CN110863858B - 非煤系地层隧道高压有害气体防突控制程序及防突方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非煤系地层隧道高压有害气体防突控制程序及防突方法，属于隧道施工技术领域。一种非煤系地层隧道高压有害气体防突控制程序及卸压防突方法，其特征是：采用物探、超前钻探的方法探测隧道掌子面前方有害气体赋存位置，通过测量有害气体类型、含量、涌出量、浓度、压力，进行有害气体突出危险性预测，对突出风险采取向探孔中注入生石灰水的防突措施。本发明可以施工工作面前方施工段落的有害气体进行可靠的突出危险性预测，其预测准确性高，通过对有突出危险的位置采取向探孔中注入生石灰水的防突措施，可快速降低有害气体浓度，达到卸压降毒作用，并且利用高压水通过围岩裂隙渗透，可挤出部分有害气体，可减小有害气体气囊压力。
Description
技术领域
本发明涉及一种非煤系地层隧道高压有害气体防突控制程序及卸压防突方法，属于隧道施工技术领域。
背景技术
随着我国经济社会的快速发展，铁路、公路、市政等基础建设的逐步推进，交通设施逐步向地质复杂的偏远山区延伸，隧道工程数量随之增加，山岭地区隧道地质条件越来越复杂，涌水、突泥、瓦斯、断层破碎带等多种不良地质发育，安全风险极大。隧道有害气体问题逐步成为影响隧道施工、运营安全的主要因素之一。
在隧道建设中，非煤系地层隧道非爆炸引起的有害气体突出目前尚未查阅到相关记载。
目前，随着隧道工程数量的不断增加，隧道施工中，在非煤系地层揭示出部分有毒有害气体，非煤系地层有害气体成分相对煤系地层瓦斯隧道更加复杂，以硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氨气(NH3)、二氧化硫(SO2)等气体为主。在非煤系地层发生高压有害气体突出，为一种新型的地质灾害，其超出了目前地质勘察技术认知水平，给隧道的施工、运营安全带来了极大的威胁。目前对非煤系地层有害气体隧道施工尚并未形成系统有效可推广经验。因此，在非煤系地层有害气体隧道施工过程中，预测高压有害气体的赋存状态和最大限度的降低有害气体的含量和压力，对保障隧道施工安全具有极其重要的作用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种一种非煤系地层隧道高压有害气体防突控制程序及卸压防突方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种非煤系地层隧道高压有害气体防突控制程序及卸压防突方法，其特征是：采用物探、超前钻探的方法探测隧道掌子面前方有害气体赋存位置，通过测量有害气体类型、含量、涌出量、压力、浓度，进行有害气体突出危险性预测，对突出风险采取向探孔中注入生石灰水的防突措施。
本发明是采用物探、超前钻探探测有害气体赋存位置，通过检测有害气体的相关参数，进行有害气体突出危险性预测，对有突出风险的及时采取向探孔中注入生石灰水的防突措施，通过生石灰水与硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)等酸性气体中和反应，快速降低有害气体浓度，达到卸压降毒作用，另一方面，高压水通过围岩裂隙渗透，可挤出部分有害气体，可减小有害气体气囊压力。
进一步的，采用如下步骤进行高压有害气体防突控制：(1)在分析区域地质资料的基础上，采用地震波反射法、地质雷达法、瞬变电磁法的物探方法从宏观上分析隧道掌子面前方围岩完整性、节理裂隙、空腔位置，初步判断是否存在有害气体富集的可能性；(2)对发现的不良地质体、物探异常部位进行钻探法验证，进一步探测掌子面前方及周边不良地质情况，检测钻孔孔口有无有害气体逸出；(3)根据物探、钻探和监测有害气体逸出的部位，推断可能存在有害气体富集的范围，测定该范围内的探孔内有害气体类型、含量、浓度、压力、涌出量，进行有害气体突出危险性预测；(4)根据上一步的有害气体突出危险性预测结果，当无突出风险时，在安全措施保证下组织正常施工，当存在有害气体突出风险时，编制实施性防突设计；(5)根据编制的实施性防突设计实施所述防突措施；(6)进行防突措施效果检查，当检查措施效果有效时，在安全措施保证下组织施工，当检查效果无效时，采取补救措施，并再次检查措施效果，直至排除有害气体气体突出风险后，在安全措施保证下组织施工。
进一步的，所述钻探法包括超前水平钻探法、加深炮孔法、径向探孔法。
进一步的，采用钻探法验证的步骤是：(1)利用钻机在隧道开挖工作面进行长距离钻探，探测有害气体的段落、位置，单孔长度为30m，探测孔25m一个循环，立角1°～3°，相邻探测孔之间的搭接长度为5m；(2)根据长距离钻探探测的有害气体的段落、位置，采用加深炮孔探测，炮孔长度较循环进尺深3m以上，每次爆破进尺不超过3m，外插角21°；(3)在超前钻孔监测存在有害气体时，采用风枪探孔对隧道周边及基底采用径向探孔法进行探测，探孔深度5m，断面环向间距5m，每个断面布置10个探孔。
进一步的，采用如下步骤进行高压有害气体的卸压防突：(1)在确定的有害气体赋存位置，利用既有钻孔作为注水孔或利用风钻或潜孔钻钻出注水孔；(2)利用注水设备向所述注水孔内注入生石灰水，注水压力为10MPa，当无法继续向内压注或注水孔周围钻孔有渗水时，停止压注。
本发明的有益效果是：本发明通过采用物探、超前钻探探测有害气体赋存位置，通过检测有害气体的相关参数，对有害气体进行突出危险性预测，通过对突出风险及时采取向探孔中注入生石灰水的防突措施，利用生石灰水与有害气体进行中和反应，可快速降低有害气体浓度，达到卸压降毒作用，另一方面，高压水通过围岩裂隙渗透，可挤出部分有害气体，可减小有害气体气囊压力。本发明具有操作简单、效果明显、成本低等特点。
附图说明
图1是本发明中的非煤系地层隧道高压有害气体防突控制程序图；
图2是本发明具体实施方式中的高压注生石灰水系统示意图；
图中，1、搅拌机，2、生石灰水，3、加压泵，4、泄压阀，5、水表,6、封孔器。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
本实施例所实施的非煤系地层为花岗质糜棱岩。
如附图所示，一种非煤系地层隧道高压有害气体防突控制程序及卸压防突方法，其是采用物探、超前钻探的方法探测隧道掌子面前方有害气体赋存位置，通过测量有害气体类型、含量、涌出量、浓度、压力，进行有害气体突出危险性预测，对突出风险采取向探孔中注入生石灰水的防突措施。
具体实施步骤如下：
步骤1：采用地震波反射法(TSP法)、地质雷达法、瞬变电磁法等物探手段对前方地质情况进行预报。TSP法一般每100m施作一次，当有异常情况时适当加密测试频率，连续预报前后两应重叠10m以上。地质雷达一般探测前方距离约10～30m，连续预报时前后两次重叠长度应在5m以上。瞬变电磁每次预报长度80～100m，前后两次搭接长度不小于25m。
步骤2：在地质调查法和物探法预报基础上，对发现的不良地质体、物探异常部位重点进行钻探法验证，进一步探测掌子面前方及周边不良地质情况，检测孔口是否有有害气体逸出。钻探法采用长距离钻探(超前水平钻)+短距离钻探(加深炮孔)方法+周边钻探(径向探孔)。具体实施方法如下：
(1)利用钻机在隧道开挖工作面进行长距离钻探，探测孔25m一个循环，单孔长度为30m左右，立角1°～3°，相邻探测孔之间的搭接长度为5m。探孔根据物探结果，一般布置2～4个，探孔布置在隧道中心和周边位置，当超前地质钻孔存在异常情况时，结合预测结果判释，可加密钻孔或加深钻孔。
(2)根据长距离钻探探测的有害气体的段落、位置，采用加深炮孔探测。每次开挖前，在隧道开挖工作面周边用6m钻杆钻5～8个小孔径浅孔进行超前探测。炮孔长度应较循环进尺深3m以上。每次爆破进尺不得超过3m，外插角21°，使工作面始终保持3m的安全岩盘。钻孔的数量根据物探、长距离钻孔探测的有害气体的段落、位置及检测有害气的浓度确定。
(3)在超前钻孔监测存在有害气体时，采用风枪探孔对隧道周边及基底(仰拱开挖后)采用径向探孔进行探测。探孔深度5m，断面环向间距5m，每个断面10个，均匀分布于隧道周边。
钻孔均采用水钻，在钻探过程中，及时记录钻进的时间、速度、压力、冲洗液的颜色、成分；仔细观察是否有气体逸出现象，是否有卡钻、顶钻、气体喷出等动力现象，并做好记录。钻孔过程中实时监测钻孔内气体浓度、压力，随时做出准确预报，一旦发现存在高压有害气体，利用防喷封孔器及时封堵钻孔，为工作人员及时撤离和处理提供缓冲时间。
步骤3：根据物探、钻探和监测有害气体逸出的部位，推断可能存在有害气体富集的范围，测定各类探孔内有害气体类型、含量、浓度、压力、涌出量等相关参数并对突出危险性进行判定。预测孔布置、参数测试方法、危险性预判标准参照煤矿及瓦斯隧道相关规定执行。
步骤4：根据上一步的有害气体突出危险性预测结果，当无突出风险时，在安全措施保证下组织正常施工；当存在高压或高浓度有害气体时，根据有害气体赋存位置，进行压注生石灰水实施方案设计，即编制实施性防突设计。采用钻孔排放和高压注生石灰水方法卸压降毒，实现卸压防突效果。高压注生石灰水方法和步骤如下：
(1)利用风钻或潜孔钻，采用42～76mm螺旋叶片钻杆施工注水孔，注水孔也可利用既有的钻探孔。
(2)现场安装搅拌机、加压泵、卸压阀、水表、封孔器等高压注水设备。
(3)进行现场压注试验，保证压力可达到10MPa。
(4)启动搅拌机，按比例加入生石灰，并搅拌均匀后经加压泵开始压注生石灰水，测试并记录压注的水量、压力和对应时间，当无法继续向内压注或注水孔周围钻孔(岩体裂隙)有渗水时，停止压注。
步骤5：有害气体防突措施实施后，进行防突措施效果检验，以确认是否有效，当检验结果的指标在有害气体突出危险临界值以下，则认为防突措施有效，否则认为防突措施无效，应采取补救措施，例如再次压注石灰水等，并再次检查措施效果，直至排除有害气体气体突出风险。
步骤6：通过以上步骤，确保隧道掌子面及前方有害气体无突出风险后，采取必要防护措施后，组织隧道开挖作业。
本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。
Claims (1)
1.一种非煤系地层隧道高压有害气体防突方法，其特征是：采用物探、超前钻探的方法探测隧道掌子面前方有害气体赋存位置，通过测量有害气体类型、含量、涌出量、浓度、压力，进行有害气体突出危险性预测，对突出风险采取向探孔中注入生石灰水的防突措施；采用如下步骤进行高压有害气体防突控制：(1)在分析区域地质资料的基础上，采用地震波反射法、地质雷达法、瞬变电磁法的物探方法从宏观上分析隧道掌子面前方围岩完整性、节理裂隙、空腔位置，初步判断是否存在有害气体富集的可能性；(2)对发现的不良地质体、物探异常部位进行钻探法验证，进一步探测掌子面前方及周边不良地质情况，检测钻孔孔口有无有害气体逸出；(3)根据物探、钻探和监测有害气体逸出的部位，推断可能存在有害气体富集的范围，测定该范围内的探孔内有害气体类型、含量、浓度、压力、涌出量，进行有害气体突出危险性预测；(4)根据上一步的有害气体突出危险性预测结果，当无突出风险时，在安全措施保证下组织正常施工，当存在有害气体突出风险时，编制实施性防突设计；(5)根据编制的实施性防突设计实施所述防突措施；(6)进行防突措施效果检查，当检查措施效果有效时，在安全措施保证下组织施工，当检查效果无效时，采取补救措施，并再次检查措施效果，直至排除有害气体气体突出风险后，在安全措施保证下组织施工；
采用钻探法验证的步骤是：(1)利用钻机在隧道开挖工作面进行长距离钻探，探测有害气体的段落、位置，单孔长度为30m，探测孔25m一个循环，立角1°～3°，相邻探测孔之间的搭接长度为5m；(2)根据长距离钻探探测的有害气体的段落、位置，采用加深炮孔探测，炮孔长度较循环进尺深3m以上，每次爆破进尺不超过3m，外插角21°；(3)在超前钻孔监测存在有害气体时，采用风枪探孔对隧道周边及基底采用径向探孔法进行探测，探孔深度5m，断面环向间距5m，每个断面布置10个探孔；
采用如下步骤进行高压有害气体的卸压防突：(1)在确定的有害气体赋存位置，利用既有钻孔作为注水孔或利用风钻或潜孔钻钻出注水孔；(2)利用注水设备向所述注水孔内注入生石灰水，注水压力为10MPa，当无法继续向内压注或注水孔周围钻孔有渗水时，停止压注。
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| 深埋长隧道有害气体的预测与防治;任光明等;《中国地质灾害与防治学报》;20011230;第64-66页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110863858A (zh) | 2020-03-06 |
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