[发明专利]一种大断面隧道快速揭煤工艺及防突方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速公路、铁路大断面隧道快速揭煤技术。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿生产、高速公路及铁路隧道等掘进过程中的一种严重自然灾害，发生时能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统，使煤岩和瓦斯大量涌出，冲击伤人，煤流埋人，瓦斯造成人员窒息，甚至导致严重的瓦斯和煤尘爆炸，造成生产中断、人员伤亡等巨大损失。

隧道揭煤，即隧道自底(顶)板岩层与煤层法线距离10m外开始，进入或穿过突出煤层顶(底)板法线距离大于2m的全部作业过程。因高速公路、铁路隧道掘进断面极大，往往掘进断面达100m²以上，揭煤的突出危险性也极大，突出强度也极高。隧道揭煤因其自身特性，通常是穿越未受开采等影响的原始煤体，其瓦斯压力、应力均处于原始状态，揭穿这些煤层时，工作面由坚硬的岩层突然进入较松软的煤层，工作面前方应力集中范围易发生突变，这些都为煤与瓦斯突出的发生创造了必要且有利的条件。隧道揭煤发生突出的特点是强度大、瓦斯量大、波及面广，破坏作用大，危害严重。

煤与瓦斯突出是一种多因素共同作用产生的复杂动力现象，在隧道揭煤的实际工作中，不应单独运用一个指标进行突出预测，因为一个指标的测定受很多因素的影响而很难测准，而且对同一突出煤层的不同地点该指标也是不一样的，单用一个指标判断往往带有很大的偶然性，很难准确预测其危险性，且易造成判断失误，故在隧道揭煤中必须考虑多因素共同作用效应。

我国近距离煤层群分布广泛。贵州省绝大部分地区煤层层数多，主采煤层层数为3～20层；可采煤层厚度变化大，煤层层间距小，且多属高瓦斯、低透气性煤层。隧道穿越煤层段时，揭煤次数多，防治煤与瓦斯突出工作量大。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2～3个月的时间。揭煤所需时间长，将直接影响隧道的掘进进度。针对贵州省一些高速公路和铁路来说，掘进一条瓦斯隧道需穿过几层甚至十几层可采煤层，各个煤层均不同程度的具有煤与瓦斯突出危险性，如果严格按照《防突规定》和《铁路瓦斯隧道技术规范》的要求揭煤，则隧道穿过煤层段就需要2～3年的时间。可见，研究和寻找一种既安全又十分快速的隧道揭煤工艺和方法非常重要。

目前，国内外隧道揭煤防突技术存在的主要问题如下所述：

(1)按《防突规定》相关要求，应当采用瓦斯压力指标预测煤层突出危险性。在突出煤层不具备直接测压的情况下，可以采用测定煤层瓦斯含量来预测。2009年8月，《防突规定》的实施，已明确将煤层瓦斯含量作为煤层突出危险性预测的一项重要指标。但煤层瓦斯含量的大小和分布受到煤演化程度、地质作用、埋藏深度等因素的综合影响，难以准确进行测定。

(2)隧道揭煤常用技术是远距离放炮，尤其是爆破揭煤容易诱发煤与瓦斯突出事故。因此如何规避因放炮引起的延期突出也是隧道揭煤工艺中需要解决的问题。

综上，研究一种既安全又快速的揭煤工艺和方法，且能够解决常规揭煤手段所耗费的太多时间是当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实现大断面隧道快速揭煤工艺及防突方法。

本发明是通过以下方法实现的：

一种高速公路、铁路大断面隧道快速揭煤工艺及防突方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.第一步：在隧道施工至距煤层法线距离20m位置，在掌子面沿隧道中线左右各2米的地方施工2个前探水平钻孔，根据孔内钻杆长度、钻屑初探煤层位置；

b.第二步：在隧道施工至煤层法线距离10m的位置，钻孔沿隧道中线布置1个，隧道的上、下、左、右各布置1个钻孔施工5个前探钻孔，所述钻孔沿隧道中线布置1个，隧道的上、下、左、右各布置1个，所述钻孔的控制范围均为隧道工作面隧道轮廓线外8m；利用前探钻孔，取芯测定煤层瓦斯含量，取煤粉测定钻屑瓦斯解吸指标K₁或Δh₂；瓦斯含量和钻屑瓦斯解吸指标测定结束后，采用主动式测压法，利用前探钻孔测定煤层瓦斯压力；

c.第三步：根据预测指标测定结果，判断是否有危险，若预测有危险性时，施工至距煤层法线距离7m处，采取穿层抽采钻孔或超前排放钻孔措施，抽采或排放煤层的瓦斯；