[发明专利]一种穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氢超前处治系统和方法

说明书

本发明涉及一种穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氢超前处治系统和方法，属于隧道施工技术领域。本发明公开了一种穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氢超前处治系统，包括依次通过高压管连接的水箱、注液泵、流量计、压力表、截止阀和注液管，能够超前向煤层内注入吸收液，一方面使煤层内的硫化氢与吸收液中和，减少隧道开挖揭煤过程中硫化氢涌出量；另一方面，超前向煤层内注液可以增加煤层内的裂隙，为煤层瓦斯超前抽放提供瓦斯流通通道，提高瓦斯抽放效率，节约瓦斯抽放时间。

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氢超前处治系统和方法。

背景技术

近年来，我国基础设施建设逐渐向西部山区转移，西部山区大规模修建高等级公路，而穿山隧道是西部山岭地区修建公路和铁路的重要组成部分。诸如贵州、四川、重庆、宁夏等省市是我国重要的煤炭和天然气生产基地，在这些地区修建隧道难免穿越煤系地层或油气储层，隧道在建设施工期间面临瓦斯灾害和硫化氢灾害的威胁。在西部地区已修建的华蓥山公路隧道、沪汉蓉通道财神庙隧道、武隆-水江路白云隧道、渝黔铁路天坪隧道等隧道，在施工过程中均出现了硫化氢和瓦斯灾害，煤层瓦斯压力高达1.87MPa，硫化氢浓度高达50.71ppm。而在建的青海曼德拉至大通公路宁缠隧道，施工期间出现水气喷涌现象，实测瓦斯浓度高达2.5％，硫化氢浓度超过100ppm，远超规范要求的0.5％和6.6ppm。煤层瓦斯压力大、涌出量高，容易引发煤与瓦斯突出或瓦斯爆炸等灾害；而硫化氢是一种急性剧毒，吸入少量高浓度硫化氢可于短时间内致命，低浓度的硫化氢对人的眼、呼吸系统及中枢神经都有影响。因此，瓦斯和硫化氢已经成为严重威胁隧道施工安全和隧道建设进度的重要因素。

国内外关于瓦斯和硫化氢灾害防治的研究主要集中在煤矿开采领域，而交通隧道领域的相关研究还比较缺乏。对穿越煤系地层隧道施工期高瓦斯高硫化氢的处治主要有以下三方面：

(1)超前钻孔预抽预排，降低煤层瓦斯压力，减少煤层瓦斯涌出量；

(2)加强施工通风，降低隧道内空气中的瓦斯硫化氢浓度；

(3)掌子面喷洒碱液或生石灰，中和空气中硫化氢。

但由于我国煤层透气性很低，大多属于难以抽采的煤层，超前钻孔预抽预排时间长、难以达到预期效果，导致穿越煤系地层隧道对瓦斯和硫化氢灾害的防治更多依靠加强施工通风和掌子面喷洒碱液或生石灰，属于被动治理瓦斯或硫化氢灾害。因此，亟需一种主动超前高效处治穿越煤系地层隧道瓦斯和硫化氢的方法和系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氢超前处治系统；本发明的目的之二在于提供一种穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氢超前处治方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氢超前处治系统，所述系统包括依次通过高压管7连接的水箱1、注液泵2、流量计3、压力表4、截止阀5和注液管6。

优选的，所述水箱与注液泵之间设置有安全阀8。

优选的，所述系统设置在煤层的掌子面上。

优选的，所述注液管的另一端安装于煤层中的注液孔内，沿钻孔轴线将吸收液送至注液孔底。

2.一种穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氢超前处治方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将掌子面挖至与煤层的垂直距离为10m；

(2)通过公式①计算得到注液孔的数量n，