CN112377243A - 一种煤与瓦斯突出隧道防突施工方法 - Google Patents

Abstract

一种煤与瓦斯突出隧道防突施工方法涉及煤与瓦斯突出隧道防突施工方法。主要是为解决目前煤与瓦斯突出隧道防突措施易造成现场施工安全不可控，施工效率低的问题而发明的。首先地质超前预报采用短距离物探和钻探法。短距离物探加钻探法可以判断掌子面是否存在突出风险，若有突出风险优先采取钻孔通风排放措施，若排放措施达不到要求时，再采取钻孔抽放措施，同时采取水力压裂、水力割缝等增透措施，提升防突效果。在上述防突效果验证有效后，揭煤前采用“管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”的预加固方法形成止气帷幕，进一步防止了煤与瓦斯突出。本发明的优点是施工安全可靠，施工效率高。

Description

一种煤与瓦斯突出隧道防突施工方法

技术领域：

本发明涉及煤与瓦斯突出隧道防突施工方法。

背景技术：

目前煤与瓦斯突出隧道通常采用的防突措施为钻孔通风排放，虽然在煤与瓦斯突出隧道中亦有采取钻孔抽放、金属骨架预加固及煤体固化等防突措施，但施工过程中很少进行措施方案经济性、适用性比选，易造成现场施工安全不可控；施工中增加一些不必要的成本投入，经济效益低；施工效率低，延误工期。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单，施工效率高，施工成本低的煤与瓦斯突出隧道防突施工方法。

上述目的是这样实现的：

本方法采取了煤与瓦斯超前探测、瓦斯的排放、抽放、超前大管棚+高压注浆预加固及掌子面临时封闭防突措施。首先地质超前预报采用短距离物探+钻探法，短距离物探可以规避在煤与瓦斯突出隧道洞内爆破安全风险。短距离物探+钻探法可以判断掌子面是否存在突出风险，若有突出风险优先采取钻孔通风排放措施，若排放措施达不到要求时，再采取钻孔抽放措施，同时采取水力压裂、水力割缝等增透措施，提升防突效果。在上述防突效果验证有效后，揭煤前采用“管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”的预加固方法形成止气帷幕，进一步防止了煤与瓦斯突出。

一，地质超前预报；

采取“短距离物探法+钻探法”两种方法，短距离物探法主要采取地质雷达法，钻探法为最直接、最可靠的超前地质预报方法，可以达到“一孔之见”之效果，两种方法互相验证，提高了超前地质预报的准确性；

地质雷达法施工要点：采用SIR-3000型地质雷达及100MHZ天线；

每循环超前探测距离不大于30m，搭接长度不小于5m； 预报的主要内容：地层、围岩完整性及含水情况、断层及富水情况、煤层及瓦斯情况、采空区与隧道相对位置关系等。

钻探法施工要点：掌子面进入瓦斯地层前50~100m至整个瓦斯地层结束，沿隧道前进方向施工一个孔深不小于50m 的超前探孔，探孔尽可能穿透煤层全厚且进入煤层底板不小于 0.5m，前后两次预报重叠长度不小于10m，钻孔过程中应观察孔内排出的浆液、煤屑变化情况；掌子面距煤层最小法向距离≥20m时，钻孔数量不少于3个，且至少有1个钻孔需要取芯，地质复杂及岩石破碎区域钻孔数量不少于5个，且至少有2个取芯孔。按各孔见煤、出煤点计算煤层厚度、倾角、走向及与隧道的关系，并分析煤层顶、底板岩性及地质构造。开挖面距初探煤层垂距10m时，施作5个直径Φ75mm的地质超前钻孔穿透煤层，其终孔位置应控制掘进面开挖轮廓外6m左右，分别探测掌子面前方上、中、下部及左右部位煤层位置并采取煤样和气样进行物理、化学分析和煤层瓦斯参数测定，进行瓦斯或天然气含量、涌出量、压力等测试工作；开挖面距煤层5m（垂距）时，至少施做5个Φ75mm探测孔。探测孔应穿透煤层全厚且进入顶（底）板不小于0.5m或见煤深度不少于10m，首先进行掌子面突出危险性预测，当掌子面有突出危险性，则采取防突措施；若无突出危险性，则边探边掘至最小法线距离2m处进行突出危险性验证。采用湿式钻孔，钻孔采用ZY-750D型煤矿用安全液压钻机；若用DGC型瓦斯含量测定仪测定的煤层瓦斯含量≥8m/t或钻孔测压装置测定瓦斯压力P≥0.74MPa时，则判定该开挖面有煤与瓦斯突出风险，需采取防突措施。

二、防治煤与瓦斯突出施工措施；

瓦斯钻孔排放防突施工：

瓦斯排放是依靠煤层中瓦斯压力，使瓦斯偶从钻孔周围深部煤层中不断地流向钻孔，并通过钻孔向巷道空气中扩散；瓦斯排放孔布设在距煤层法向距离不小于5m的掌子面上，施钻时，各孔应穿透煤层，并进入顶(底)板大于0.5m；打排放孔时，在煤层厚度1/2处的孔距不应大于2倍排放孔半径，钻孔间距根据煤层透气性确定，孔底间距一般不大于2m，并据此计算各孔的角度和长度；当煤层倾角小、煤层厚、一次钻孔过长、俯角过大时，可采用分段分部多循环排放,但首次排放钻孔的穿煤深度不得小于1m，各循环钻孔搭接长度不小于10m；排放孔径为φ110mm，采用YZ-750D型煤矿用安全液压钻机湿式钻孔；排放孔施工过程中，应注意观察各种异常情况及瓦斯动力现象，当某孔施工中动力现象严重，暂停该孔施工，待其他孔施工完毕后再补钻该孔；每钻完一个孔，检测该孔瓦斯浓度，掌握排放效果和修正排放时间；瓦斯排放过程中应加强掌子面通风，采用压入式通风及局扇相结合的方式；加强瓦斯浓度检测，当工作面瓦斯浓度达到0.5%时,应立即撤出人员，切断电源，启动备用风机加强通风；瓦斯排放施工完毕后，应检验防突措施效果。当钻孔排放措施达不到效果时，需进一步采取强制抽放措施。

瓦斯强制抽放防突施工：

瓦斯抽放是借助于机械产生的小于大气压力的负压，加速突出危险煤层中的瓦斯排放；

启动条件：当排放不能达到防突要求时，应采取瓦斯抽放措施降低瓦斯压力，一般适用于煤层透气性较好的突出煤层；

瓦斯抽放孔布设在距煤层法向距离不小于5m的掌子面上，钻孔孔径为φ75mm，采用YZ-750D型煤矿用安全液压钻机湿式钻孔。钻孔进入煤层底板岩层不小于0.5m，当钻孔不能一次穿透煤层全厚时，应当保证钻孔末端至少超前掌子面20m。各钻孔在煤层厚度1/2处的孔距不应大于2倍抽放孔间距（抽放间距暂取2m），钻孔间距根据煤层透气性确定，一般孔底间距不大于3.0m。若煤层瓦斯实际测定含量较高、煤层突出危险性较大或抽放难度较大时，应适当加密钻孔；钻孔施工期间，每完工一个钻孔，便在孔口10m 范围内埋入抽采管（无筛眼），其余全段埋入抽放筛管，待全部抽放钻孔施工完成后，采用BFZ-10/2.4型封孔泵“一堵一注”注浆封孔，注浆液采用“聚氨酯+水泥砂浆”，穿层抽放孔的封孔段长度不得小于5m，顺层抽放孔的封孔段长度不得小于8m；抽放瓦斯前，防止开挖面气压泄露，需先对掌子面素喷C20混凝土封闭，喷射混凝土厚度为8~10cm；

瓦斯抽采管路系统如下：隧道揭煤掌子面钻孔→DN50mm连接软管→汇流钢管→隧道正洞抽采主管（DN250×6mm无缝钢管）→抽采泵站（2BE1-353型真空抽采泵）→排空。在汇流管与抽采管连接处需安设阀门以便控制抽采负压。在抽采管道上设瓦斯抽采监测传感器，对抽采管道内的抽采压力、瓦斯浓度、温度和抽采量等进行监测。抽采主管铺设到距掌子面10m位置，抽采泵站布置在距隧道洞口50m以上，抽采泵房周围50m范围内无其它主要建筑物、民房、架空高压电线，在泵房周围20m设立围墙或栅栏，并安装干粉灭火器和不少于0.5m³的黄砂，周围并设消火栓。

采取瓦斯钻孔抽放措施时，如果为低透气性煤层，在采取正常瓦斯抽放的同时，还采取水力割缝、水力压裂等增透措施，以提高煤层瓦斯抽放效率。水力割缝利用高聚能的射流束冲击煤岩体进行割缝，使煤层卸压的同时，还产生大量裂缝，达到低渗透煤层增透的目的；水力压裂是利用高压液体压开油气储层，将压裂液和混于压裂液中的支撑剂一起压入地层，使压开的地层在支撑剂的支撑下保持张开，进而改善油气储层流体流动条件的一种方法。

瓦斯抽放过程中，抽放孔孔口负压不得低于15kPa，卸压瓦斯抽采孔孔口负压不得低于5kPa，预抽煤层瓦斯的浓度不得低于30%；预抽瓦斯浓度低于30%时，应检查封孔质量及管路气密性；瓦斯抽放结束前打4个校验孔，进行煤与瓦斯突出危险性检验，当仍有突出风险时，应廷长抽放时间，当无突出危险后，方可进行下一步施工。

三，“超前管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”防突施工；

上述两种防突措施效果验证有效后，进一步采取“超前管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”方法形成止气帷幕。一方面减少游离瓦斯溢出通道，进一步防止煤与瓦斯突出，另一方面预加固围岩、提高掌子面附近围岩承载能力和稳定性。

“超前管棚+高压注浆”施工；

超前管棚钻孔一方面可以起到隧道周边瓦斯排放卸压的作用，另一方面由于管棚的整体框架作用，增加了煤体的抗压强度。抵抗上方煤体的质量，并阻止煤体发生位移，起到预防突出的作用。

超前管棚适用于急倾斜厚度不大松软的突出煤层，对于突出性较小的煤层，可在隧道周围布置单排大管棚；对于突出性较大或瓦斯压力大时、松软煤层，采用双排管棚。

超前管棚是在隧道开挖面距突出煤层最小法向距离为2m时，沿设计开挖轮廓线外拱部180°范围布设，管头穿越全厚煤层进入完整岩体锚固，进入岩体锚固长度一般为3~5m，采用Φ108×8mm无缝钢管作为劲性骨架，并对管体进行高压注浆，尾部支撑于钢拱架上。

采取超前管棚防突措施时，应提前3~5m开挖轮廓线扩挖0.8~1.3m，在开挖台架上采用YZ-750D型煤矿用安全液压钻机湿式钻孔，钻孔直径为Φ110mm，孔距在0.3~0.5m之间，孔口距隧道轮廓线外0.8~1m，进入煤层顶板2m，超出两帮轮廓线0.5~1m，外插角为1~3°。

在钻孔完成后，立即插入管体。用管棚钻机顶推下管，每根钢管的长度为 3.5m，各管节之间采用丝扣连接，管头挤压加工成锥形，管体上钻设注浆孔，孔径控制在3~5mm，孔间距15~20cm，呈梅花形布置，尾部留不下于100cm不钻孔止浆段。为增加钢管的抗弯能力，可在导管内增设钢筋笼，钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋HRB400钢筋直径为16~20mm，固定环与主筋焊接，按1m间距设置。

管棚安装完成后，对开挖面挂网喷10cm厚C20气密性混凝土封闭，网片与临时锚杆、管棚绑扎联结，临时锚杆长1m/根，间排距为1m×1m，呈梅花型布置。φ8㎜钢筋网，网格间距为20cm×20cm，网片与网片的搭接长度为1~2个网格。

待喷射混凝土终凝后，再进行管棚注浆作业。注浆采用ZBYS1.1/40-22型矿用液压注浆泵，注浆液采用1:1水泥浆，注浆压力控制：初压为0.5～1.0MPa，终压为2.0～2.5MPa，注浆压力应由小到大，待浆满后封闭排气孔加压至设计终压持续30min以上，必须保证孔眼浆液饱满密实，扩散半径满足设计要求，达到固结围岩的效果。

注浆顺序：由底到高，由拱脚到拱顶，自下而上“跳孔”注浆。

临时封闭开挖面施工；

喷射混凝土临时封闭；喷射混凝土或注浆临时封闭开挖面，可以提高开挖面围岩自稳能力，缩短围岩风化暴露时间，进一步防治煤与瓦斯突出。在其它防突措施效果验证有效后实施。素喷临时封闭开挖面采用C25气密性喷射混凝土，GHP20A型机械喷锚手喷射，厚度控制在5~8cm。

喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，自下而上的顺序施喷。喷射时喷嘴料束应呈螺旋轨迹路线缓慢均匀的移动，呈“s”形进行，喷射的螺旋圈直径约为30cm。喷嘴与受喷面距离宜为0.6-1.8m，喷嘴与岩面垂直，以确保喷射混凝土最大密实度及最小回弹量。

掌子面周边围岩固结注浆；

掌子面周边围岩固结注浆封闭适用于松软煤层，其主要是增加掌子面周围煤体强度，改变煤体的力学性质。使其不易发生突出。

注浆钻孔施工与煤层的最小法向距离2m前进行，钻孔要钻到至少穿过煤体0.5m，注浆孔布置在开挖轮廓线外0.5~1.5m范围。注浆孔采用防爆型矿用坑道钻机钻孔，钻孔直径为φ42mm，间、排距为1×1m，孔深根据实际每循环开挖进尺+（0.5~1）m确定，呈梅花形布置，孔口安装带球阀的1~1.5m长φ20mm孔口管，孔口用水泥砂浆封堵密实，封口长度不小于1m。注浆采用ZBYS1.1/40-22型矿用液压注浆泵，注浆液为1:1水泥浆。注浆压力控制：初压为0.5～1.0MPa，终压为1.5～2.0MPa，注浆压力应由小到大，待孔满后封闭排气孔加压至设计终压持续10min以上，必须确保孔眼浆液饱满密实，扩散半径达到设计要求，起到固结周边围岩的效果。注浆顺序：由底到高，由拱脚到拱顶。

本发明的优点是：（1）施工工艺简单，便于操作；（2）施工安全可靠；（3）施工效率高，进度易以保证；（4）有效避免造成不必要的施工投入，降低成本，具有良好的经济效益；（5）针对不同煤系瓦斯地层隧道，工法适用性强。

具体实施方式：

本方法采取了煤与瓦斯超前探测、瓦斯的排放、抽放、超前大管棚+高压注浆预加固及掌子面临时封闭防突措施。首先地质超前预报采用短距离物探+钻探法，短距离物探可以规避在煤与瓦斯突出隧道洞内爆破安全风险。短距离物探+钻探法可以判断掌子面是否存在突出风险，若有突出风险优先采取钻孔通风排放措施，若排放措施达不到要求时，再采取钻孔抽放措施，同时采取水力压裂、水力割缝等增透措施，提升防突效果。在上述防突效果验证有效后，揭煤前采用“管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”的预加固方法形成止气帷幕，进一步防止了煤与瓦斯突出。

一，地质超前预报；

采取“短距离物探法+钻探法”两种方法，短距离物探法主要采取地质雷达法，钻探法为最直接、最可靠的超前地质预报方法，可以达到“一孔之见”之效果，两种方法互相验证，提高了超前地质预报的准确性；

地质雷达法施工要点：采用SIR-3000型地质雷达及100MHZ天线；

每循环超前探测距离不大于30m，搭接长度不小于5m； 预报的主要内容：地层、围岩完整性及含水情况、断层及富水情况、煤层及瓦斯情况、采空区与隧道相对位置关系等。

钻探法施工要点：掌子面进入瓦斯地层前50~100m至整个瓦斯地层结束，沿隧道前进方向施工一个孔深不小于50m 的超前探孔，探孔尽可能穿透煤层全厚且进入煤层底板不小于 0.5m，前后两次预报重叠长度不小于10m，钻孔过程中应观察孔内排出的浆液、煤屑变化情况；掌子面距煤层最小法向距离≥20m时，钻孔数量不少于3个，且至少有1个钻孔需要取芯，地质复杂及岩石破碎区域钻孔数量不少于5个，且至少有2个取芯孔。按各孔见煤、出煤点计算煤层厚度、倾角、走向及与隧道的关系，并分析煤层顶、底板岩性及地质构造。开挖面距初探煤层垂距10m时，施作5个直径Φ75mm的地质超前钻孔穿透煤层，其终孔位置应控制掘进面开挖轮廓外6m左右，分别探测掌子面前方上、中、下部及左右部位煤层位置并采取煤样和气样进行物理、化学分析和煤层瓦斯参数测定，进行瓦斯或天然气含量、涌出量、压力等测试工作；开挖面距煤层5m（垂距）时，至少施做5个Φ75mm探测孔。探测孔应穿透煤层全厚且进入顶（底）板不小于0.5m或见煤深度不少于10m，首先进行掌子面突出危险性预测，当掌子面有突出危险性，则采取防突措施；若无突出危险性，则边探边掘至最小法线距离2m处进行突出危险性验证。采用湿式钻孔，钻孔采用ZY-750D型煤矿用安全液压钻机；若用DGC型瓦斯含量测定仪测定的煤层瓦斯含量≥8m/t或钻孔测压装置测定瓦斯压力P≥0.74MPa时，则判定该开挖面有煤与瓦斯突出风险，需采取防突措施。

二、防治煤与瓦斯突出施工措施；

瓦斯钻孔排放防突施工：

瓦斯排放是依靠煤层中瓦斯压力，使瓦斯偶从钻孔周围深部煤层中不断地流向钻孔，并通过钻孔向巷道空气中扩散；瓦斯排放孔布设在距煤层法向距离不小于5m的掌子面上，施钻时，各孔应穿透煤层，并进入顶(底)板大于0.5m；打排放孔时，在煤层厚度1/2处的孔距不应大于2倍排放孔半径，钻孔间距根据煤层透气性确定，孔底间距一般不大于2m，并据此计算各孔的角度和长度；当煤层倾角小、煤层厚、一次钻孔过长、俯角过大时，可采用分段分部多循环排放,但首次排放钻孔的穿煤深度不得小于1m，各循环钻孔搭接长度不小于10m；排放孔径为φ110mm，采用YZ-750D型煤矿用安全液压钻机湿式钻孔；排放孔施工过程中，应注意观察各种异常情况及瓦斯动力现象，当某孔施工中动力现象严重，暂停该孔施工，待其他孔施工完毕后再补钻该孔；每钻完一个孔，检测该孔瓦斯浓度，掌握排放效果和修正排放时间；瓦斯排放过程中应加强掌子面通风，采用压入式通风及局扇相结合的方式；加强瓦斯浓度检测，当工作面瓦斯浓度达到0.5%时,应立即撤出人员，切断电源，启动备用风机加强通风；瓦斯排放施工完毕后，应检验防突措施效果。当钻孔排放措施达不到效果时，需进一步采取强制抽放措施。

瓦斯强制抽放防突施工：

瓦斯抽放是借助于机械产生的小于大气压力的负压，加速突出危险煤层中的瓦斯排放；

启动条件：当排放不能达到防突要求时，应采取瓦斯抽放措施降低瓦斯压力，一般适用于煤层透气性较好的突出煤层；

瓦斯抽放孔布设在距煤层法向距离不小于5m的掌子面上，钻孔孔径为φ75mm，采用YZ-750D型煤矿用安全液压钻机湿式钻孔。钻孔进入煤层底板岩层不小于0.5m，当钻孔不能一次穿透煤层全厚时，应当保证钻孔末端至少超前掌子面20m。各钻孔在煤层厚度1/2处的孔距不应大于2倍抽放孔间距（抽放间距暂取2m），钻孔间距根据煤层透气性确定，一般孔底间距不大于3.0m。若煤层瓦斯实际测定含量较高、煤层突出危险性较大或抽放难度较大时，应适当加密钻孔；钻孔施工期间，每完工一个钻孔，便在孔口10m 范围内埋入抽采管（无筛眼），其余全段埋入抽放筛管，待全部抽放钻孔施工完成后，采用BFZ-10/2.4型封孔泵“一堵一注”注浆封孔，注浆液采用“聚氨酯+水泥砂浆”，穿层抽放孔的封孔段长度不得小于5m，顺层抽放孔的封孔段长度不得小于8m；抽放瓦斯前，防止开挖面气压泄露，需先对掌子面素喷C20混凝土封闭，喷射混凝土厚度为8~10cm；

瓦斯抽采管路系统如下：隧道揭煤掌子面钻孔→DN50mm连接软管→汇流钢管→隧道正洞抽采主管（DN250×6mm无缝钢管）→抽采泵站（2BE1-353型真空抽采泵）→排空。在汇流管与抽采管连接处需安设阀门以便控制抽采负压。在抽采管道上设瓦斯抽采监测传感器，对抽采管道内的抽采压力、瓦斯浓度、温度和抽采量等进行监测。抽采主管铺设到距掌子面10m位置，抽采泵站布置在距隧道洞口50m以上，抽采泵房周围50m范围内无其它主要建筑物、民房、架空高压电线，在泵房周围20m设立围墙或栅栏，并安装干粉灭火器和不少于0.5m³的黄砂，周围并设消火栓。

采取瓦斯钻孔抽放措施时，如果为低透气性煤层，在采取正常瓦斯抽放的同时，还采取水力割缝、水力压裂等增透措施，以提高煤层瓦斯抽放效率。水力割缝利用高聚能的射流束冲击煤岩体进行割缝，使煤层卸压的同时，还产生大量裂缝，达到低渗透煤层增透的目的；水力压裂是利用高压液体压开油气储层，将压裂液和混于压裂液中的支撑剂一起压入地层，使压开的地层在支撑剂的支撑下保持张开，进而改善油气储层流体流动条件的一种方法。

瓦斯抽放过程中，抽放孔孔口负压不得低于15kPa，卸压瓦斯抽采孔孔口负压不得低于5kPa，预抽煤层瓦斯的浓度不得低于30%；预抽瓦斯浓度低于30%时，应检查封孔质量及管路气密性；瓦斯抽放结束前打4个校验孔，进行煤与瓦斯突出危险性检验，当仍有突出风险时，应廷长抽放时间，当无突出危险后，方可进行下一步施工。

三，“超前管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”防突施工；

上述两种防突措施效果验证有效后，进一步采取“超前管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”方法形成止气帷幕。一方面减少游离瓦斯溢出通道，进一步防止煤与瓦斯突出，另一方面预加固围岩、提高掌子面附近围岩承载能力和稳定性。

“超前管棚+高压注浆”施工；

超前管棚钻孔一方面可以起到隧道周边瓦斯排放卸压的作用，另一方面由于管棚的整体框架作用，增加了煤体的抗压强度。抵抗上方煤体的质量，并阻止煤体发生位移，起到预防突出的作用。

超前管棚适用于急倾斜厚度不大松软的突出煤层，对于突出性较小的煤层，可在隧道周围布置单排大管棚；对于突出性较大或瓦斯压力大时、松软煤层，采用双排管棚。

超前管棚是在隧道开挖面距突出煤层最小法向距离为2m时，沿设计开挖轮廓线外拱部180°范围布设，管头穿越全厚煤层进入完整岩体锚固，进入岩体锚固长度一般为3~5m，采用Φ108×8mm无缝钢管作为劲性骨架，并对管体进行高压注浆，尾部支撑于钢拱架上。

采取超前管棚防突措施时，应提前3~5m开挖轮廓线扩挖0.8~1.3m，在开挖台架上采用YZ-750D型煤矿用安全液压钻机湿式钻孔，钻孔直径为Φ110mm，孔距在0.3~0.5m之间，孔口距隧道轮廓线外0.8~1m，进入煤层顶板2m，超出两帮轮廓线0.5~1m，外插角为1~3°。

在钻孔完成后，立即插入管体。用管棚钻机顶推下管，每根钢管的长度为 3.5m，各管节之间采用丝扣连接，管头挤压加工成锥形，管体上钻设注浆孔，孔径控制在3~5mm，孔间距15~20cm，呈梅花形布置，尾部留不下于100cm不钻孔止浆段。为增加钢管的抗弯能力，可在导管内增设钢筋笼，钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋HRB400钢筋直径为16~20mm，固定环与主筋焊接，按1m间距设置。

管棚安装完成后，对开挖面挂网喷10cm厚C20气密性混凝土封闭，网片与临时锚杆、管棚绑扎联结，临时锚杆长1m/根，间排距为1m×1m，呈梅花型布置。φ8㎜钢筋网，网格间距为20cm×20cm，网片与网片的搭接长度为1~2个网格。

待喷射混凝土终凝后，再进行管棚注浆作业。注浆采用ZBYS1.1/40-22型矿用液压注浆泵，注浆液采用1:1水泥浆，注浆压力控制：初压为0.5～1.0MPa，终压为2.0～2.5MPa，注浆压力应由小到大，待浆满后封闭排气孔加压至设计终压持续30min以上，必须保证孔眼浆液饱满密实，扩散半径满足设计要求，达到固结围岩的效果。

注浆顺序：由底到高，由拱脚到拱顶，自下而上“跳孔”注浆。

临时封闭开挖面施工；

喷射混凝土临时封闭；喷射混凝土或注浆临时封闭开挖面，可以提高开挖面围岩自稳能力，缩短围岩风化暴露时间，进一步防治煤与瓦斯突出。在其它防突措施效果验证有效后实施。素喷临时封闭开挖面采用C25气密性喷射混凝土，GHP20A型机械喷锚手喷射，厚度控制在5~8cm。

喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，自下而上的顺序施喷。喷射时喷嘴料束应呈螺旋轨迹路线缓慢均匀的移动，呈“s”形进行，喷射的螺旋圈直径约为30cm。喷嘴与受喷面距离宜为0.6-1.8m，喷嘴与岩面垂直，以确保喷射混凝土最大密实度及最小回弹量。

掌子面周边围岩固结注浆；

掌子面周边围岩固结注浆封闭适用于松软煤层，其主要是增加掌子面周围煤体强度，改变煤体的力学性质。使其不易发生突出。

注浆钻孔施工与煤层的最小法向距离2m前进行，钻孔要钻到至少穿过煤体0.5m，注浆孔布置在开挖轮廓线外0.5~1.5m范围。注浆孔采用防爆型矿用坑道钻机钻孔，钻孔直径为φ42mm，间、排距为1×1m，孔深根据实际每循环开挖进尺+（0.5~1）m确定，呈梅花形布置，孔口安装带球阀的1~1.5m长φ20mm孔口管，孔口用水泥砂浆封堵密实，封口长度不小于1m。注浆采用ZBYS1.1/40-22型矿用液压注浆泵，注浆液为1:1水泥浆。注浆压力控制：初压为0.5～1.0MPa，终压为1.5～2.0MPa，注浆压力应由小到大，待孔满后封闭排气孔加压至设计终压持续10min以上，必须确保孔眼浆液饱满密实，扩散半径达到设计要求，起到固结周边围岩的效果。注浆顺序：由底到高，由拱脚到拱顶。

Claims (1)

1.一种煤与瓦斯突出隧道防突施工方法，其特征是：采取了煤与瓦斯超前探测、瓦斯的排放、抽放、超前大管棚+高压注浆预加固及掌子面临时封闭防突措施；首先地质超前预报采用短距离物探+钻探法，短距离物探可以规避在煤与瓦斯突出隧道洞内爆破安全风险；短距离物探+钻探法可以判断掌子面是否存在突出风险，若有突出风险优先采取钻孔通风排放措施，若排放措施达不到要求时，再采取钻孔抽放措施，同时采取水力压裂、水力割缝等增透措施，提升防突效果；在上述防突效果验证有效后，揭煤前采用“管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”的预加固方法形成止气帷幕，进一步防止了煤与瓦斯突出；

一，地质超前预报；

采取“短距离物探法+钻探法”两种方法，短距离物探法主要采取地质雷达法；

地质雷达法施工要点：每循环超前探测距离不大于30m，搭接长度不小于5m； 预报的主要内容：地层、围岩完整性及含水情况、断层及富水情况、煤层及瓦斯情况、采空区与隧道相对位置关系等；

钻探法施工要点：掌子面进入瓦斯地层前50~100m至整个瓦斯地层结束，沿隧道前进方向施工一个孔深不小于50m 的超前探孔，探孔尽可能穿透煤层全厚且进入煤层底板不小于0.5m，前后两次预报重叠长度不小于10m，钻孔过程中应观察孔内排出的浆液、煤屑变化情况；掌子面距煤层最小法向距离≥20m时，钻孔数量不少于3个，且至少有1个钻孔需要取芯，地质复杂及岩石破碎区域钻孔数量不少于5个，且至少有2个取芯孔；按各孔见煤、出煤点计算煤层厚度、倾角、走向及与隧道的关系，并分析煤层顶、底板岩性及地质构造；开挖面距初探煤层垂距10m时，施作5个直径Φ75mm的地质超前钻孔穿透煤层，其终孔位置应控制掘进面开挖轮廓外6m左右，分别探测掌子面前方上、中、下部及左右部位煤层位置并采取煤样和气样进行物理、化学分析和煤层瓦斯参数测定，进行瓦斯或天然气含量、涌出量、压力等测试工作；开挖面距煤层5m时，至少施做5个Φ75mm探测孔；探测孔应穿透煤层全厚且进入顶（底）板不小于0.5m或见煤深度不少于10m，首先进行掌子面突出危险性预测，当掌子面有突出危险性，则采取防突措施；若无突出危险性，则边探边掘至最小法线距离2m处进行突出危险性验证；采用湿式钻孔，若测定的煤层瓦斯含量≥8m/t或钻孔测压装置测定瓦斯压力P≥0.74MPa时，则判定该开挖面有煤与瓦斯突出风险，需采取防突措施；

二、防治煤与瓦斯突出施工措施；

瓦斯钻孔排放防突施工：

瓦斯排放是依靠煤层中瓦斯压力，使瓦斯偶从钻孔周围深部煤层中不断地流向钻孔，并通过钻孔向巷道空气中扩散；瓦斯排放孔布设在距煤层法向距离不小于5m的掌子面上，施钻时，各孔应穿透煤层，并进入顶(底)板大于0.5m；打排放孔时，在煤层厚度1/2处的孔距不应大于2倍排放孔半径，钻孔间距根据煤层透气性确定，孔底间距一般不大于2m，并据此计算各孔的角度和长度；当煤层倾角小、煤层厚、一次钻孔过长、俯角过大时，可采用分段分部多循环排放,但首次排放钻孔的穿煤深度不得小于1m，各循环钻孔搭接长度不小于10m；排放孔径为φ110mm；每钻完一个孔，检测该孔瓦斯浓度，掌握排放效果和修正排放时间；瓦斯排放过程中应加强掌子面通风，采用压入式通风及局扇相结合的方式；当钻孔排放措施达不到效果时，需进一步采取强制抽放措施；

瓦斯强制抽放防突施工：

启动条件：当排放不能达到防突要求时，应采取瓦斯抽放措施降低瓦斯压力，一般适用于煤层透气性较好的突出煤层；

瓦斯抽放孔布设在距煤层法向距离不小于5m的掌子面上，钻孔孔径为φ75mm，采用YZ-750D型煤矿用安全液压钻机湿式钻孔；钻孔进入煤层底板岩层不小于0.5m，当钻孔不能一次穿透煤层全厚时，应当保证钻孔末端至少超前掌子面20m；各钻孔在煤层厚度1/2处的孔距不应大于2倍抽放孔间距（抽放间距暂取2m），钻孔间距根据煤层透气性确定，一般孔底间距不大于3.0m；若煤层瓦斯实际测定含量较高、煤层突出危险性较大或抽放难度较大时，应适当加密钻孔；钻孔施工期间，每完工一个钻孔，便在孔口10m 范围内埋入抽采管（无筛眼），其余全段埋入抽放筛管，待全部抽放钻孔施工完成后，采用封孔泵“一堵一注”注浆封孔，穿层抽放孔的封孔段长度不得小于5m，顺层抽放孔的封孔段长度不得小于8m；抽放瓦斯前，防止开挖面气压泄露，需先对掌子面素喷C20混凝土封闭，喷射混凝土厚度为8~10cm；

瓦斯抽采管路系统如下：隧道揭煤掌子面钻孔→连接软管→汇流钢管→隧道正洞抽采主管→抽采泵站→排空；在汇流管与抽采管连接处需安设阀门以便控制抽采负压；在抽采管道上设瓦斯抽采监测传感器，对抽采管道内的抽采压力、瓦斯浓度、温度和抽采量等进行监测；抽采主管铺设到距掌子面10m位置，抽采泵站布置在距隧道洞口50m以上；

采取瓦斯钻孔抽放措施时，如果为低透气性煤层，在采取正常瓦斯抽放的同时，还采取水力割缝、水力压裂等增透措施，以提高煤层瓦斯抽放效率；

瓦斯抽放过程中，抽放孔孔口负压不得低于15kPa，卸压瓦斯抽采孔孔口负压不得低于5kPa，预抽煤层瓦斯的浓度不得低于30%；预抽瓦斯浓度低于30%时，应检查封孔质量及管路气密性；瓦斯抽放结束前打4个校验孔，进行煤与瓦斯突出危险性检验，当仍有突出风险时，应廷长抽放时间，当无突出危险后，方可进行下一步施工；

三，“超前管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”防突施工；

上述两种防突措施效果验证有效后，进一步采取“超前管棚+高压注浆+临时封闭掌子面”方法形成止气帷幕；一方面减少游离瓦斯溢出通道，进一步防止煤与瓦斯突出，另一方面预加固围岩、提高掌子面附近围岩承载能力和稳定性；

“超前管棚+高压注浆”施工；

超前管棚钻孔一方面可以起到隧道周边瓦斯排放卸压的作用，另一方面由于管棚的整体框架作用，增加了煤体的抗压强度；抵抗上方煤体的质量，并阻止煤体发生位移，起到预防突出的作用；

超前管棚适用于急倾斜厚度不大松软的突出煤层，对于突出性较小的煤层，可在隧道周围布置单排大管棚；对于突出性较大或瓦斯压力大时、松软煤层，采用双排管棚；

超前管棚是在隧道开挖面距突出煤层最小法向距离为2m时，沿设计开挖轮廓线外拱部180°范围布设，管头穿越全厚煤层进入完整岩体锚固，进入岩体锚固长度一般为3~5m，采用Φ108×8mm无缝钢管作为劲性骨架，并对管体进行高压注浆，尾部支撑于钢拱架上；

采取超前管棚防突措施时，应提前3~5m开挖轮廓线扩挖0.8~1.3m，在开挖台架上采用煤矿用安全液压钻机湿式钻孔，钻孔直径为Φ110mm，孔距在0.3~0.5m之间，孔口距隧道轮廓线外0.8~1m，进入煤层顶板2m，超出两帮轮廓线0.5~1m，外插角为1~3°；

在钻孔完成后，立即插入管体；用管棚钻机顶推下管，每根钢管的长度为 3.5m，各管节之间采用丝扣连接，管头挤压加工成锥形，管体上钻设注浆孔，孔径控制在3~5mm，孔间距15~20cm，呈梅花形布置，尾部留不下于100cm不钻孔止浆段；为增加钢管的抗弯能力，在导管内增设钢筋笼，钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋HRB400钢筋直径为16~20mm，固定环与主筋焊接，按1m间距设置；

管棚安装完成后，对开挖面挂网喷10cm厚C20气密性混凝土封闭，网片与临时锚杆、管棚绑扎联结，临时锚杆长1m/根，间排距为1m×1m，呈梅花型布置；φ8㎜钢筋网，网格间距为20cm×20cm，网片与网片的搭接长度为1~2个网格；

待喷射混凝土终凝后，再进行管棚注浆作业；注浆采用矿用液压注浆泵，注浆压力控制：初压为0.5～1.0MPa，终压为2.0～2.5MPa，注浆压力应由小到大，待浆满后封闭排气孔加压至设计终压持续30min以上，必须保证孔眼浆液饱满密实，扩散半径满足设计要求，达到固结围岩的效果；

注浆顺序：由底到高，由拱脚到拱顶，自下而上“跳孔”注浆；

临时封闭开挖面施工；

喷射混凝土临时封闭；喷射混凝土或注浆临时封闭开挖面，可以提高开挖面围岩自稳能力，缩短围岩风化暴露时间，进一步防治煤与瓦斯突出；在其它防突措施效果验证有效后实施；素喷临时封闭开挖面采用C25气密性喷射混凝土，机械喷锚手喷射，厚度控制在5~8cm；

喷射混凝土作业应采用分段、分片、分层依次进行，自下而上的顺序施喷；喷射时喷嘴料束应呈螺旋轨迹路线缓慢均匀的移动，呈“s”形进行，喷射的螺旋圈直径约为30cm；喷嘴与受喷面距离宜为0.6-1.8m，喷嘴与岩面垂直，以确保喷射混凝土最大密实度及最小回弹量；

掌子面周边围岩固结注浆；

掌子面周边围岩固结注浆封闭适用于松软煤层，其主要是增加掌子面周围煤体强度，改变煤体的力学性质；使其不易发生突出；

注浆钻孔施工与煤层的最小法向距离2m前进行，钻孔要钻到至少穿过煤体0.5m，注浆孔布置在开挖轮廓线外0.5~1.5m范围；注浆孔采用防爆型矿用坑道钻机钻孔，钻孔直径为φ42mm，间、排距为1×1m，孔深根据实际每循环开挖进尺+（0.5~1）m确定，呈梅花形布置，孔口安装带球阀的1~1.5m长φ20mm孔口管，孔口用水泥砂浆封堵密实，封口长度不小于1m；注浆采用矿用液压注浆泵；注浆压力控制：初压为0.5～1.0MPa，终压为1.5～2.0MPa，注浆压力应由小到大，待孔满后封闭排气孔加压至设计终压持续10min以上，必须确保孔眼浆液饱满密实，扩散半径达到设计要求，起到固结周边围岩的效果。