度恢复至26摄氏度以下后，立即进行锚杆、锚索等常规支护。

技术领域

本发明涉及一种巷道围岩高温加热强化的支护方法和装置。

背景技术

随着我国中东部浅部煤炭资源趋于枯竭，矿井开采逐渐向深部延伸并向新疆、内蒙古、宁夏等煤炭资源丰富的西部矿区发展。泥质弱胶结软岩在西部矿区侏罗系及白垩系地层中广泛分布，其成岩时间晚、胶结差、强度低、易风化、遇水泥化崩解，是一类特殊软岩。泥质弱胶结软岩巷道开挖后，围岩变形剧烈、破坏严重，常规刚性支架与锚网喷支护技术难以有效维持巷道围岩稳定和安全，主要表现为锚杆、锚索等主动支护结构可锚性较差，锚杆、锚索极易脱锚，且所施预紧力较小，支护效果较差；U型钢支架等被动支护结构承受的围岩压力较大，因局部产生扭曲变形而失稳破坏。

泥质软岩揭露后，遇水极易泥化、崩解，膨胀性强，围岩变形量大，一直是软岩巷道支护中的重大难题，在现有支护方法中，锚杆、锚索等主动支护结构可锚性较差，锚杆、锚索极易脱锚，且所施预紧力较小，支护效果较差；U型钢支架等被动支护结构承受的围岩压力较大，因局部产生扭曲变形而失稳破坏；注浆加固技术由于泥岩裂隙不发育，很难达到浆液扩散，且浆液中的水会加速泥岩风化、崩解。因此，寻求一种新的泥质软岩支护方法，是当前我国煤炭主要产区亟待解决的技术难题。

通过对泥质软岩的电镜扫描分析显示，泥质软岩的特性与其矿物成分密切相关，地层中的粘土矿物常见有伊利石、蒙脱石和高岭土等类型的成分，因此岩石中不同的粘土矿物成分决定了不同的软岩力学性质。泥质软岩所含黏土矿物成分多少与地层年代不同而不同，也决定着泥质软岩的结构构造、水理性质、物化性质，决定了它的工程力学特性也不同。因此，要进行泥质软岩的支护及加固，应从泥质软岩工程力学特性的决定性因素出发，即寻找提高伊利石、蒙脱石、高岭土等矿物成分的性质转变、性能强化方法。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种巷道围岩高温加热强化的支护方法和装置，以解决泥质软岩遇水易泥化、崩解、膨胀导致巷道围岩过度变形影响巷道安全使用的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种巷道围岩高温加热强化的支护方法，该方法包括：

步骤一：对预施工巷道的泥质软岩进行取样与分析，分析出泥质软岩中黏土矿物成分组成；

步骤二：通过电阻热棒对预施工的泥质软岩岩样进行高温加热，加热温度在800℃～1200℃之间，使泥质软岩受热后达到的强度为未受热前的2倍以上，并对其工程力学强度和加热强化参数进行测定；

步骤三：在泥质软岩掘进施工一个循环并采取临时支护后，将巷道围岩高温加热强化的装置布置在掘进工作面，在确定工作面无瓦斯、煤尘后及时对掘进工作面进行封闭；

步骤四：启动巷道围岩高温加热强化的装置，对掘进施工后的泥质软岩进行高温加热，加热温度在800℃～1200℃之间，在巷道内将电阻热棒调整至与巷道断面协调后，通过电能加热电阻热棒，电阻热棒将高温传递给泥质软岩；同时为了达到加热范围，对巷道断面进行钻孔，形成锚杆钻孔，将电阻热棒深入锚杆钻孔内，保障巷道内的围岩均受到高温加热，最后对其进行工程力学强度进行测定，直至加热区域泥质软岩达到步骤二中的工程力学强度，最终在巷道的泥质软岩上形成一层泥质软岩硬化体，在锚杆钻孔的周围形成钻孔硬化体；