[發明專利]一種化學破巖介質及化學輔助破巖方法

有效

• 申請號: 202111041471.3
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113738378B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 鄭靖;聶佳輝;吳志鑫;周仲榮;雷磊;王朝暉;段文軍;李建斌
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/10;E21B7/00;C09K8/68;C09K8/74
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

本發明公開了一種化學破巖介質及化學輔助破巖方法，涉及破巖領域。所述的化學破巖介質以重量百分數計的組成如下：乙二胺四乙酸二鈉0.625％～2.5％、植酸0.0025％～0.01％、KOH 0.25％～1％，余者為水；其中，乙二胺四乙二酸鈉純度≧99.5%；植酸純度70%；氫氧化鉀純度≧85%。本發明提供的化學輔助破巖方法，通過安全、環保，高效的化學破巖介質，弱化巖石的力學性能，進而提高刀具破巖效率，減少掘進刀具在破巖過程中的磨損與斷裂問題，在破巖領域極具應用前景。

技術領域

本發明涉及破巖領域，特別是一種化學破巖介質及化學輔助破巖方法。

背景技術

我國在建地下工程眾多、地質結構復雜，是世界上掘進機需求量最大的國家之一。然而，硬巖破碎困難、掘進效率低，仍是制約我國掘進裝備發展的瓶頸問題，亟需提高裝備的掘進效率，攻克深部復雜巖體高效破巖等關鍵技術。

隧道掘進、石油鉆井等破巖作業多通過刀具在巖石表面的滾壓、切削等運動，使巖石產生裂紋，裂紋擴展并相互貫通，形成較大的片狀巖屑剝落。巖石種類繁多，大多硬度高且磨蝕性極強，通常刀具難以侵入巖石，導致刀具在巖-刀界面進行無效摩擦，刀具磨損嚴重，破巖效率低，大大增加了施工時間和施工成本。

針對巖石硬度高、磨蝕性強導致破巖刀具磨損嚴重、掘進效率低的問題，現有研究主要從刀具性能提升和外加輔助場破巖兩個方面進行改進。

刀具性能提升主要通過刀具的刃形設計和材料改性來提高破巖刀具的耐磨性能與破巖效率。然而，巖石的非均質性、高磨蝕性和高硬度等固有理化性質使得刀具的破巖性能很難通過刃形設計和材料改性得到大幅提升。

通過輔助手段誘發或者增加巖石表面的結構缺陷，可以有效弱化巖石力學性能，降低巖石磨蝕性，進而減輕刀具磨損、提高破巖效率?，F有研究主要通過水射流、激光、微波等物理手段弱化巖石力學性能。這些輔助方法在技術上可行，然而，現場使用這些方法的主要問題是能耗可能高達10倍以上，并且物理輔助破巖技術均是通過附加裝置在巖石表面產生外加應力場或者熱場，現有設備存在穩健性問題；同時，關于利用化學手段輔助巖石破碎的研究鮮有報道，僅有的少數案例是采用強酸、強堿腐蝕巖石，使巖石表面產生缺陷，達到弱化巖石力學性能的目的，但強酸、強堿會腐蝕破巖刀具、污染環境，在實際施工中受到很大限制。

中國專利文獻有如下公開：“一種化學軟化巖石使綜采工作面通過陷落柱的方法”（CN 102720497 B）。

在陷落柱巖石中鉆孔，注入HC1和CaCl₂的混合溶液，陷落柱巖石標準試件在該化學溶液中的浸泡時間為10~20天。利用化學溶液對陷落柱巖石礦物成分的溶解、溶蝕作用，改變陷落柱巖石的內部結構，減小陷落柱巖石顆粒間作用力，降低陷落柱巖石內部的黏結力，從而弱化陷落柱巖石的力學強度，使得陷落柱巖石軟化。該方法中軟化巖石的化學溶液呈強酸性，對破巖刀具和設備具有強腐蝕性，并存在環境污染問題。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種對破巖刀具無腐蝕性、且能迅速弱化巖力學性能的化學破巖介質。

本發明的目的是這樣實現的：

一種弱化巖石力學性能的化學破巖介質，以重量百分數計的組成如下：乙二胺四乙酸二鈉0.625％～2.5％、植酸0.0025％～0.01％、KOH 0.25％～1％，余者為水。其中，乙二胺四乙酸二鈉純度≧99.5%；植酸純度70%；氫氧化鉀純度≧85%。一種弱化巖石力學性能的化學破巖介質，所述乙二胺四乙酸二鈉1.8％、植酸0.007％、KOH 0.27％，余者為水。

本發明的又一目的是提供采用上述一類化學破巖介質的化學輔助破巖方法。

本發明的又一目的是這樣實現的：一種基于化學破巖介質的化學輔助破巖方法，包括以下步驟：

a、配制對巖石力學性能高效弱化作用的環保型化學介質；