CN104847363A - 大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群施工方法，包括以下步骤：（1）煤层超长超前钻探及层位控制，采用100m超长超前钻孔技术探测掌子面前方地质情况，准确判断前方地层有无煤层、溶洞、积水、瓦斯等不良地质；（2）近距离突出煤层群突出危险性分层预测可靠评价指标：确定采用瓦斯含量Q值作为近距离突出煤层群突出危险性预测指标，进行突出危险性预测判定，判明施工环境是否安全；本发明能确保大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群安全施工，实现了大断面隧道安全、快速穿越近距离瓦斯突出煤层群的目标。

Description

大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群施工方法

技术领域

本发明属于一种施工方法，具体是一种大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群地段瓦斯防突的施工方法。

背景技术

随着国家高速公路建设力度的不断加强，一些高速公路隧道穿越煤系地层（包括直接穿越一层或多层煤、穿越含瓦斯围岩、穿越老窑采空区）时瓦斯涌出、煤与瓦斯突出等瓦斯动力现象出现越来越频繁，高速公路隧道瓦斯灾害日趋严重。目前穿近距离突出煤层群高速公路隧道瓦斯灾害（包括瓦斯窒息、爆炸、瓦斯突出等）已严重制约着高速公路隧道安全高效施工，而我国穿近距离突出煤层群高速公路瓦斯隧道施工尚缺乏符合公路大断面瓦斯隧道自身特点的瓦斯治理经验。

发明内容

本发明的目的是提供一种大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群地段的施工方法，选用本方法施工，能确保大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群安全施工，实现了大断面隧道安全、快速穿越近距离瓦斯突出煤层群的目标。

本发明的技术方案如下：

大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群施工方法，包括以下步骤：

（1）煤层超长超前钻探及层位控制

采用大功率防爆型全液压钻机在掌子面施工4个φ75mm钻孔，钻孔深度大于100m，根据钻进速度、压力、孔内声音、瓦斯涌出情况、钻屑、出水量、孔内钻杆长度，按照三点定面原理判明前方煤层位置、煤层厚度、积水、瓦斯、溶洞、暗河情况，根据判明成果，制定施工方案进行掘进；

（2）近距离突出煤层群突出危险性分层预测可靠评价

采用瓦斯含量Q作为近距离突出煤层群突出危险性分层预测指标，预测隧道前方预揭穿煤层的突出危险性，瓦斯含量Q的临界指标值为8m³/t，即区域预测测得瓦斯含量Q小于8m³/t，则判定该区域为无突出危险区，否则为突出危险区，判明为瓦斯突出危险性区域的，制定相应消突措施施工，确保揭煤安全，掌子面推进至距离煤层法向距离10m时，施工5个钻孔，取样测定瓦斯含量Q进行突出危险性判断；

（3）大断面近距离突出煤层群分组一次性消突

预测为有突出危险，必须停止掘进，实施瓦斯抽放进行消突，对煤层进行分组，间距较近的煤层划分为一组，实现一次性消突，距煤层的最小法向距离8m位置处打设Φ75mm的抽放孔，孔间距3.0m，孔深不小于15m，孔内安设抽放管，将抽放管连接在距离掌子面20m处的抽放设备上，通过洞外的抽放泵将煤层中的瓦斯抽放排出洞外，消除瓦斯突出危险性，钻孔的最小控制范围是：隧道揭煤处巷道轮廓线外5m，抽放时间为30d；煤层较厚时根据瓦斯赋存情况确定重叠米数，施工下一循环，直至效果检验后该煤层无突出危险性；

（4）围岩加固及瓦斯隔离一体化控制

沿隧道轮廓线周边布设φ108注浆孔，间距100cm，外倾角控制在5°~10°，注浆孔前段安设直径108mm*4mm套管，套管长3m，孔口外露20~30cm，注浆孔掌子面以隧道中轴伞状布置，注浆范围为隧道开挖线以外100cm，隧道范围内应穿透煤层50cm，套管段采用直径115mm钻头成孔，后续注浆段采用直径75mm钻头成孔，在孔内注入1：1硅基脲酸脂材料，压力0.2~0.5Mpa，硅基脲酸脂渗透于煤体裂隙和孔隙之中，与煤粘合成胶结物，形成厚2m的固化隔离墙，产生加固和封堵效果；

（5）隧道数字化瓦斯远程监测

利用隧道端瓦斯监控、巡检系统、隧道端数据上传接口软件、中心端瓦斯监控及巡检联网综合系统、中心端数据解析软件等组成的监控系统，进行瓦斯自动监控、人工检测及人员定位的综合监测，实现数据上传、声光报警、设备自动断电、数据查询，实现管理者远程监控，当隧道内某一点出现瓦斯超限时，系统第一时间以手机短信形式将预警信息发送至相关管理领导手机上，第一时间做出决策，能有效的防止瓦斯超限事故引发瓦斯爆炸事故。

附图说明

图1为超长超前探孔布置图。

图2 为突出煤层群分组一次性消突抽放孔布置图。

图3为围岩加固及瓦斯隔离施工钻孔图。

具体实施方式

参见附图，大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群施工方法，包括以下步骤：

（1）煤层超长超前钻探及层位控制

采用大功率防爆型全液压钻机在掌子面施工4个φ75mm钻孔1，钻孔深度大于100m，根据钻进速度、压力、孔内声音、瓦斯涌出情况、钻屑、出水量、孔内钻杆长度，按照三点定面原理判明前方煤层位置、煤层厚度、积水、瓦斯、溶洞、暗河情况，根据判明成果，制定施工方案进行掘进；

（2）近距离突出煤层群突出危险性分层预测可靠评价

采用瓦斯含量Q作为近距离突出煤层群突出危险性分层预测指标，预测隧道2前方预揭穿煤层的突出危险性，瓦斯含量Q的临界指标值为8m³/t，即区域预测测得瓦斯含量Q小于8m³/t，则判定该区域为无突出危险区，否则为突出危险区，判明为瓦斯突出危险性区域的，制定相应消突措施施工，确保揭煤安全，掌子面推进至距离煤层法向距离10m时，施工5个钻孔，取样测定瓦斯含量Q进行突出危险性判断；

（3）大断面近距离突出煤层群分组一次性消突

预测为有突出危险，必须停止掘进，实施瓦斯抽放进行消突，对煤层进行分组，间距较近的煤层划分为一组，实现一次性消突，距煤层的最小法向距离8m位置处打设Φ75mm的抽放孔3，孔间距3.0m，孔深不小于15m，孔内安设抽放管，将抽放管连接在距离掌子面20m处的抽放设备上，通过洞外的抽放泵将煤层中的瓦斯抽放排出洞外，消除瓦斯突出危险性，钻孔的最小控制范围是：隧道揭煤处巷道轮廓线外5m，抽放时间为30d；煤层较厚时根据瓦斯赋存情况确定重叠米数，施工下一循环，直至效果检验后该煤层无突出危险性；

（4）围岩加固及瓦斯隔离一体化控制

沿隧道轮廓线周边布设φ108注浆孔4，间距100cm，外倾角控制在5°~10°，注浆孔前段安设直径108mm*4mm套管，套管长3m，孔口外露20~30cm，注浆孔掌子面以隧道中轴伞状布置，注浆范围为隧道开挖线5以外100cm，隧道范围内应穿透煤层50cm，套管段采用直径115mm钻头成孔，后续注浆段采用直径75mm钻头成孔，在孔内注入1：1硅基脲酸脂材料，压力0.2~0.5Mpa，硅基脲酸脂渗透于煤体裂隙和孔隙之中，与煤粘合成胶结物，形成厚2m的固化隔离墙，产生加固和封堵效果；

（5）隧道数字化瓦斯远程监测

利用隧道端瓦斯监控、巡检系统、隧道端数据上传接口软件、中心端瓦斯监控及巡检联网综合系统、中心端数据解析软件等组成的监控系统，进行瓦斯自动监控、人工检测及人员定位的综合监测，实现数据上传、声光报警、设备自动断电、数据查询，实现管理者远程监控，当隧道内某一点出现瓦斯超限时，系统第一时间以手机短信形式将预警信息发送至相关管理领导手机上，第一时间做出决策，能有效的防止瓦斯超限事故引发瓦斯爆炸事故。

本发明能确保大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群安全施工，实现了大断面隧道安全、快速穿越近距离瓦斯突出煤层群的目标。

Claims (1)

1.大断面隧道穿越近距离瓦斯突出煤层群施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）煤层超长超前钻探及层位控制

采用大功率防爆型全液压钻机在掌子面施工4个φ75mm钻孔，钻孔深度大于100m，根据钻进速度、压力、孔内声音、瓦斯涌出情况、钻屑、出水量、孔内钻杆长度，按照三点定面原理判明前方煤层位置、煤层厚度、积水、瓦斯、溶洞、暗河情况，根据判明成果，制定施工方案进行掘进；

（2）近距离突出煤层群突出危险性分层预测可靠评价

采用瓦斯含量Q作为近距离突出煤层群突出危险性分层预测指标，预测隧道前方预揭穿煤层的突出危险性，瓦斯含量Q的临界指标值为8m³/t，即区域预测测得瓦斯含量Q小于8m³/t，则判定该区域为无突出危险区，否则为突出危险区，判明为瓦斯突出危险性区域的，制定相应消突措施施工，确保揭煤安全，掌子面推进至距离煤层法向距离10m时，施工5个钻孔，取样测定瓦斯含量Q进行突出危险性判断；

（3）大断面近距离突出煤层群分组一次性消突

预测为有突出危险，必须停止掘进，实施瓦斯抽放进行消突，对煤层进行分组，间距较近的煤层划分为一组，实现一次性消突，距煤层的最小法向距离8m位置处打设Φ75mm的抽放孔，孔间距3.0m，孔深不小于15m，孔内安设抽放管，将抽放管连接在距离掌子面20m处的抽放设备上，通过洞外的抽放泵将煤层中的瓦斯抽放排出洞外，消除瓦斯突出危险性，钻孔的最小控制范围是：隧道揭煤处巷道轮廓线外5m，抽放时间为30d；煤层较厚时根据瓦斯赋存情况确定重叠米数，施工下一循环，直至效果检验后该煤层无突出危险性；

（4）围岩加固及瓦斯隔离一体化控制

沿隧道轮廓线周边布设φ108注浆孔，间距100cm，外倾角控制在5°~10°，注浆孔前段安设直径108mm*4mm套管，套管长3m，孔口外露20~30cm，注浆孔掌子面以隧道中轴伞状布置，注浆范围为隧道开挖线以外100cm，隧道范围内应穿透煤层50cm，套管段采用直径115mm钻头成孔，后续注浆段采用直径75mm钻头成孔，在孔内注入1：1硅基脲酸脂材料，压力0.2~0.5Mpa，硅基脲酸脂渗透于煤体裂隙和孔隙之中，与煤粘合成胶结物，形成厚2m的固化隔离墙，产生加固和封堵效果；

（5）隧道数字化瓦斯远程监测

利用隧道端瓦斯监控、巡检系统、隧道端数据上传接口软件、中心端瓦斯监控及巡检联网综合系统、中心端数据解析软件等组成的监控系统，进行瓦斯自动监控、人工检测及人员定位的综合监测，实现数据上传、声光报警、设备自动断电、数据查询，实现管理者远程监控，当隧道内某一点出现瓦斯超限时，系统第一时间以手机短信形式将预警信息发送至相关管理领导手机上，第一时间做出决策，能有效的防止瓦斯超限事故引发瓦斯爆炸事故。