專利名稱：：一種瓦斯隧道防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及隧道施工領(lǐng)域，尤其是一種瓦斯隧道防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隧道煤與瓦斯突出是指在掘進過程中煤與瓦斯的突然噴出。這種噴出在短時間內(nèi)(數(shù)分鐘甚至數(shù)秒鐘)產(chǎn)生很大的沖擊力量，破壞工作面，從煤層深處排出大量的煤、巖流和瓦斯，能摧毀巷道設(shè)施，造成窒息、燃燒和爆炸及煤、巖流埋入等事故。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前世界各國發(fā)生煤與瓦斯突出已達三萬余次，其中突出強度最大的一次是1969年在前蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū)加加林礦發(fā)生的煤與瓦斯突出，突出的煤量達14200噸，突出瓦斯為25萬立方米。我國是世界上煤與瓦斯突出最嚴(yán)重的國家之一，截止1995年底，國有重點煤礦中先后138個礦井發(fā)生了10815次煤與瓦斯突出，死亡1266人。最大的一次突出于1975年發(fā)生在四川天府礦務(wù)局的三匯一礦，突出煤量達12780噸，突出瓦斯達140萬立方米，居世界第二位。顯然，我國煤與瓦斯突出無論從數(shù)量還是從規(guī)模上均居世界之首。隨著我國交通、鐵路建設(shè)的發(fā)展，穿越煤系地層的隧道越來越多，遇到有突出風(fēng)險和威脅的高瓦斯隧道也越來越多，如南昆線上的家竹菁隧道，廣瀹高速公路上的華鎣山隧道等。相比較而言，煤炭系統(tǒng)多年以來積累了一套行之有效的生產(chǎn)管理失見章制度，有專門的防爆防突設(shè)備，有長期與煤和瓦斯打交道的專業(yè)隊伍，而交通基建系統(tǒng)則由于上個世紀(jì)瓦斯隧道數(shù)量較少，缺乏經(jīng)驗，缺乏設(shè)備，更缺乏專門的針對煤與瓦斯的規(guī)章制度。此外，隧道斷面大，工期緊，線路位置一旦確定，隧道的方向和位置就不能隨意更改，常常發(fā)生斜交揭煤的困難情況，增加了防突的困難。因此，瓦斯隧道比煤礦發(fā)生突出的風(fēng)險更大，更具有危險性。原適用于煤礦巷道的指標(biāo)對于隧道施工不一定合適，必須參照煤規(guī)范防突細(xì)則的標(biāo)準(zhǔn)，進行深入的地質(zhì)分析并綜合類似工程經(jīng)驗，認(rèn)真解析，才能制定合理科學(xué)的防突體系，安全通過有突出風(fēng)險的洞段。新近開工建設(shè)的紫坪鋪隧道是都汶高速公路的咽喉工程，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂褶鈹發(fā)育。洞身全段穿越須家河組，穿越多層炭質(zhì)泥巖及薄煤層；此外在砂巖段中零星分布沖刷煤屑或煤包體。初勘CK2號孔和詳勘SZK8鉆孔分別對煤層及炭質(zhì)泥巖進行了瓦斯壓力測試，瓦斯壓力0.172~0.67Mpa間，炭質(zhì)泥巖也具有一定的瓦斯壓力。2007年4月18日左線隧道掘進至LK14+878,掌子面左下方出現(xiàn)約10cm2的小洞有"嘶嘶"聲響，向外急劇噴射瓦斯，分別用便攜式瓦檢儀和光干涉式瓦檢儀對孔口以及裂隙進行4企測，瓦斯?jié)舛纫堰_10%以上。19日凌晨，該小洞內(nèi)噴出黑色液體，并夾雜有細(xì)小煤屑和炭質(zhì)泥巖細(xì)塊，噴出距離約3.Om左右?，F(xiàn)場分析，可能存在較大的突出風(fēng)險。如果不建立一套實用有效的突出分析體系并確定相應(yīng)的防突工程措施，難免發(fā)生煤與瓦斯突出安全事故。針對這種工程背景，安全施工必須緊密結(jié)合地質(zhì)分析工作，在掘進區(qū)域進行深入系統(tǒng)的突出危險性分析研究，并在危險區(qū)域采糾目應(yīng)防治措施，這對工程安全施工具有重要的實際意義。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供了一種較完善的并能有效防治瓦斯突出的一種瓦斯隧道防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種瓦斯隧道防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)，采用如下步驟步驟1,首先對隧道的煤或巖層進行沿隧道走向60M范圍內(nèi)的區(qū)域預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為無危險區(qū)、威脅區(qū)及危險區(qū)；步驟2，針對危險區(qū)和威脅區(qū)分別進行處理(1)、針對危險區(qū)進行工作面預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為無危險面和危險面，所述無危險面在采取安全措施的前提下進行開挖工作；(2)、針對威脅區(qū)采取安全措施，在做好安全措施的前提下向前推進挖掘40M，然后進行工作面預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為威脅面和危險面；在整個隧道的開挖中，當(dāng)上述預(yù)測結(jié)果為威脅面時在做好安全措施的前提下繼續(xù)挖掘推進40M后再次進行工作面預(yù)測，當(dāng)預(yù)測結(jié)果為危險面時進入下述步驟3;突措施消除或減少危險；步驟4,檢驗防突措施的效果，當(dāng)防突措施的效果4全驗結(jié)果沒有達到預(yù)期效果或無效時再次進行防突措施；當(dāng)防突措施的效果才企-瞼結(jié)果在控制范圍內(nèi)時則在采取安全措施的前提下進行開挖工作；根據(jù)隧道的地質(zhì)和瓦斯條件采用鉆孔排放或深孔控制卸壓爆破兩種防突措施o所述安全措施包括遠(yuǎn)距離放炮、橫通道設(shè)反向風(fēng)門后作為避難硐室、施工人員配備自救器、加強超前支護與結(jié)構(gòu)支護。有益效果本發(fā)明提出全面綜合突出防治技術(shù)執(zhí)行系統(tǒng)，其中包括突出的預(yù)測、預(yù)報、防突技術(shù)措施、措施效果檢查以及安全措施等方面的綜合配套應(yīng)用，實現(xiàn)了全面有效的防治瓦斯突出問題。本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中圖1為本發(fā)明的流程圖。具體實施例方式如圖1所示一種瓦斯隧道防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)，采用如下步驟步驟1，首先對隧道的煤或巖層進行沿隧道走向60M范圍內(nèi)的區(qū)域預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為無危險區(qū)、威脅區(qū)及危險區(qū)；步驟2，針對危險區(qū)和威脅區(qū)分別進行處理(1)、針對危險區(qū)進行工作面預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為無危險面和危險面，所述無危險面在釆取安全措施的前提下進行開挖工作；(2)、針對威脅區(qū)采取安全措施，在做好安全措施的前提下向前推進挖掘40M，然后進行工作面預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為威脅面和危險面；在整個隧道的開挖中當(dāng)預(yù)測結(jié)果為威脅面時則在做好安全措施的前提下繼續(xù)挖掘推進40M后再次進行工作面預(yù)測，當(dāng)預(yù)測結(jié)果為危險面時進入下述步驟3;突措施消除或減少危險；步驟4，檢驗防突措施的效果，當(dāng)防突措施的效果檢驗結(jié)果沒有達到預(yù)期效果或無效時再次進行防突措施；當(dāng)防突措施的效果4企-驗結(jié)果在控制范圍內(nèi)時則在采取安全措施的前提下進行開挖工作；根據(jù)隧道的地質(zhì)和瓦斯條件采用鉆孔排放或深孔控制卸壓爆破兩種防突措施。所述安全措施包括遠(yuǎn)距離放炮、橫通道設(shè)反向風(fēng)門后作為避難硐室、施工人員配備自救器、加強超前支護與結(jié)構(gòu)支護。在每一步驟中具體做法如下1、突出危險性預(yù)測針對隧道圍巖破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，且瓦斯以裂隙瓦斯為主，本發(fā)明在HSP和TSP預(yù)報的基礎(chǔ)上，釆用超前鉆孔結(jié)合如下表預(yù)測工作面突出危險性。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和《防治煤與瓦斯突出實施細(xì)則》規(guī)定，石門揭煤應(yīng)在端面上打不少于5個鉆孔。在已判定有突出危險工作面超前鉆孔中，考慮公路隧道開挖面遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤礦巷道，且需準(zhǔn)確把握煤層的走向和分布，保證隧道開挖安全，鉆孔終孔點控制隧道開挖線外5m,結(jié)合隧道開挖方法，縱、橫向排距為4m，全斷面鉆孔數(shù)量為30個，鉆孔每循環(huán)深度為60~80m，開孔直徑①75mm,終孑L直徑①65mm。根據(jù)本隧道實際地質(zhì)(圍巖破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育)、瓦斯(總體瓦斯小，以裂隙瓦斯為主)特點，結(jié)合隧道開挖采用保留核心土環(huán)形掏槽開挖施工，首先對上臺階瓦斯情況進行預(yù)測，對上半斷面面積計算，其預(yù)測孔為18個；按隧道開挖步驟，重點對第1步開挖范圍內(nèi)(開挖面積控制在16^內(nèi))瓦斯情況進行預(yù)測，按開挖面積計算，預(yù)測孔可為6個就可對開挖面的上、中、下及左、右區(qū)域范圍內(nèi)進行控制；如上臺階瓦斯預(yù)測無突出危險，則可取消下臺階瓦斯預(yù)測孔。隧道在工作面保持10/Z7的鉆孔超前距為安全距離，嚴(yán)禁超掘。如全部鉆孔預(yù)測均無突出危險且各項指標(biāo)比較均勻，在結(jié)合附表1分析的基礎(chǔ)上，可視為該工作面無突出危險，否則應(yīng)^見為該工作面有突出危險，實施防治突出措施。由于瓦斯突出會造成極其嚴(yán)重的安全事故，應(yīng)同時進行鉆孔瓦斯涌出初速度法、鉆屑指標(biāo)法或"R"指標(biāo)法判定。突出危險性預(yù)測方法中有任何一項指標(biāo)超過臨界指標(biāo)，該開挖工作面即為有突出危險工作面。其預(yù)測時的臨界指標(biāo)參照下表所列突出臨界值。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>2、煤與瓦斯突出防治煤與瓦斯突出的防治主要是對具有突出危險的煤層采取專門的技術(shù)措施，使之在一定范圍內(nèi)先行釋放煤與瓦斯突出的能量，從而達到消除或減少突出的危險性。隧道中煤與瓦斯突出防治措施包括震動性放炮、鉆孔排放、管棚支撐、水力沖孔等。根據(jù)本隧道的地質(zhì)和瓦斯條件，針對鉆孔排放瓦斯和深孔卸壓兩種瓦斯突出防治方案進行比選。1)鉆孔排放鐵路瓦斯隧道針對煤與瓦斯突出建議采用鉆孔排放方案，如參照規(guī)范鉆孔排放參數(shù)為終孔控制隧道周邊5/z;以上，排放半徑為0.3~1.0/77,—般排放時間為15~結(jié)合本隧道地質(zhì)情況，該段總體煤層厚度小(為煤線)、巖休構(gòu)造作用強烈，貫通性好，主要以裂隙瓦斯為主，加上該段圍巖地質(zhì)條件本身已經(jīng)很差，故在瓦斯排放措施主要以控制隧道各個方位為主，當(dāng)在6個預(yù)測孔中有瓦斯超標(biāo)時，就在該孔周邊進行補孔排放，原則上l個預(yù)測孔補充4個鉆孔(其中有l(wèi)個可作為效果4全-驗鉆孔)作為瓦斯排放措施。2)深孔控制卸壓爆破在突出危險工作面上，利用15~25m超前鉆孔(鉆孔布置與超前預(yù)測孔一致)，其中部分鉆孔內(nèi)裝藥爆破，部分鉆孔內(nèi)不裝藥，起控制爆破裂縫方向作用。該措施的特點與松動爆破相比一是增大了孔深和孔徑，二是增加了破裂導(dǎo)向控制也，從而增大爆破的松動卸壓和瓦斯排放效果。爆破后的松動效果可通過增打觀測孔測量爆破前后鉆孔瓦斯涌出量的變化測得?？刂菩秹罕沏@孔布置與超前預(yù)測孔布置一致(鉆孔數(shù)量減少1個)。3)工程施工針對瓦斯以裂隙瓦斯為主時，另外受地質(zhì)構(gòu)造影響，地質(zhì)條件差，圍巖穩(wěn)定性差，在瓦斯排放安全的條件下，綜合考慮現(xiàn)有瓦斯防突的經(jīng)驗、隧道特點、隧道工期、工程成本的要求，本隧道采用鉆孔瓦斯排放方案，充分利用探測煤層分布、走向的超前探孔進行瓦斯排放。經(jīng)過兩個月的瓦斯排放，隧道掌子面瓦斯?jié)舛扔行Ы档偷?°/以下。3、防治突出措施的效^r驗由于鉆孔排放瓦斯在實施過程中，可能由于某些原因而使措施未能達到預(yù)期的效果和作用范圍，因此，有必要在措施實施后進行措施效果的檢查，當(dāng)檢查確認(rèn)防突措施沒有達到預(yù)期效果或無效時，必須采取補救措施，以保證揭煤過程中的安全。防突措施效果檢驗按下表方法進行。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>檢驗結(jié)果其中有任何一項指標(biāo)，或在打檢驗孔時發(fā)生頂鉆、卡鉆及噴孔等動力現(xiàn)象時，應(yīng)認(rèn)為防突措施無效，必須采取補充防突措施(如采用抽放或水力沖孔等)。如經(jīng)效果枱、險測量瓦斯情況在指標(biāo)控制范圍內(nèi)，則在安全防護措施條件下進行隧道工程其它工序作業(yè)。4、安全防護措施為有效降低瓦斯突出風(fēng)險，保障施工安全，本隧道采取了多項安全防護措施，包括遠(yuǎn)距離放炮(洞外放炮)、橫通道設(shè)反向風(fēng)門后作為避難硐室、施工人員配備自救器、加強超前支護與結(jié)構(gòu)支護等。1)爆破措施經(jīng)分析有突出危險工作面，采取防突措施并經(jīng)效果4全-驗有效后，隧道放炮作業(yè)除必須按照高瓦斯隧道爆"破安全的有關(guān)規(guī)定外，還必須采用遠(yuǎn)距離放炮作業(yè)，開挖工序中任何一步放炮時，隧道內(nèi)所有施工人員必須全部撤離隧道或在避難竭室內(nèi)，避難硐室按要求設(shè)置反向風(fēng)門和配備必要的自救器。2)隧道開挖根據(jù)防突隧道要求，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)情況，設(shè)計制定了兩種施工工序施工方法，方案一為側(cè)壁導(dǎo)坑開挖方法，方案二為保留核心土環(huán)形掏槽開挖方法(4臺程度、工程造價、通風(fēng)控制等多方面比較，最終采用保留核心土環(huán)形掏槽開挖方法施工。3)施工安全距離按煤礦《防治煤與瓦斯突出實施細(xì)則》的要求，應(yīng)預(yù)留足夠的安全距離作為下階段預(yù)測距離，根據(jù)煤礦防突工作面(一般為8/2、高度在2歷左右)預(yù)留安全距離為5/z經(jīng)驗，結(jié)合本隧道擬定開挖方法和地質(zhì)條件(圍巖破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育)的現(xiàn)場實際情況，暫定工作面保持IO歷的鉆孔超前距為安全距離，嚴(yán)禁超掘。4)隧道結(jié)構(gòu)加強措施由于本地段地質(zhì)構(gòu)造影響強烈，圍巖地質(zhì)條件差，加上在防突措施的采用對圍巖結(jié)構(gòu)進一步產(chǎn)生破壞，為保證施工安全與隧道永久結(jié)構(gòu)安全，需要對隧道結(jié)構(gòu)進行加強處理，在瓦斯突出地段增強村砌結(jié)構(gòu)①超前支護釆用雙層自式進錨桿并進行注漿，一方面增加超前支護結(jié)構(gòu)鋼度，另一方面對未開挖圍巖進行預(yù)加固處理；②初期支護采用122鋼架(全封閉)，噴砼厚度為28cm;③二次襯砌結(jié)構(gòu)采用50cm厚鋼筋砼結(jié)構(gòu)；④對下臺階增設(shè)圍巖加固措施，采用4m長(])27自進式注漿錨桿徑向加固圍巖，使支護結(jié)構(gòu)更加可靠；⑤為減少瓦斯溢出量，初期支護噴砼和二次襯砌砼均采用氣密性砼。本發(fā)明建立了防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)，包括突出危險性預(yù)測；防治突出措施；防治突出措施的效果檢驗；安全防護措施。在鉆孔排放和深孔卸壓爆破方案比選的基礎(chǔ)上，結(jié)合本隧道地質(zhì)和瓦斯條件，采用鉆孔排放作為隧道瓦斯防治措施，經(jīng)工程實踐證明合理有效。為降低瓦斯突出風(fēng)險，保障施工安全，本隧道采取了多項安全防護措施，包括遠(yuǎn)距離放炮(洞外放炮)、橫通道設(shè)反向風(fēng)門后作為避難硐室、施工人員配備自救器、加強超前支護與結(jié)構(gòu)支護等，有效保障了隧道掘進安全通過瓦斯突出風(fēng)險區(qū)域。權(quán)利要求1、一種瓦斯隧道防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于采用如下步驟步驟1，首先對隧道的煤或巖層進行沿隧道走向60M范圍內(nèi)的區(qū)域預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為無危險區(qū)、威脅區(qū)及危險區(qū)；步驟2，針對危險區(qū)和威脅區(qū)分別進行處理(1)、針對危險區(qū)進行工作面預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為無危險面和危險面，所述無危險面在采取安全措施的前提下進行開挖工作；(2)、針對威脅區(qū)采取安全措施，在做好安全措施的前提下向前推進挖掘40M，然后進行工作面預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為威脅面和危險面；在整個隧道的開挖中，當(dāng)預(yù)測結(jié)果為威脅面時在做好安全措施的前提下繼續(xù)挖掘推進40M后再次進行工作面預(yù)測，當(dāng)預(yù)測結(jié)果為危險面時進入下述步驟3；步驟3，將所述威脅區(qū)及危險區(qū)中通過工作面預(yù)測所得出的危險面采取防突措施消除或減少危險；步驟4，檢驗防突措施的效果，當(dāng)防突措施的效果檢驗結(jié)果沒有達到預(yù)期效果或無效時再次進行防突措施；當(dāng)防突措施的效果檢驗結(jié)果在控制范圍內(nèi)時則在采取安全措施的前提下進行開挖工作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瓦斯隧道防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)隧道的地質(zhì)和瓦斯條件采用鉆孔排放或深孔控制卸壓爆破兩種防突措施。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瓦斯隧道防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于所述安全措施包括遠(yuǎn)距離放炮、橫通道設(shè)反向風(fēng)門后作為避難硐室、施工人員配備自救器、加強超前支護與結(jié)構(gòu)支護。全文摘要本發(fā)明公開了一種瓦斯隧道防突綜合措施執(zhí)行系統(tǒng)，首先對隧道的煤或巖層進行沿隧道走向60M范圍內(nèi)的區(qū)域預(yù)測，將預(yù)測結(jié)果分為無危險區(qū)、威脅區(qū)及危險區(qū)；針對危險區(qū)和威脅區(qū)分別進行處理將所述威脅區(qū)及危險區(qū)中通過工作面預(yù)測所得出的危險面采取防突措施消除或減少危險；檢驗防突措施的效果，當(dāng)防突措施的效果檢驗結(jié)果沒有達到預(yù)期效果或無效時再次進行防突措施；當(dāng)防突措施的效果檢驗結(jié)果在控制范圍內(nèi)時則在采取安全措施的前提下進行開挖工作。本發(fā)明提出全面綜合突出防治技術(shù)執(zhí)行系統(tǒng)，包括突出的預(yù)測、預(yù)報、防突技術(shù)措施、措施效果檢查以及安全措施等方面的綜合配套應(yīng)用，實現(xiàn)了全面有效的防治瓦斯突出問題。文檔編號E21F7/00GK101514637SQ20091005882公開日2009年8月26日申請日期2009年4月2日優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日發(fā)明者睿丁,何開偉,卿三惠,波廖申請人:中鐵二局股份有限公司;中鐵二局第四工程有限公司