一種大斷面隧道快速揭煤工藝及防突方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速公路、鐵路大斷面隧道快速揭煤技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)、高速公路及鐵路隧道等掘進(jìn)過程中的一種嚴(yán)重自然災(zāi)害，發(fā)生時(shí)能摧毀井巷設(shè)施、破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)，使煤巖和瓦斯大量涌出，沖擊傷人，煤流埋人，瓦斯造成人員窒息，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的瓦斯和煤塵爆炸，造成生產(chǎn)中斷、人員傷亡等巨大損失。
[0003]隧道揭煤，即隧道自底(頂)板巖層與煤層法線距離1m外開始，進(jìn)入或穿過突出煤層頂(底)板法線距離大于2m的全部作業(yè)過程。因高速公路、鐵路隧道掘進(jìn)斷面極大，往往掘進(jìn)斷面達(dá)10m2以上，揭煤的突出危險(xiǎn)性也極大，突出強(qiáng)度也極高。隧道揭煤因其自身特性，通常是穿越未受開采等影響的原始煤體，其瓦斯壓力、應(yīng)力均處于原始狀態(tài)，揭穿這些煤層時(shí)，工作面由堅(jiān)硬的巖層突然進(jìn)入較松軟的煤層，工作面前方應(yīng)力集中范圍易發(fā)生突變，這些都為煤與瓦斯突出的發(fā)生創(chuàng)造了必要且有利的條件。隧道揭煤發(fā)生突出的特點(diǎn)是強(qiáng)度大、瓦斯量大、波及面廣，破壞作用大，危害嚴(yán)重。
[0004]煤與瓦斯突出是一種多因素共同作用產(chǎn)生的復(fù)雜動(dòng)力現(xiàn)象，在隧道揭煤的實(shí)際工作中，不應(yīng)單獨(dú)運(yùn)用一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行突出預(yù)測(cè)，因?yàn)橐粋€(gè)指標(biāo)的測(cè)定受很多因素的影響而很難測(cè)準(zhǔn)，而且對(duì)同一突出煤層的不同地點(diǎn)該指標(biāo)也是不一樣的，單用一個(gè)指標(biāo)判斷往往帶有很大的偶然性，很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其危險(xiǎn)性，且易造成判斷失誤，故在隧道揭煤中必須考慮多因素共同作用效應(yīng)。
[0005]我國近距離煤層群分布廣泛。貴州省絕大部分地區(qū)煤層層數(shù)多，主采煤層層數(shù)為3?20層；可采煤層厚度變化大，煤層層間距小，且多屬高瓦斯、低透氣性煤層。隧道穿越煤層段時(shí)，揭煤次數(shù)多，防治煤與瓦斯突出工作量大。按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》(以下簡(jiǎn)稱《防突規(guī)定》)和《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》(TB10120-2002)的規(guī)定，一次隧道揭煤(包括打鉆測(cè)壓、預(yù)抽煤層瓦斯等)至少需花費(fèi)2?3個(gè)月的時(shí)間。揭煤所需時(shí)間長(zhǎng)，將直接影響隧道的掘進(jìn)進(jìn)度。針對(duì)貴州省一些高速公路和鐵路來說，掘進(jìn)一條瓦斯隧道需穿過幾層甚至十幾層可采煤層，各個(gè)煤層均不同程度的具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，如果嚴(yán)格按照《防突規(guī)定》和《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》的要求揭煤，則隧道穿過煤層段就需要2?3年的時(shí)間。可見，研究和尋找一種既安全又十分快速的隧道揭煤工藝和方法非常重要。
[0006]目前，國內(nèi)外隧道揭煤防突技術(shù)存在的主要問題如下所述:
[0007](I)按《防突規(guī)定》相關(guān)要求，應(yīng)當(dāng)采用瓦斯壓力指標(biāo)預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性。在突出煤層不具備直接測(cè)壓的情況下，可以采用測(cè)定煤層瓦斯含量來預(yù)測(cè)。2009年8月，《防突規(guī)定》的實(shí)施，已明確將煤層瓦斯含量作為煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。但煤層瓦斯含量的大小和分布受到煤演化程度、地質(zhì)作用、埋藏深度等因素的綜合影響，難以準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)定。
[0008](2)隧道揭煤常用技術(shù)是遠(yuǎn)距離放炮，尤其是爆破揭煤容易誘發(fā)煤與瓦斯突出事故。因此如何規(guī)避因放炮引起的延期突出也是隧道揭煤工藝中需要解決的問題。
[0009]綜上，研究一種既安全又快速的揭煤工藝和方法，且能夠解決常規(guī)揭煤手段所耗費(fèi)的太多時(shí)間是當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)大斷面隧道快速揭煤工藝及防突方法。
[0011]本發(fā)明是通過以下方法實(shí)現(xiàn)的:
[0012]—種高速公路、鐵路大斷面隧道快速揭煤工藝及防突方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0013]a.第一步:在隧道施工至距煤層法線距離20m位置，在掌子面沿隧道中線左右各2米的地方施工2個(gè)前探水平鉆孔，根據(jù)孔內(nèi)鉆桿長(zhǎng)度、鉆肩初探煤層位置；
[0014]b.第二步:在隧道施工至煤層法線距離1m的位置，鉆孔沿隧道中線布置I個(gè)，隧道的上、下、左、右各布置I個(gè)鉆孔施工5個(gè)前探鉆孔，所述鉆孔沿隧道中線布置I個(gè)，隧道的上、下、左、右各布置I個(gè)，所述鉆孔的控制范圍均為隧道工作面隧道輪廓線外Sm ;利用前探鉆孔，取芯測(cè)定煤層瓦斯含量，取煤粉測(cè)定鉆肩瓦斯解吸指標(biāo)&或△ h 2;瓦斯含量和鉆肩瓦斯解吸指標(biāo)測(cè)定結(jié)束后，采用主動(dòng)式測(cè)壓法，利用前探鉆孔測(cè)定煤層瓦斯壓力；
[0015]c.第三步:根據(jù)預(yù)測(cè)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果，判斷是否有危險(xiǎn)，若預(yù)測(cè)有危險(xiǎn)性時(shí)，施工至距煤層法線距離7m處，采取穿層抽采鉆孔或超前排放鉆孔措施，抽采或排放煤層的瓦斯；
[0016]d.第四步:采取抽采或排放措施一定時(shí)間后，將瓦斯?jié)舛冉抵涟踩秶鷥?nèi)，再次施工鉆孔，取煤樣，測(cè)定效果檢驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)措施效果進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)；當(dāng)檢驗(yàn)無危險(xiǎn)時(shí)，將隧道掘至煤層法線距離2m ;否則，應(yīng)采取補(bǔ)充抽、排放鉆孔消除危險(xiǎn)；在隧道距煤層法線距離2m處，再次對(duì)煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性進(jìn)行驗(yàn)證；若無危險(xiǎn)，則采取安全防護(hù)措施后揭開煤層；否則，應(yīng)采取補(bǔ)充抽、排放鉆孔消除揭煤工作面突出危險(xiǎn)；
[0017]e.第五步:揭開煤層前，采用煤巖體注漿固化的方法來提高煤體強(qiáng)度，將化學(xué)固化液混合注入煤體進(jìn)行固化加固；揭開煤層后，在過隧道門坎的半煤巷及煤巷掘進(jìn)期間，工作面掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8?1.6m。
[0018]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在:
[0019]1、本發(fā)明采用多指標(biāo)預(yù)測(cè)煤層的突出危險(xiǎn)性，改變傳統(tǒng)隧道揭煤突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)采用單一預(yù)測(cè)指標(biāo)存在的多變性和不確定性的缺點(diǎn)，發(fā)展為以煤層瓦斯壓力為主，鉆肩瓦斯解吸指標(biāo)(K1S Ah2)、煤層瓦斯含量W等多參數(shù)指標(biāo)為輔綜合判定隧道揭煤工作面的突出危險(xiǎn)性，保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，確保安全揭煤，使預(yù)測(cè)不突出準(zhǔn)確率達(dá)到100%。
[0020]2、本發(fā)明對(duì)預(yù)測(cè)有突出危險(xiǎn)煤層，在隧道揭煤前，通過合理設(shè)計(jì)、優(yōu)化部署預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔參數(shù)，對(duì)隧道揭煤工作面煤層瓦斯實(shí)施超前預(yù)抽，并使得預(yù)抽率> 30 %，實(shí)現(xiàn)待揭煤層的突出危險(xiǎn)性減小或消除，使得揭煤工作面的瓦斯壓力和含量降至允許安全范圍內(nèi)，為隧道快速揭煤創(chuàng)造條件。
[0021]3、本發(fā)明采用煤巖體注漿固化的方法來提高煤體強(qiáng)度，能夠使煤體的普氏系數(shù)從0.2提高到6 ( > 0.5)，瓦斯放散初速度從20降至5 ( < 10)。
[0022]4、本發(fā)明整套揭煤工藝及防突方法用于畢都高速水菁溝隧道，左右兩洞分別揭煤14層次，使整體工期大幅縮短。該方法操作簡(jiǎn)便，施工安全、揭煤整體時(shí)間短且防突效果好，具有廣泛實(shí)用性。
【附圖說明】
[0023]圖1為大斷面隧道快速揭煤工藝及防突方法路線圖
[0024]圖2為大斷面隧道快速揭煤工藝及防突流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步解釋說明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]第一步:結(jié)合水菁溝隧道待揭煤層瓦斯賦存及煤層賦存條件，距煤層法線距離