[发明专利]一种基于水力压裂的硬岩巷道或隧道快速连续掘进方法

说明书

本发明公开了一种基于水力压裂的硬岩巷道或隧道快速连续掘进方法，涉及硬岩巷（隧）道掘进技术领域。可以有效降低硬岩巷（隧）道内部岩体的强度，在不使用爆破掘进的前提下，实现掘进机的快速连续性掘进，且由于岩体强度的降低，掘进机截齿使用寿命延长，掘进效率和质量得到提高，且为井下安全的工作环境提供了保障。按以下步骤进行；S1、确定水力压裂钻孔的长度以及布置方式；S2、对矿体进行钻孔；S3、进行水力压裂；S4、利用掘进机对硬岩巷道或隧道机械切割掘进。使用该种掘进方法可以快速且连续地掘进硬岩巷（隧）道；可以减免盾构机使用的高昂费用，降低掘进成本。

技术领域

本发明涉及硬岩巷（隧）道掘进技术领域，具体涉及一种采用水力压裂硬岩巷（隧）道快速连续掘进方法。

背景技术

掘进工作高效且安全的进行是矿山掘进或隧道开挖整体水平与效率的重要保障。在当前，矿山掘进工程的主要施工手段包括凿岩爆破、掘进通风、岩石装运和支护等，隧道的开挖主要依靠盾构机及其配套设备进行。其中，爆破掘进法存在工序多、安全性低、掘进效率低等缺点，而盾构机等设备高昂的价格以及其庞大体积难以移运，增加了隧道开挖的成本。矿山井下爆破掘进过程在掘进工作面会产生大量的爆破烟尘和砂尘，由于掘进工作面通风不畅，烟尘和砂尘易积聚，污染工作面环境，对井下工作人员造成安全与健康问题；另一方面，掘进机在对硬岩巷（隧）道掘进时，高强度的硬岩巷（隧）道会加快机械设备磨损，影响经济效益。

因此，无论是采用钻爆法掘进还是掘进机掘进，都存在一定问题，钻爆式掘进法掘进成本较高，且存在一定安全隐患，掘进工作面通风时间长，影响掘进进度；掘进机掘进难以破裂高强度的硬岩巷（隧）道，掘进机截齿损耗大。将目前的巷（隧）道掘进方法用于巷道掘进或隧道开挖工程存在着一定的局限性。

具体来说，现有技术掘金设备中，常用的悬臂纵轴式掘进机由于其结构简单、工作灵活，在井下巷道施工中被广泛应用。但悬臂纵轴式掘进机的截割部破岩性能受巷（隧）道岩体强度的影响，而截割部破岩的效率和质量又直接影响到掘进机的工作效率和破岩比能耗，巷（隧）道内部岩体强度越大，掘进机的工作效率越低，且截割部易受损，因此直接使用悬臂纵轴式掘进机进行掘进并不可靠。

总的来说，如采用现有的掘进方法对硬岩巷（隧）道进行掘进，将带来以下问题：1）爆破式掘进方式掘进工作面烟尘和砂尘量大，爆破产生的有害气体危害人员健康，长时间的通风影响掘进效率，且有害气体不易完全排放，残留的有害气体仍会对工作人员的健康产生不利影响；2）爆破的发生对巷（隧）道的应力环境发生强烈扰动，对周边巷道以及地表易引发周边巷道变形及地表塌陷等灾害；3）掘进机掘进硬岩巷（隧）道的过程中，掘进机截割部的截齿易损坏，使用寿命短，且掘进速度受岩体强度影响降低，影响掘进效率。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种基于水力压裂的硬岩巷道或隧道快速连续掘进方法，可以有效降低硬岩巷（隧）道内部岩体的强度，在不使用爆破掘进的前提下，实现掘进机的快速连续性掘进，且由于岩体强度的降低，掘进机截齿使用寿命延长，掘进效率和质量得到提高，且为井下安全的工作环境提供了保障。

本发明的技术方案为：按以下步骤进行：

S1、确定水力压裂钻孔的长度以及布置方式；

S1.1、根据待掘进岩体的RQD值以及预设的掘进深度确定钻孔的深度；RQD≥75%，钻孔深度为预设掘进深度的70%-80%；75%＞RQD≥50%，钻孔深度为预设掘进深度的60%-70%；50%＞RQD≥25%，钻孔深度为预设掘进深度的55%-60%；25%＞RQD≥0，钻孔深度为预设掘进深度的50%-55%。

S1.2、根据硬岩巷道或隧道工作面处最小地应力方向以及节理裂隙发育情况，确定钻孔的布置方式；