CN115163172B - 一种瓦斯隧道超前预抽快速揭煤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种瓦斯隧道超前预抽快速揭煤方法，通过煤层瓦斯含量预估抽采时间，确定超前预抽距离L；在掌子面距煤层L处左线右线之间设定导硐通道及两个反向风门，在导硐风门之间布置钻孔，使用定向钻机从岩层中打孔，到达煤层后沿煤层走向钻进。钻孔到达隧道揭煤防突区域后，使用磨料空气射流进行割缝；割缝完成后对煤层瓦斯进行抽采，监测抽采出的瓦斯量，直至煤层剩余瓦斯含量不超过8m3/t，则无突出风险，隧道瓦斯超前预抽完成。此方法通过瓦斯超前预抽，可以节省隧道揭煤防突中的瓦斯抽采时间，当掘进至传统隧道揭煤防突施工位置时，只需对煤层突出危险性进行预测，可以缩短隧道揭煤的工期。
Description
技术领域
本发明属于瓦斯隧道揭煤防突技术领域，尤其涉及一种瓦斯隧道超前预抽快速揭煤方法。
背景技术
随着国家基础建设的发展，隧道工程建设越来越多，其中隧道穿越含煤地层也愈发常见，隧道中发生的瓦斯突出现象也越来越频繁，隧道瓦斯灾害日益严重，已经严重制约隧道的安全高效施工。穿越煤层的隧道在施工过程中需要进行揭煤防突施工，从而保证常规瓦斯突出煤层情况下隧道施工安全。传统的隧道揭煤防突流程需要掘进到距煤层法向距离10m处对煤层进行探测；掘进工作面距离煤层法向距离7m处进行布置钻孔、瓦斯抽采等防突措施；在距离煤层法向距离5m处对揭煤工作面的危险性预测，当检验为无突出危险工作面时才可继续掘进；在距离煤层法向距离2m处进行最后区域验证，才能爆破进入煤层。
按照《防治煤与瓦斯突出规定》，一次隧道揭煤(包括打钻测压、预抽煤层瓦斯等)至少需花费7～8个月的时间，如果瓦斯含量高压力大、煤层透气性差，则隧道穿过煤层段就需要1～2年的时间。揭煤所需时间较长，直接影响隧道的掘进进度，隧道揭煤防突中瓦斯抽采耗费时间最多，占据隧道揭煤周期一半以上，减少瓦斯抽采时间是提高效率的重要方法。目前已有的揭煤方法多是基于揭煤过程本身优化技术方案，如专利为CN202010132629.7的专利公开的“高瓦斯及煤与瓦斯突出隧道切护式快速揭煤法”通过切煤、排渣增加煤层透气性，从而提高揭煤效率，但没有脱离传统揭煤过程，且提升效率有限。因此如何节省隧道揭煤防突中的瓦斯抽采时间，是保证瓦斯隧道快速揭煤，提升揭煤效率的重要前提。
发明内容
本发明的目的是提供一种瓦斯隧道超前预抽快速揭煤方法，解决目前隧道掘进过程中穿越煤层段耗费工期、瓦斯抽采所用时间长的问题。通过超前预抽节省揭煤过程中瓦斯抽采所用时间，保证瓦斯隧道快速揭煤，安全高效的施工。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种瓦斯隧道超前预抽快速揭煤方法，包括以下步骤：
（1）在隧道施工前对需要穿越煤层进行地质勘测，通过超前地质测试分析确定煤层厚度、原始瓦斯含量、瓦斯压力等煤层参数，并根据原始瓦斯含量预估瓦斯抽采所需时间t，根据煤层厚度和隧道直径确定钻孔控制抽采范围；
（2）按照《防治煤与瓦斯突出规定》应当在隧道工作面距煤层法向距离不小于7m处进行瓦斯抽采，实施区域防突措施。本方法在隧道工作面距煤层（超前距）L（L>7m）时设定钻孔起始位置，在隧道掘进过程中实施对煤层瓦斯的超前预抽，超前距距离L根据隧道在岩层内的正常掘进速度和瓦斯抽采所需时间确定，确保当隧道掌子面掘进至煤层法向距离7m处，瓦斯抽采已经完成。通过对煤层瓦斯的超前预抽，在掌子面掘进至传统隧道揭煤防突施工位置时，无需再进行抽采，只需要对煤层突出危险性进行预测以及爆破前的最后区域验证即可，从而提高隧道揭煤的总体效率，缩短隧道揭煤的工期；
（3）在煤层超前距L处隧道左线和右线之间设定一个导硐通道，导硐通道连通隧道左线和右线，导硐和隧道左线、右线相接处分别设有反向风门，保证隧道左线和右线的独立通风。瓦斯超前预抽钻孔打钻位置设定在导硐两个风门之间，确保抽出的瓦斯不会进入隧道之中，确保人员安全；
（4）《防治煤与瓦斯突出规定》规定隧道揭煤区域进行抽采等瓦斯区域防突措施时，钻孔的最小控制范围是隧道揭煤处巷道轮廓线外12m。本方法采用钻孔直径为90mm，单个钻孔影响半径为2m，钻孔间距L2为4m，保证钻孔抽采范围相互连通，按照《防治煤与瓦斯突出规定》规定钻孔控制范围设计钻孔布置方案；
（5）使用定向钻机进行钻孔，钻孔从导硐位置开始，从导硐前方岩层向煤层钻进，确保隧道掘进过程中不会破坏钻孔；当钻孔进入煤层时沿着煤层走向改变方向，直至钻孔有效控制范围符合《防治煤与瓦斯突出规定》，实现瓦斯抽采和隧道掘进同时进行，减少隧道揭煤过程中瓦斯抽采时间；
（6）钻孔打孔完成后，使用高压磨料气体射流煤层割缝泄压装置（具体装置为申请号为201921630714.5专利公开的磨料气体射流割缝泄压装置）进行煤层的卸压增透，割缝深度为1m，每个钻孔间隔3m割缝一次。通过割缝可以增加煤层渗透性、实现均匀泄压，使得瓦斯抽采效率提升，减少瓦斯抽采所需时间，强化瓦斯抽采效果；传统水射流割缝技术会使煤层泥化，堵塞抽采钻孔，同时水会降低煤层渗透性，且在隧道中排水困难。而本方法使用的磨料气体装置割缝时对煤层无影响、无需排水且能耗较低；
（7）割缝结束后对钻孔进行封堵，封孔深度为10m，封孔完成后进行瓦斯超前预抽，监测抽采出的瓦斯当量，通过计算当钻孔控制范围煤层瓦斯压力小于0.74MPa，瓦斯含量小于8m3/t,即该区域为无突出危险区，瓦斯预抽达到预期效果。
本发明具有的优点是：
1.通过定向钻机在导硐前方岩层开始钻孔，钻孔向上钻进，高度超过隧道掌子高度后向煤层钻进，进入煤层后进行割缝，确保隧道掘进过程中不会破坏钻孔，瓦斯超前预抽也不影响正常施工，即实现瓦斯抽采和隧道掘进同时进行；
2.通过对煤层瓦斯的超前预抽，在掌子面掘进至传统隧道揭煤防突施工位置时，只需要在距煤层法向距离5m处对煤层突出危险性进行预测，爆破前的最后区域验证即可，无需再进行抽采，提高了隧道揭煤的总体效率，缩短隧道揭煤的工期；
3.通过使用高压磨料气体射流煤层割缝泄压装置在煤层内全域进行割缝，可以实现煤层均匀泄压；
4. 磨料气体装置割缝时对煤层无影响、不会降低煤层渗透性，且无需排水，能耗更小。
附图说明
图1是本发明的整体俯视截面图；
图2是本发明中导硐钻孔布置图；
图3是隧道揭煤剖面图。
11-岩层；12-钻孔；13-煤层；14-右线反向风门；15-左线反向风门； 16-割缝。
具体实施方式
实施例
如图所示，假设实际工程中隧道直径为12m，掘进速度为每月100m，隧道左线、右线需要穿过厚度为10m的煤层，在隧道施工前对需要穿越煤层进行地质勘测，通过超前地质测试分析确定煤层原始瓦斯含量为15m3/t，根据原始瓦斯含量预估瓦斯抽采所需时间为3个月。如图1所示，则超前距L为307m，在隧道左线和右线之间设定一个导硐通道，导硐通道连通隧道左线和右线，导硐和隧道右线相接处设有右线反向风门14、和隧道左线相接处设有左线反向风门15，保证隧道左线和右线的独立通风。瓦斯超前预抽钻孔12打钻位置设定在导硐线反向风门14、左线反向风门15之间，确保抽出的瓦斯不会进入隧道之中；
进一步的，按照《防治煤与瓦斯突出规定》规定钻孔控制范围设计钻孔布置方案，所述钻孔12布置方案如图2所示，钻孔直径为90mm，相邻钻孔间距L2为4m，保证钻孔抽采范围相互连通；如图2、图3所示，所述钻孔12共54个，布置为3排、18列，3排钻孔可保证钻孔控制范围厚度大于10m，及不小于煤层厚度；18列钻孔其中控制隧道左线瓦斯抽采9列，控制隧道右线瓦斯抽采9列，确保隧道向外12m处轮廓线在钻孔有效控制范围之内。及钻孔有效控制范围共12960m3；
进一步的，在导硐中通过定向钻机在岩层中开始钻孔，进入岩层后向上钻进，当钻头位置高于隧道高度后，沿着隧道掘进方向从岩层向煤层钻进，进入揭煤位置后钻孔均匀分布在隧道左右两侧12m范围内，当钻头进入煤层时沿着煤层走向改变钻进方向，直至钻孔有效控制范围符合《防治煤与瓦斯突出规定》揭煤防突区域后，撤出定向钻机，使用高压磨料气体射流煤层割缝泄压装置（参考申请号为201921630714.5专利公开的磨料气体射流割缝泄压装置）对煤层内钻孔12进行割缝，增加煤层渗透性，割缝深度为1m，每个钻孔间隔3m割缝一次；割缝完成后进行瓦斯预抽，此时隧道左线右线可继续施工，隧道掘进和瓦斯抽采同时进行，互不干扰；过程中监测抽采出瓦斯当量，当抽采瓦斯量达到90720m3时，即剩余煤层瓦斯含量小于8m3/t,即该区域为无突出危险区，瓦斯预抽达到预期效果；当掘进至传统隧道揭煤防突施工位置时瓦斯抽采已经完成，只需对煤层突出危险性进行预测，爆破前的最后区域验证即可，从而节省了瓦斯抽采所需时间，缩短隧道揭煤的工期，达到了快速揭煤的效果。
Claims (3)
1.一种瓦斯隧道超前预抽快速揭煤方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在隧道施工前对需要穿越煤层进行地质勘测，通过超前地质测试分析确定煤层厚度、原始瓦斯含量、瓦斯压力煤层参数，并根据原始瓦斯含量预估瓦斯抽采所需时间t，根据煤层厚度和隧道直径确定钻孔控制抽采范围；
S2.在煤层超前距L处隧道左线和右线之间设定一个导硐通道，导硐通道连通隧道左线和右线，导硐和隧道左线、右线相接处分别设有反向风门，瓦斯超前预抽钻孔打钻位置设定在导硐两个风门之间，确保抽出的瓦斯不会进入隧道之中；
S3.采用钻孔直径为90mm，单个钻孔影响半径为2m，钻孔间距L2为4m，保证钻孔抽采范围相互连通，使钻孔的最小控制范围为隧道揭煤处巷道轮廓线外12m；
S4.使用定向钻机进行钻孔，钻孔从导硐位置开始，从导硐前方岩层向煤层钻进，确保隧道掘进过程中不会破坏钻孔，当钻孔进入煤层时通过定向钻机改变钻孔钻进方向，使钻孔同煤层走向一致；
S5.钻孔打孔完成后，使用高压磨料气体射流煤层割缝泄压装置进行煤层的卸压增透，割缝深度为1m，每个钻孔间隔3m割缝一次；
S6.割缝结束后对钻孔进行封堵，封孔深度为10m，封孔完成后进行瓦斯超前预抽，瓦斯抽采和隧道掘进同时进行，确保当隧道掌子面掘进至煤层法向距离7m处，瓦斯抽采已经完成。
2.如权利要求1所述的瓦斯隧道超前预抽快速揭煤方法，其特征在于：所述钻孔为54个，布置为3排、18列，18列钻孔其中控制隧道左线瓦斯抽采9列，控制隧道右线瓦斯抽采9列。
3.如权利要求1所述的瓦斯隧道超前预抽快速揭煤方法，其特征在于：所述步骤S6中监测抽采出的瓦斯当量，通过计算当钻孔控制范围煤层瓦斯压力小于0.74MPa，瓦斯含量小于8m3/t，停止抽采，即该区域为无突出危险区，完成瓦斯超前预抽。
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