CN111119983B - 隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法 - Google Patents

隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法 Download PDF

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Abstract

一种隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法。其包括洞口封闭、洞内气体检测、洞外打设地质探孔、瓦斯燃烧熄灭、封闭掌子面、开设钻场、施工超前探孔、加固支护处理和继续开挖等步骤。本发明提供的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法具有如下优点：能够快速、有效、安全处理瓦斯喷出燃烧的突发施工难题，节约了施工成本，为后续瓦斯洞段开挖施工创造了条件，可避免因长时间停工而影响工程进度的问题，并且对出现类似工程问题的解决具有一定借鉴意义和推广价值。

Description

隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法
技术领域
本发明属于隧洞施工技术领域，特别是涉及一种隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法。
背景技术
瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体，其主要成分为CH4，有时还包括CO、CO2、H2S等有害气体。瓦斯极易燃烧，但不能自燃，当与空气混合到一定浓度时，遇火源能燃烧或爆炸。瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的裂缝、孔隙之中，其量大小决定于贮存空间的体积、压力和温度。瓦斯喷出时带有一定的压力，因此不停地从煤层或岩层的暴露面空隙中向外喷出，喷出的时间有长有短，通常有较大的响声和压力。当空间内瓦斯浓度大于3％小于5％时，由于混合气体中的氧气浓度较大，遇火燃烧，会引起火灾危险，同时，高能量的点燃源可引起瓦斯空气混合气体产生爆炸，因此对施工作业人员、机械设备存在较大威胁和危害。
在地下隧洞施工过程中发生瓦斯喷出燃烧时通常采用的处理办法是在燃烧点一定范围内砌筑密闭隔离防火墙，形成密闭空间，以减少瓦斯燃烧所需氧气，或向密闭空间内注入氮气等惰性气体，使火焰熄灭。此方法处理时间较长，影响施工工期，且后续施工对瓦斯喷出处理技术难度较大，极易发生瓦斯爆炸事故。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法。
为了达到上述目的，本发明提供的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在隧洞开挖过程中，当掌子面处出现瓦斯喷出燃烧情况时，首先停止施工，并严禁人员进入主洞；同时通过支洞保持主洞内24小时不间断通风，使主洞内喷出的瓦斯能够充分燃烧，以减少有毒有害气体；
2)由专门人员在支洞和主洞内间隔设置多个检测点，在每个检测点处的拱顶悬挂瓦斯自动检测报警传感器、人工利用光干涉瓦斯测定仪或便携式瓦检仪，在主洞内靠近燃烧点处安装视频监控系统，并将上述装置与位于地面控制室内的显示器相连接，利用瓦斯自动检测报警传感器、人工利用光干涉瓦斯测定仪或便携式瓦检仪按照规定的频次对主洞内的气体含量、温度进行检测记录，相关工作人员利用显示器来观察主洞内的火焰情况及检测数据；
3)在掌子面前方5m处，采用钻孔机在洞外地面垂直向下钻孔，并在孔口处安装流量计和压力计，在钻孔过程中利用流量计和压力计对孔内喷出的瓦斯量及压力进行检测，当孔内喷出的瓦斯量较大且有一定压力时停止钻进，然后将瓦斯抽放管路的一端插入在孔中，并利用与瓦斯抽放管路另一端相连的抽放泵站强制排气，待瓦斯量及压力降低至安全值后，继续钻孔，如此反复，直到形成下端口位于拱顶处的地质探孔；继续利用瓦斯抽放管路强制排气，以使瓦斯喷出通道改变，同时减弱掌子面上喷出的瓦斯量和压力，使主洞内的瓦斯燃烧火焰逐渐熄灭；
4)待主洞内的瓦斯浓度满足施工作业条件后，利用喷射含有气密剂的混凝土的方式对掌子面进行封闭，待混凝土凝固后将在掌子面上形成封闭墙；
5)在主洞的侧壁上以上下交错的方式开设多个瓦斯抽放孔扩大洞室，即钻场，并采用锚喷方式进行支护；然后采用全液压钻机从每个瓦斯抽放孔扩大洞室内向斜后方的围岩中打设多个与主洞轴线呈不同夹角的抽放孔，之后将一根抽采管的一端铺设在主洞的一个侧壁上且与该侧壁上所有抽放孔的内端相连接，另一端从支洞引至洞顶外且与瓦斯抽放泵站相连，利用瓦斯抽放泵站强制排气；
6)采用液压钻机在封闭墙上布设3个超前探孔，其中拱部1个，靠近边墙左右侧各1个且后部向两侧倾斜，并在超前探孔的孔口处安装封闭器、压力表和气体流量计，若钻孔过程中有瓦斯气体涌出，利用封闭器及时封闭孔口，并确定出瓦斯涌出位置、压力和流量，根据流量及压力来决定是否进行抽放；超前探孔使用完毕后及时进行注浆封孔，以防止其后开挖过程中放炮时引爆超前钻孔内的瓦斯而导致隧洞内出现瓦斯爆炸；
7)利用液压取芯地质钻机在封闭墙的四周间隔距离形成多个呈放射状的注浆孔，每个孔口管必须采用法兰连接安装孔口封闭器；然后通过注浆孔对掌子面前方的围岩进行高压注浆，以对该区域的围岩节理裂隙、破碎构造带进行加固封闭，形成密实的高压注浆帷幕封闭环，由此封堵住瓦斯涌出通道，保证在其后的瓦斯洞段开挖时不发生大量瓦斯逸出情况，为下一步瓦斯洞段开挖创造了施工条件；
8)对因瓦斯燃烧造成的初喷、岩石开裂脱落洞段采用锚杆、网片和喷射混凝土重新进行加固支护处理；
9)继续进行未开挖段的施工。
在步骤2)中，所述的主洞内相邻检测点的间距为50m，支洞内相邻检测点的间距为200m。
在步骤3)中，所述的地质探孔的直径为90mm；孔口四周需设置高度不小于1.8m的防护栅栏，并悬挂警示标志。
在步骤4)中，所述的封闭墙的厚度为30cm,透气系数不大于1-10cm/s。
在步骤5)中，所述的瓦斯抽放孔扩大洞室的宽度为3.5m，长度为4m，高度为2.5m；相邻瓦斯抽放孔扩大洞室之间的距离为25m；抽放孔的孔深为50m，孔径为94mm；抽采管选用内径为150mm的无缝钢管。
在步骤6)中，所述的超前探孔的孔径为108mm，长度为50m。
在步骤7)中，所述的注浆孔的孔径为76mm。
本发明提供的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法具有如下优点：
能够快速、有效、安全处理瓦斯喷出燃烧的突发施工难题，节约了施工成本，为后续瓦斯洞段开挖施工创造了条件，可避免因长时间停工而影响工程进度的问题，并且对出现类似工程问题的解决具有一定借鉴意义和推广价值。
附图说明
图1为隧洞开挖过程出现瓦斯喷出燃烧情况时隧洞内部结构示意图。
图2为隧洞内瓦斯抽放孔扩大洞室及抽采管结构示意图。
图3—图5分别为隧洞内超前探孔布置主视图、俯视图和侧视图。
图6—图7分别为隧洞内高压注浆孔布置主视图和侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1—图7所示，本发明提供的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在隧洞开挖过程中，当掌子面处出现瓦斯喷出燃烧情况时，首先停止施工，并严禁人员进入主洞1；同时通过支洞2保持主洞1内24小时不间断通风，使主洞1内喷出的瓦斯能够充分燃烧，以减少有毒有害气体；
2)由专门人员在支洞2和主洞1内间隔设置多个检测点，在每个检测点处的拱顶悬挂瓦斯自动检测报警传感器、人工利用光干涉瓦斯测定仪或便携式瓦检仪，在主洞1内靠近燃烧点处安装视频监控系统，并将上述装置与位于地面控制室内的显示器相连接，利用瓦斯自动检测报警传感器、人工利用光干涉瓦斯测定仪或便携式瓦检仪按照规定的频次对主洞1内的气体含量、温度进行检测记录，相关工作人员利用显示器来观察主洞1内的火焰情况及检测数据；
所述的主洞1内相邻检测点的间距为50m，支洞2内相邻检测点的间距为200m；
3)在掌子面前方5m处，采用钻孔机在洞外地面垂直向下钻孔，并在孔口处安装流量计和压力计，在钻孔过程中利用流量计和压力计对孔内喷出的瓦斯量及压力进行检测，当孔内喷出的瓦斯量较大且有一定压力时停止钻进，然后将瓦斯抽放管路的一端插入在孔中，并利用与瓦斯抽放管路另一端相连的抽放泵站强制排气，待瓦斯量及压力降低至安全值后，继续钻孔，如此反复，直到形成下端口位于拱顶处的地质探孔3；继续利用瓦斯抽放管路强制排气，以使瓦斯喷出通道改变，同时减弱掌子面上喷出的瓦斯量和压力，使主洞1内的瓦斯燃烧火焰逐渐熄灭；
所述的地质探孔3的直径为90mm；另外，孔口四周需设置高度不小于1.8m的防护栅栏，并悬挂警示标志；
4)待主洞1内的瓦斯浓度满足施工作业条件后，利用喷射含有气密剂的混凝土的方式对掌子面进行封闭，待混凝土凝固后将在掌子面上形成封闭墙4；
所述的封闭墙4的厚度为30cm,透气系数不大于1-10cm/s；
5)在主洞1的侧壁上以上下交错的方式开设多个瓦斯抽放孔扩大洞室5，即钻场，并采用锚喷方式进行支护；然后采用全液压钻机从每个瓦斯抽放孔扩大洞室5内向斜后方的围岩中打设多个与主洞1轴线呈不同夹角的抽放孔6，之后将一根抽采管7的一端铺设在主洞1的一个侧壁上且与该侧壁上所有抽放孔6的内端相连接，另一端从支洞2引至洞顶外且与瓦斯抽放泵站相连，利用瓦斯抽放泵站强制排气；
所述的瓦斯抽放孔扩大洞室5的宽度为3.5m，长度为4m，高度为2.5m；相邻瓦斯抽放孔扩大洞室5之间的距离为25m；抽放孔6的孔深为50m，孔径为94mm；抽采管7选用内径为150mm的无缝钢管。
6)采用液压钻机在封闭墙4上布设3个超前探孔8，其中拱部1个，靠近边墙左右侧各1个且后部向两侧倾斜，并在超前探孔8的孔口处安装封闭器、压力表和气体流量计，若钻孔过程中有瓦斯气体涌出，利用封闭器及时封闭孔口，并确定出瓦斯涌出位置、压力和流量，根据流量及压力来决定是否进行抽放；超前探孔8使用完毕后及时进行注浆封孔，以防止其后开挖过程中放炮时引爆超前钻孔8内的瓦斯而导致隧洞内出现瓦斯爆炸；所述的超前探孔8的孔径为108mm，长度为50m。
7)利用液压取芯地质钻机在封闭墙4的四周间隔距离形成多个呈放射状的注浆孔9，液压取芯地质钻机的安装要平整稳定，以保证钻杆中心线与注浆孔9的中心线相吻合，在钻孔过程中要经常检查和校正钻杆方向，每个孔口管必须采用法兰连接安装孔口封闭器；然后通过注浆孔9对掌子面前方的围岩进行高压注浆，以对该区域的围岩节理裂隙、破碎构造带进行加固封闭，形成密实的高压注浆帷幕封闭环，由此封堵住瓦斯涌出通道，保证在其后的瓦斯洞段开挖时不发生大量瓦斯逸出情况，为下一步瓦斯洞段开挖创造了施工条件；
所述的注浆孔9的孔径为76mm。高压注浆帷幕封闭环的长度需根据从超前探孔8中检测出的瓦斯涌出流量来确定。
8)对因瓦斯燃烧造成的初喷、岩石开裂脱落洞段采用锚杆、网片和喷射混凝土重新进行加固支护处理；
9)继续进行未开挖段10的施工。
某供水施工一标C1#主洞上游开挖钻眼过程中发生瓦斯喷出燃烧，造成施工停止。工程区位于华北古陆东北部的金岭寺——羊山盆地中部，盆地内堆积了侏罗系和白垩系火山沉积地层，断层和褶皱构造发育，节理裂隙发育。断裂构造是瓦斯运移的主要通道。根据地层生成和沉积条件，工程区内具备油层气生、储、盖的条件。瓦斯气体生层主要为侏罗系下统北票组地层的沉积岩，储层主要为侏罗系上部沉积的砂岩、砂砾岩，盖层为白垩系的火成岩，掌子面单位时间瓦斯最大涌出量估算值预测为0.72m/min。本发明人采用上述方法解决了这一问题。

Claims (7)

1.一种隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法，其特征在于：所述的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在隧洞开挖过程中，当掌子面处出现瓦斯喷出燃烧情况时，首先停止施工，并严禁人员进入主洞(1)；同时通过支洞(2)保持主洞(1)内24小时不间断通风，使主洞(1)内喷出的瓦斯能够充分燃烧，以减少有毒有害气体；
2)由专门人员在支洞(2)和主洞(1)内间隔设置多个检测点，在每个检测点处的拱顶悬挂瓦斯自动检测报警传感器、人工利用光干涉瓦斯测定仪或便携式瓦检仪，在主洞(1)内靠近燃烧点处安装视频监控系统，并将上述瓦斯自动检测报警传感器、人工利用光干涉瓦斯测定仪或便携式瓦检仪及视频监控系统与位于地面控制室内的显示器相连接，利用瓦斯自动检测报警传感器、人工利用光干涉瓦斯测定仪或便携式瓦检仪按照规定的频次对主洞(1)内的气体含量、温度进行检测记录，相关工作人员利用显示器来观察主洞(1)内的火焰情况及检测数据；
3)在掌子面前方5m处，采用钻孔机在洞外地面垂直向下钻孔，并在孔口处安装流量计和压力计，在钻孔过程中利用流量计和压力计对孔内喷出的瓦斯量及压力进行检测，当孔内喷出的瓦斯量较大且有一定压力时停止钻进，然后将瓦斯抽放管路的一端插入在孔中，并利用与瓦斯抽放管路另一端相连的抽放泵站强制排气，待瓦斯量及压力降低至安全值后，继续钻孔，如此反复，直到形成下端口位于拱顶处的地质探孔(3)；继续利用瓦斯抽放管路强制排气，以使瓦斯喷出通道改变，同时减弱掌子面上喷出的瓦斯量和压力，使主洞(1)内的瓦斯燃烧火焰逐渐熄灭；
4)待主洞(1)内的瓦斯浓度满足施工作业条件后，利用喷射含有气密剂的混凝土的方式对掌子面进行封闭，待混凝土凝固后将在掌子面上形成封闭墙(4)；
5)在主洞(1)的侧壁上以上下交错的方式开设多个瓦斯抽放孔扩大洞室(5)，即钻场，并采用锚喷方式进行支护；然后采用全液压钻机从每个瓦斯抽放孔扩大洞室(5)内向斜后方的围岩中打设多个与主洞(1)轴线呈不同夹角的抽放孔(6)，之后将一根抽采管(7)的一端铺设在主洞(1)的一个侧壁上且与该侧壁上所有抽放孔(6)的内端相连接，另一端从支洞(2)引至洞顶外且与瓦斯抽放泵站相连，利用瓦斯抽放泵站强制排气；
6)采用液压钻机在封闭墙(4)上布设3个超前探孔(8)，其中拱部1个，靠近边墙左右侧各1个且后部向两侧倾斜，并在超前探孔(8)的孔口处安装封闭器、压力表和气体流量计，若钻孔过程中有瓦斯气体涌出，利用封闭器及时封闭孔口，并确定出瓦斯涌出位置、压力和流量，根据流量及压力来决定是否进行抽放；超前探孔(8)使用完毕后及时进行注浆封孔，以防止其后开挖过程中放炮时引爆超前探孔(8)内的瓦斯而导致隧洞内出现瓦斯爆炸；
7)利用液压取芯地质钻机在封闭墙(4)的四周间隔距离形成多个呈放射状的注浆孔(9)，每个孔口管必须采用法兰连接安装孔口封闭器；然后通过注浆孔(9)对掌子面前方的围岩进行高压注浆，以对高压注浆区域的围岩节理裂隙、破碎构造带进行加固封闭，形成密实的高压注浆帷幕封闭环，由此封堵住瓦斯涌出通道，保证在其后的瓦斯洞段开挖时不发生大量瓦斯逸出情况，为下一步瓦斯洞段开挖创造了施工条件；
8)对因瓦斯燃烧造成的初喷、岩石开裂脱落洞段采用锚杆、网片和喷射混凝土重新进行加固支护处理；
9)继续进行未开挖段(10)的施工。
2.根据权利要求1所述的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的主洞(1)内相邻检测点的间距为50m，支洞(2)内相邻检测点的间距为200m。
3.根据权利要求1所述的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法，其特征在于：在步骤3)中，所述的地质探孔(3)的直径为90mm；孔口四周需设置高度不小于1.8m的防护栅栏，并悬挂警示标志。
4.根据权利要求1所述的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的封闭墙(4)的厚度为30cm,透气系数为1-10cm/s。
5.根据权利要求1所述的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法，其特征在于：在步骤5)中，所述的瓦斯抽放孔扩大洞室(5)的宽度为3.5m，长度为4m，高度为2.5m；相邻瓦斯抽放孔扩大洞室(5)之间的距离为25m；抽放孔(6)的孔深为50m，孔径为94mm；抽采管(7)选用内径为150mm的无缝钢管。
6.根据权利要求1所述的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法，其特征在于：在步骤6)中，所述的超前探孔(8)的孔径为108mm，长度为50m。
7.根据权利要求1所述的隧洞开挖过程中瓦斯喷出燃烧处理方法，其特征在于：在步骤7)中，所述的注浆孔(9)的孔径为76mm。
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