一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法与流程

本发明涉及隧道工程，特别涉及是一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法。

背景技术：

1、西南山区铁(公)路沿线所经过的地质条件复杂，构造类型繁多，断裂构造发育，岩石类型齐全，岩浆岩、变质岩、沉积岩均有，铁路、公路等规划建设过程中涌现出一大批煤系地层隧道。长期以来，修建隧道过程中遇到有害气体一直是困绕隧道安全施工的一大难题，也是隧道工程常见病害的主要类型之一。从新中国铁路第一次的滇黔线岩脚寨隧道瓦斯爆炸到四川都江堰至汶川高速公路董家山隧道工地的瓦斯爆炸，它们都带来了巨大的生命和财产损失。所以在隧道勘察设计阶段加强对瓦斯有害气体的研究工作是十分必要的。

2、目前隧道瓦斯有害气体的勘察主要以收集资料、地质调绘及勘探测试为自主。收集资料阶段主要收集区域地质、矿产地质、水文地质及有害气体区测资料；地质调绘主要针对含瓦斯地层的岩性，煤系地层、油气层、油页岩层所处构造的位置及闭圈构造；上述方法多为定性或半定性半定量研究，需要大量的人力物力，且勘察精度有限。勘探测试主要以钻探为主，结合物探测井、现场测试，主要目的为查明煤、油页岩、油气等矿体及有害气体特征，该方法精度高，但需要布置大量钻孔并开展瓦斯浓度和瓦斯涌出量测试，导致勘察周期长，且大幅增加勘察成本。因此，急需一种勘察精度高、成本低的煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法，以有效缩减勘察周期、节约勘察成本和提升勘察精度。

2、本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

3、本发明一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法，包括如下步骤：

4、①基于区域煤岩地质背景和隧道地质条件，将隧道洞身进行工程地质分段；

5、②在工程地质分段上布置试验孔，测量煤系地层电阻率，并在同一试验孔开展瓦斯有害气体含量检测，拟合分析得到吨煤瓦斯含量和电阻率的关系如式(1)所示：

6、q0＝6.07×e(-p/199.46)+0.33       (1)

7、式中，q0为煤系地层吨煤瓦斯含量，单位为m3/t；p为煤系地层电阻率；

8、③在工程地质分段上布置若干钻探勘察孔，根据产状推测隧道洞身煤系地层段落，通过孔内综合测井试验测得勘察孔内的电阻率；

9、④基于勘察孔内的实测磁电阻率，计算隧道各试验孔的吨煤瓦斯含量，绘制煤系隧道吨煤瓦斯含量变化曲线，按如下煤系地层隧道瓦斯工段危险性等级判别表对隧道分段进行瓦斯综合评价：

10、

11、步骤①所述工程地质分段的依据包括煤系地层隧道含煤层、含炭层、含油层、沥青质岩层等地层，背斜构造、断裂带、节理密集带、强烈地壳活动区构造活动影响区域的低阻异常区/电阻率变化带。

12、步骤③所述根据产状推测隧道洞身煤系地层段落，通过钻探勘察孔揭示煤系地层产状、位置和厚度，其中：

13、煤系地层视倾角根据式(2)计算：

14、

15、式中，α为煤系地层真倾角，单位为°；ω为煤系地层真倾向和视倾向之间的夹角，单位为°；β为煤系地层走向和隧道洞身轴线之间的夹角，单位为°；

16、煤系地层真倾向和视倾向之间的夹角ω与煤系地层走向和隧道洞身轴线之间的夹角β关系如式(3)：

17、ω+β＝90°(3)

18、钻探勘察孔揭示煤系地层真厚度h按式(4)计算：

19、

20、式中，m为钻探勘察孔揭示的煤系地层厚度，单位为m；

21、根据钻探勘察孔揭示煤系地层的真厚度、视倾角、走向，计算隧道洞身煤系地层的里程范围及长度，其中隧道洞身段煤系地层长度l按式计(5)算：

22、

23、本发明有益效果是，将隧道洞身段划分为若干工程地质段落，在每个工程地质分段进行钻孔，减少钻孔数量；通过拟合分析得到煤系地层电阻率和吨煤瓦斯含量之间的关系，在确保连续勘探的同时减少瓦斯浓度和涌出量测试试验；该勘察与评价方法能够有效缩减勘察周期，节约勘察成本，提升勘察精度。

技术特征：

1.一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法，其特征在于：步骤①所述工程地质分段的依据包括煤系地层隧道含煤层、含炭层、含油层、沥青质岩层等地层，背斜构造、断裂带、节理密集带、强烈地壳活动区构造活动影响区域的低阻异常区/电阻率变化带。

3.如权利要求1所述的一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法，其特征在于：步骤③所述勘察孔的间距为孔深的1.5～3倍，且勘察孔的孔深均需超过隧道基底10～50m。

4.如权利要求1所述的一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法，其特征在于：步骤③所述根据产状推测隧道洞身煤系地层段落，通过钻探勘察孔揭示煤系地层产状、位置和厚度，其中：

5.如权利要求1所述的一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法，其特征在于：所述钻探勘察孔包括垂直勘察孔、水平勘察孔、上仰勘察孔和下斜勘察孔。

技术总结
一种煤系地层隧道瓦斯分段分级评价方法，其步骤为：基于区域煤岩地质背景和区域地质条件，将隧道洞身进行工程地质分段；布置试验孔，测量煤系地层电阻率和吨煤瓦斯含量，拟合吨煤瓦斯含量和电阻率的关系为Q<subgt;0</subgt;＝6.07×e<supgt;(‑p/199.46)</supgt;+0.33；在工程地质分段布置勘察孔，根据产状计算隧道洞身煤系地层段落，通过孔内综合测井试验测得勘察孔内电阻率；基于孔内实测电阻率，计算隧道各试验孔的吨煤瓦斯含量，绘制煤系隧道吨煤瓦斯含量变化曲线，对隧道分段进行瓦斯综合评价。通过将隧道洞身划分工程地质分段，拟合得到吨煤瓦斯含量和电阻率关系，在确保连续勘探的同时减少瓦斯浓度检测及涌出量计算，缩减勘察周期，节约勘察成本。

技术研发人员：徐正宣,周航,何平,张广泽,陈明浩,谢荣强,任金龙,宋章,胡中杰
受保护的技术使用者：中铁二院工程集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11