高瓦斯及煤与瓦斯突出隧道切护式快速揭煤法的制作方法

本发明涉及一种快速揭露隧道煤层的方法，尤其涉及存在高瓦斯、煤与瓦斯突出风险的隧道揭煤法。

背景技术：

重庆巫溪至陕西镇坪高速公路（重庆段）是国家高速公路网银百高速联络线（安康·来凤）g6911中的一段，也是重庆市高速公路网规划（2013-2030年)“三环十二射七联线”高速公路网规划中“一联线（镇坪－巫溪．建始）”的北段。设计路线全长48.691km，隧道35934m/11座，其中3座高瓦斯隧道和2座瓦斯突出隧道。全线控制性工程有4个，其中有2座是具有高瓦斯或瓦斯突出危险的特长隧道。隧道穿越煤层段时，防治瓦斯或煤与瓦斯突出工作量大，对项目工期影响很大。

按照《防治煤与瓦斯突出规定》(以下简称《防突规定》)和《铁路瓦斯隧道技术规范》(tb10120-2002)的规定，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。揭煤所需时间长，将直接影响隧道的掘进进度。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。可见，研究和寻找一种安全、快速的隧道揭煤工艺和方法非常重要。

技术实现要素：

针对现有隧道揭煤技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种实现高瓦斯及煤与瓦斯突出隧道施工周期短、投入少的切护式揭煤法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

1）在隧道揭煤工作断面轮廓线位置向拟揭煤隧道断面轮廓线外1m沿环向施工措施孔达设计深度，措施孔起到切煤、排渣、排放瓦斯、管棚压入孔及管棚压入导向的作用；

2）通过所述措施孔对煤层进行割缝作业并排出割缝作业所产生的煤屑，以增加割缝作用半径区域煤层孔隙率形成松散煤体环；

3）以措施孔为导向孔压入规格φ108×6mm、管壁打孔的钢管形成环形管棚，通过管棚向拟揭煤隧道断面轮廓线外的松散煤体环高压注入水泥浆，浆液中掺入气密剂，将割煤后煤层空隙填满；

4）待所述混凝土凝固以后，在拟揭煤隧道断面轮廓线外的松散煤体环内，形成与金属管棚为骨架、径向宽度2m以上环形注浆加固墙体；

5）拟揭煤隧道断面轮廓线外的环形注浆加固墙体形成后，在隧道断面内施工穿越煤层并进入煤层顶（底）板的措施孔；

6）通过措施孔对隧道拟揭开断面范围的煤层进行割缝，该区域内的煤层被切割为煤屑排出后形成空腔；

7）在环形注浆加固墙体的保护下进行掘进作业，揭露并穿越煤层；

上述技术方案中，揭煤隧道断面轮廓线外的措施孔终孔间距≤4.0m，轮廓线内的措施孔间距根据割缝设备压力、煤层f值、工期要求、隧道通风能力等综合确定。

与现有技术比较，由于采用了上述技术方案，本发明存在以下技术优势：

1）本发明对隧道开挖轮廓线外侧煤体进行割缝后，煤体因孔隙率增加使透气性增加，煤层瓦斯快速析出，瓦斯排放效率提高，隧道开挖轮廓线外侧割缝作用半径区域煤体瓦斯含量及压力下降；

2）本发明采用金属管棚与煤岩体注浆固化相结合的方法来提高隧道开挖轮廓线外侧煤体强度，能够使煤体的普氏系数从0.2提高到5~6(＞0.5)，将环形注浆加固墙体作为隧道揭煤开挖作业空间的超前支护体，利于隧道揭煤安全作业；

3）本发明采用加入气密剂的水泥浆液对煤岩体注浆固化形成环形密闭墙体，将隧道开挖轮廓线内外的煤层瓦斯隔离开，利于减少隧道开挖轮廓线外侧煤层中的瓦斯向隧道内渗透扩散的风险；

4）本发明因对隧道开挖轮廓线内的煤体割缝作业，控制性排出大量煤屑，一方面该区域因剩余煤量减少而使该区域剩余瓦斯储量迅速减少，隧道开挖轮廓线内侧割缝作用半径区域煤体瓦斯含量及压力下降，达到区域防突的目的，同时煤体因孔隙率增加使透气性增加，措施孔瓦斯排放效率大大高于普通钻孔抽采瓦斯的防突措施效率，减少了瓦斯抽采工序与工期，节省了瓦斯抽采设备设施的投入，进而提高了隧道揭煤的总体效率和效益，缩短隧道揭煤的工期；另一方面隧道开挖轮廓线内侧煤体因割缝被大量排出，还可以有效减少隧道揭开煤层后因大量煤体瞬时暴露、瓦斯大量涌出导致隧道瓦斯超限引发的瓦斯诱因安全事故。

附图说明

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以便本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确界定。

图1是本发明的揭煤前隧道开挖轮廓线外煤层措施钻孔布置侧视图；

图2是本发明的揭煤前隧道开挖轮廓线外煤层措施钻孔布置断面正视图；

图3是本发明隧道开挖轮廓线外完成煤层割缝后的松散煤体环正视图；

图4是本发明隧道开挖轮廓线外压入管棚并注浆后的侧视图；

图5是本发明隧道开挖轮廓线外压入管棚并注浆后的断面正视图；

图6是本发明隧道开挖轮廓线内措施孔布置侧视图；

图7是本发明隧道开挖轮廓线内措施孔布置的断面正视图；

图8是本发明隧道开挖轮廓线内完成煤层切割后的侧视图；

图9是本发明隧道开挖轮廓线内完成煤层切割后的断面正视图；

图10是本发明揭煤的最终效果图。

图中：隧道揭煤工作面1煤层顶板2隧道开挖轮廓线外煤层3隧道开挖轮廓线内煤层4隧道开挖轮廓线外措施孔5隧道开挖轮廓线6金属管棚7松散煤体环8环形注浆加固墙体9管棚管内注浆体10隧道开挖轮廓线内措施孔11空腔12煤层底板13。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明：

1）如图1、图2所示，利用钻机在隧道揭煤工作面(1)(即开挖面)的轮廓线位置，沿开挖方向施工穿过煤层顶板(2)向煤层(3)的拟开挖轮廓线(6)外环向布置措施孔(5)达设计深度；

2）如图3所示，利用高压水射流钻割设备通过隧道开挖轮廓线外措施孔(5)对隧道开挖轮廓线外的煤层(3)进行高压割缝作业，直至在隧道开挖轮廓线外的煤层(3)中形成符合设计孔隙率要求的松散煤体环(8)。在割缝作业时，切割煤体所产生的煤屑沿割缝施工钻孔内的螺旋钻杆和相邻措施孔(5)排出，形成隧道开挖轮廓线外的松散煤体环(8)；

3）如图4、图5所示，将管壁开孔的φ108×6mm的钢管通过措施孔(5)压入并穿越煤层进入煤层底板(13)形成金属管棚(7)，通过金属管棚(7)的钢管向隧道开挖轮廓线外(6)的松散煤体环(8)注加入气密剂的水泥浆，形成环形注浆加固墙体(9)。环形注浆加固墙体(9)固化后形成隧道开挖轮廓线(6)内外的瓦斯隔离带，并和管棚管内注浆体(10)共同组成抵抗隧道开挖轮廓线外指向煤岩层向开挖空间方向地应力、瓦斯压力的超前加固支护墙体；

4）如图6、图7所示，向隧道开挖空间内的煤层施工措施孔(11)，并利用所述高压水射流钻割设备通过措施孔(11)对隧道开挖轮廓线(6)内的煤层(4)进行高压割缝作业，直至在隧道开挖轮廓线内的煤层被以煤屑方式排出70%以上，并形成图8、图9所示的空腔；

5）如图10所示，按常规方法进行煤层与揭煤工作面之间的煤层顶板(2)掘进作业，揭露并穿越煤层(4)。

在上述实施例中，揭煤隧道断面轮廓线外的措施孔终孔间距≤4.0m，轮廓线内的措施孔间距根据割缝设备压力、煤层f值、工期要求、隧道通风能力等综合确定。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，将高瓦斯及煤与瓦斯突出隧道开挖断面及开挖断面外一定区域的煤层瓦斯快速排出，在开挖轮廓线外形成足够强度的支护墙体，防止隧道揭煤及煤层开挖期间开挖空间外煤体向开挖空间突出，将隧道开挖轮廓线内外的煤层瓦斯隔离，达到高瓦斯及煤与瓦斯突出隧道快速揭煤的效果。

上述为本发明的较佳实施例，理解本领域的技术人员无需创造性劳动即可根据本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者实验等得出相关技术方案，因此这些相关技术方案都应在本权利要求的保护范围内。