解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型明涉及一種解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，適用于深埋硬巖地下工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]巖爆是深埋地下工程中圍巖的一種突然劇烈的破壞形式，是巖石中積累的勢(shì)能或應(yīng)變能的突然釋放導(dǎo)致的。深埋地下工程中的巖爆往往出現(xiàn)在一些特定地質(zhì)背景條件下，除了埋深和巖體完整性的基本條件相關(guān)以外，巖爆破壞往往與地質(zhì)構(gòu)造和斷裂相關(guān)。根據(jù)目前國(guó)際上的普遍共識(shí)，巖爆一般可以分為3種類型，即應(yīng)變型巖爆、斷裂型巖爆和巖柱型巖爆，其中對(duì)工程影響最突出的是斷裂型巖爆。
[0003]斷裂型巖爆最早在上世紀(jì)80年代初期被發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)，其中的滑移型機(jī)理被認(rèn)為是斷裂構(gòu)造受到高應(yīng)力作用以后發(fā)生滑移錯(cuò)動(dòng)、導(dǎo)致能量釋放沖擊圍巖，當(dāng)形成圍巖破壞時(shí)，稱為斷裂滑移型巖爆，其中的能量釋放被稱為微震事件。這是國(guó)際上普遍報(bào)道的一種巖爆類型，破壞力極大，主要是與剛性斷裂相關(guān)，與很多構(gòu)造地震發(fā)震原理相似地，這種剛性斷裂的某些部位(如起伏體等咬合部)等具備積累高應(yīng)力的條件，當(dāng)咬合部破壞時(shí)，斷裂發(fā)生滑移并釋放能量，所導(dǎo)致的巖爆即為斷裂滑移型巖爆。
[0004]根據(jù)上述巖爆的發(fā)生機(jī)理，對(duì)于巖爆風(fēng)險(xiǎn)的控制方法主要是降低應(yīng)力或能量集中程度，比如應(yīng)力解除爆破、應(yīng)力釋放孔、表面噴水等，但由于斷裂滑移型巖爆的預(yù)測(cè)難度高，技術(shù)難度較大，風(fēng)險(xiǎn)控制難度極高，國(guó)際上專門針對(duì)斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的解除工程實(shí)例極少，迫切需要相關(guān)的技術(shù)作為支撐。而在煤礦實(shí)踐中采用的高壓注水措施，其條件是煤層具有吸水性，能夠以軟化方式改變煤層特性，但與硬巖條件下的高壓注水有著不同的作用機(jī)理和使用條件；且目前國(guó)際上專門針對(duì)斷裂型巖爆的應(yīng)力解除工程實(shí)例極少，還沒有采用高壓注水措施的工程應(yīng)用實(shí)例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)上述存在問題，提供一種解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，通過高壓注水降低斷裂帶中圍巖應(yīng)力和能量的集中程度，有效解除巖爆風(fēng)險(xiǎn)。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，在掘進(jìn)隧洞的前方具有深埋地下圍巖的斷裂帶，其特征在于:從掘進(jìn)隧洞至斷裂帶鉆設(shè)2?3個(gè)與斷裂帶呈大角度相交的注水鉆孔，且所述注水鉆孔穿過斷裂I?2m ;注水鉆孔內(nèi)放置高壓注水鋼管并保證孔口段的注水鋼管長(zhǎng)度為2m，高壓注水鋼管的孔口端連接進(jìn)水管接口 ；在注水鉆孔的孔口部位設(shè)置密封橡膠圈，并在除斷裂帶附近以外的注水鉆孔與高壓注水鋼管之間用水泥漿封堵。
[0007]所述高壓注水鋼管遠(yuǎn)離孔口端平接有套管。
[0008]所述注水鉆孔的孔口部位設(shè)有定位環(huán)，定位環(huán)位于高壓注水鋼管與密封橡膠圈之間。
[0009]所述注水鉆孔直徑60mm，高壓注水鋼管直徑和套管直徑均為46mm，進(jìn)水管接口直徑 30mm。
[0010]所述大角度為60?120度。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提供的解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，通過高壓注水促使斷裂發(fā)生錯(cuò)動(dòng)以釋放積累的高能量，降低了巖爆風(fēng)險(xiǎn)，確保施工安全。此外，本實(shí)用新型在掘進(jìn)隧洞前方布置的高壓注水設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用，與其它巖爆風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)控制措施相比，極大地減少了人力物力成本，且簡(jiǎn)單有效。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的高壓注水孔的位置布置圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1、圖2所示，本實(shí)施例是一種解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，包括圍巖1、掘進(jìn)隧洞2、注水鉆孔3、高壓注水鋼管4、進(jìn)水管接口 5、套管6、密封橡膠圈7、水泥漿8和定位環(huán)9。
[0015]本實(shí)施例在深埋地下圍巖I中有一條水平方向的掘進(jìn)隧洞2，在隧洞的掘進(jìn)前方有一條與水平方向呈40?45度夾角的斜向斷裂帶I 一 1，為了降低斷裂型巖爆的風(fēng)險(xiǎn)，本例從掘進(jìn)隧洞2至圍巖I的斷裂帶I 一 I鉆設(shè)2個(gè)直徑60_、基本與斷裂帶垂直相交的注水鉆孔3，注水鉆孔的總長(zhǎng)度不宜超過20m且穿過斷裂帶I?2m ;將高壓注水鋼管4放置在注水鉆孔3內(nèi)，直徑為46mm，一般孔口段的高壓注水鋼管長(zhǎng)度為2m，該高壓注水鋼管的孔口端與直徑為30mm的進(jìn)水管接口 5連接，如果高壓注水鋼管4無(wú)法穿過斷裂帶I?2m的話，則需在該注水鋼管遠(yuǎn)離孔口端平接直徑同樣是46mm的套管6 ;為防止注水時(shí)水體滲漏，在注水鉆孔3的孔口部位設(shè)置密封橡膠圈7，并在除斷裂帶附近以外的注水鉆孔3與高壓注水鋼管4之間用水泥漿8封堵；在注水鉆孔3孔口部位的高壓注水鋼管4與密封橡膠圈7之間設(shè)置定位環(huán)9，以保證鉆孔能夠準(zhǔn)確穿過斷裂帶I一I。
[0016]下面是采用本高壓注水裝置解除巖爆風(fēng)險(xiǎn)的方法，步驟如下:
[0017]1、掘進(jìn)隧洞2斜向上鉆孔并穿過斷裂帶I?2m，鉆孔數(shù)量2?3個(gè)為宜，鉆孔長(zhǎng)度不宜超過20m，本實(shí)施例中采用2個(gè)鉆孔；
[0018]2、注水鉆孔3直徑60mm，高壓注水鋼管4直徑46mm，進(jìn)水管接口 5直徑30mm ；
[0019]3、高壓注水鋼管4孔口部位一般長(zhǎng)度為2m，如果無(wú)法保證穿過斷裂帶I?2m，則繼續(xù)增加套管6，套管直徑仍然要求為46mm ；
[0020]4、在孔口部位增加密封橡膠圈7，除在斷裂帶附近以外，注水鉆孔3的其它部位全部采用水泥漿8將注水鋼管和圍巖進(jìn)行封堵，以保證密封性，防止注水過程中的滲漏；
[0021]5、在孔口部位增加定位環(huán)9，以保證鉆孔能夠準(zhǔn)確穿過斷裂帶I 一 I ;
[0022]6、通過進(jìn)水管接口 5注入高壓水，促使斷裂發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，釋放積累的高能量，本實(shí)施例中滿足要求的水壓力為20MPa，可將斷裂張開0.12mm，選擇的壓力泵具備25MPa壓力下保持120L/min的注水能力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，在掘進(jìn)隧洞(2)的前方具有深埋地下圍巖(I)的斷裂帶(1-1)，其特征在于:從掘進(jìn)隧洞(2)至斷裂帶(1-1)鉆設(shè)2?3個(gè)與斷裂帶呈大角度相交的注水鉆孔(3)，且所述注水鉆孔穿過斷裂帶(I 一 I) I?2m ;注水鉆孔(3)內(nèi)放置高壓注水鋼管(4)并保證孔口段的注水鋼管長(zhǎng)度為2m，高壓注水鋼管(4)的孔口端連接進(jìn)水管接口(5);在注水鉆孔(3)的孔口部位設(shè)置密封橡膠圈(7)，并在除斷裂帶附近以外的注水鉆孔⑶與高壓注水鋼管⑷之間用水泥漿⑶封堵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，其特征在于:所述高壓注水鋼管(4)遠(yuǎn)離孔口端平接有套管(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，其特征在于:所述注水鉆孔(3)的孔口部位設(shè)有定位環(huán)(9)，定位環(huán)位于高壓注水鋼管(4)與密封橡膠圈(7)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，其特征在于:所述注水鉆孔(3)直徑60_，高壓注水鋼管(4)直徑和套管(6)直徑均為46_，進(jìn)水管接口(5)直徑 30_。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，其特征在于:所述大角度為60?120度。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置。本實(shí)用新型的目的是提供一種解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，通過高壓注水降低斷裂帶中圍巖應(yīng)力和能量的集中程度，有效解除巖爆風(fēng)險(xiǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種解除斷裂滑移型巖爆風(fēng)險(xiǎn)的高壓注水裝置，在掘進(jìn)隧洞的前方具有深埋地下圍巖的斷裂帶，從掘進(jìn)隧洞至斷裂帶鉆設(shè)2～3個(gè)與斷裂帶呈大角度相交的注水鉆孔，注水鉆孔穿過斷裂1～2m；注水鉆孔內(nèi)放置高壓注水鋼管并保證孔口段的注水鋼管長(zhǎng)度為2m，高壓注水鋼管的孔口端連接進(jìn)水管接口；在注水鉆孔的孔口部位設(shè)置密封橡膠圈，在除斷裂帶附近以外的注水鉆孔與高壓注水鋼管之間用水泥漿封堵本實(shí)用新型適用于深埋硬巖地下工程領(lǐng)域。
【IPC分類】E21D9-00, E21F17-00
【公開號(hào)】CN204457782
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520007473
【發(fā)明人】劉寧, 周曉明, 房郭敏, 王恒樂
【申請(qǐng)人】中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年1月5日