本發(fā)明涉及一種隧道施工方法，具體涉及一種煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工方法。

背景技術(shù)：

1、中國(guó)是世界上煤炭資源最豐富的國(guó)家之一，煤炭資源儲(chǔ)量大，種類齊全，分布廣泛。同時(shí)，煤礦資源開發(fā)也產(chǎn)生了大量難以治理的采空區(qū)。中國(guó)煤礦采空區(qū)分布呈現(xiàn)老采空區(qū)、小窯采空大量存在，新采空區(qū)和規(guī)劃中的準(zhǔn)采空區(qū)覆蓋區(qū)域不斷增加的態(tài)勢(shì)，采空范圍的擴(kuò)大嚴(yán)重威脅隧道建設(shè)。采空區(qū)洞室內(nèi)積水嚴(yán)重，圍巖軟弱破碎，極易風(fēng)化剝落，無自穩(wěn)能力，開挖后極易發(fā)生坍方。如何安全穿越采空區(qū)一直是隧道建設(shè)領(lǐng)域的關(guān)鍵難題。此外，一大批在巖溶地區(qū)修建的長(zhǎng)大隧道更是將我國(guó)隧道建設(shè)規(guī)模推上了新的高潮，巖溶地區(qū)80％的隧道施工會(huì)遇到水害，因水文、地質(zhì)問題引起的施工地質(zhì)災(zāi)害造成停工的時(shí)間，約占施工總工期的30％。隧道突水、突泥已成為施工過程中常見且具極大危害性的地質(zhì)災(zāi)害。

2、目前，針對(duì)巖溶地區(qū)和煤礦采空區(qū)單一地質(zhì)條件下的隧道施工技術(shù)較為成熟，但是針對(duì)二者相結(jié)合的更加復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道施工技術(shù)研究較少。如何精確定位采空區(qū)、巖溶及裂隙水位置，研究隧道施工期采空區(qū)塌陷、大范圍充填溶洞、暗河、特大涌水的預(yù)報(bào)、有害氣體監(jiān)測(cè)和通風(fēng)、生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的研究具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了改善現(xiàn)有技術(shù)不足，克服現(xiàn)有技術(shù)局限性，本發(fā)明提供了一種綜合、安全、高效的煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工方法。該方法操作方便、參數(shù)整合處理分析能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸效率高，能夠很好保證煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工質(zhì)量和人員安全，也能保證后臺(tái)數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性，幫助決策者及時(shí)做出判斷。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工方法，包括如下步驟：

4、步驟1)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)：

5、步驟11)收集施工場(chǎng)地原有地質(zhì)資料；

6、步驟12)利用物探法獲取鉆桿內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)、超前水平鉆探結(jié)果、tsp法三維數(shù)據(jù)及二維地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；

7、步驟2)煤礦采空區(qū)及溶洞處理：

8、步驟21)煤礦采空區(qū)處理：

9、步驟2101)利用鉆探法和物探法確定煤礦采空區(qū)位置；

10、步驟2102)將注漿管埋入采空區(qū)并澆筑空口管；

11、步驟2103)通過鉆孔注入漿液；

12、步驟22)溶洞處理：

13、步驟2201)對(duì)待開采土體進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造分析，獲得其中溶洞相關(guān)信息；

14、步驟2202)對(duì)土體進(jìn)行開挖，并對(duì)隧洞進(jìn)行初襯；

15、步驟2203)將排水管預(yù)埋在溶洞底部，從溶洞頂部通入注漿管；

16、步驟2204)將漿料通過注漿管注入溶洞內(nèi)部，同時(shí)將溶洞內(nèi)部的水通過排水管排出；

17、步驟3)隧道內(nèi)有害氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及通風(fēng)：

18、在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和隧道施工過程中進(jìn)行隧道內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)，具體步驟如下：

19、步驟31)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)有害氣體監(jiān)測(cè)：

20、步驟3101)使用改進(jìn)的鉆頭進(jìn)行瓦斯的超前預(yù)報(bào)，在鉆探的同時(shí)進(jìn)行瓦斯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

21、步驟3102)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)探頭附近溫度，若過高則切斷電流停止鉆探，待冷卻后繼續(xù)進(jìn)行；

22、步驟3103)對(duì)co、o2、ch4進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)co、o2、ch4指標(biāo)超過閾值時(shí)將數(shù)據(jù)傳回存儲(chǔ)器并對(duì)泄露位置進(jìn)行掃描定位，同時(shí)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)、排風(fēng)系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)泄露量自動(dòng)調(diào)節(jié)排風(fēng)量，鉆孔機(jī)自動(dòng)關(guān)電停止工作，待進(jìn)一步研判是否符合繼續(xù)鉆探要求，若條件允許，則繼續(xù)操作；

23、步驟32)隧道內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)：

24、步驟3201)在隧道全長(zhǎng)等間距布置傳感器密封箱，傳感器密封箱內(nèi)含：co、o2、ch4濃度傳感器，溫度傳感器，報(bào)警器，氣敏電阻，熱敏電阻，紅外傳感器；

25、步驟3202)當(dāng)有害氣體濃度達(dá)到閾值，氣敏傳感器電阻降低，通過報(bào)警器、通風(fēng)系統(tǒng)電流增大，系統(tǒng)報(bào)警、通風(fēng)量分級(jí)增大，同時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳回?cái)?shù)據(jù)中心；

26、步驟3202)當(dāng)溫度超過閾值時(shí)，熱敏電阻下降，通過報(bào)警器、通風(fēng)系統(tǒng)電流增大，系統(tǒng)報(bào)警、通風(fēng)量分級(jí)增大，同時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳回?cái)?shù)據(jù)中心；

27、步驟3203)系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，對(duì)隧道內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行掃描，收集隧道內(nèi)部數(shù)據(jù)，傳回指揮中心對(duì)施工條件進(jìn)行研判；

28、步驟4)生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：

29、步驟41)在隧道內(nèi)布置雷達(dá)與接收天線；

30、步驟42)將醫(yī)用心率檢測(cè)原件、血氧檢測(cè)元件、位移傳感器融合在一個(gè)設(shè)備中；

31、步驟43)通過醫(yī)用心率檢測(cè)原件、血氧檢測(cè)元件和位移傳感器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，再傳輸給存儲(chǔ)器，最后由編碼解碼器對(duì)生命體征數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如存在危險(xiǎn)便激活控制器發(fā)出警報(bào)，同時(shí)生命體征數(shù)據(jù)由編碼解碼器傳輸?shù)秸{(diào)制解調(diào)器，通過毫米波發(fā)送到接收天線，由接收天線對(duì)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼、傳輸，在總控制室收到數(shù)據(jù)時(shí)判斷是否存在危險(xiǎn)，若存在危險(xiǎn)由總控制室觸發(fā)開關(guān)激活傳輸至危險(xiǎn)人員處，做到二次提醒；

32、步驟5)各項(xiàng)數(shù)據(jù)融合及分析：

33、將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、隧道內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)、生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，具體步驟如下：

34、步驟51)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、隧道內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一方面通過系統(tǒng)自檢傳輸至報(bào)警系統(tǒng)；另一方面輸出至大數(shù)據(jù)收集—處理系統(tǒng)；

35、步驟52)大數(shù)據(jù)收集—處理系統(tǒng)同時(shí)將已填充溶洞及煤礦采空區(qū)變形、有害氣體、透水量數(shù)據(jù)與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)、隧道內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一同進(jìn)行綜合性分析，若出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)便將預(yù)警信號(hào)傳輸至報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示；同時(shí)將風(fēng)險(xiǎn)研判結(jié)果連同數(shù)據(jù)一并傳輸至人工處，由人工進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)核并進(jìn)行二次研判，若人工結(jié)果與系統(tǒng)研判結(jié)果一致，以系統(tǒng)為準(zhǔn)，反之人工介入以干預(yù)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行提示。

36、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

37、1、施工簡(jiǎn)單，施工步驟通俗易懂；

38、2、適用范圍廣，適用于各種情況下煤礦采空區(qū)巖溶隧道的施工；

39、3、工序間連續(xù)性易保證，采取智能化集成技術(shù)準(zhǔn)確控制各步驟進(jìn)度，保證各步驟間緊密銜接；

40、4、施工安全性高，本發(fā)明旨在嚴(yán)格檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)、及時(shí)研判風(fēng)險(xiǎn)、主動(dòng)避險(xiǎn)，加上對(duì)溶洞和煤礦采空區(qū)前期處理和施工過程中的相關(guān)參數(shù)監(jiān)測(cè)，確保溶洞、煤礦采空區(qū)與隧道結(jié)合的穩(wěn)定性，避免隧道外首先發(fā)生破壞；

41、5、施工速度快，在溶洞填充時(shí)采用新型快硬材料，避免要等到完全固結(jié)再進(jìn)行隧道施工而耽誤進(jìn)度；

42、6、人工成本低，施工過程中需要較少的人工現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)，為其廣泛推廣提供了保證。

技術(shù)特征：

1.一種煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工方法，其特征在于所述步驟11)的具體步驟如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工方法，其特征在于所述步驟12)的具體步驟如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工方法，其特征在于所述鉆頭由潛孔鉆機(jī)和陶瓷導(dǎo)管構(gòu)成，其中：陶瓷導(dǎo)管的內(nèi)部設(shè)置有瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、流速傳感器、熱敏電阻器和氣敏電阻器，在鉆探的同時(shí)進(jìn)行瓦斯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；鉆頭旁安裝有微型攝像頭，實(shí)時(shí)觀測(cè)鉆口處情況。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工方法，其特征在于所述步驟5)的具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工方法，所述方法包括如下步驟：步驟1)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；步驟2)煤礦采空區(qū)及溶洞處理；步驟3)隧道內(nèi)有害氣體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及通風(fēng)；步驟4)生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；步驟5)各項(xiàng)數(shù)據(jù)融合及分析。該方法操作方便、參數(shù)整合處理分析能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸效率高，能夠很好保證煤礦采空區(qū)巖溶隧道施工質(zhì)量和人員安全，也能保證后臺(tái)數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性，幫助決策者及時(shí)做出判斷。本發(fā)明有利于克服原有步驟間的信息傳遞效率低而帶來的決策遲緩問題，通過優(yōu)良材料進(jìn)行的預(yù)處理、成熟穩(wěn)定高效數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的搭建，進(jìn)行多種參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，既保證施工安全性也提高施工效率，具有廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：唐亮,孫若童,田爽,曲寶軍,劉俊,凌賢長(zhǎng),翟恒杰,孫寧寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9