[发明专利]隧道穿越瓦斯地层段的施工工艺

摘要

本发明涉及一种穿越瓦斯地层段隧道的施工工艺。主要是为解决现有的施工工艺会导致大量的瓦斯侵入隧道正常运营空间产生安全隐患甚至事故的问题而发明的。超前地质预报及超前探孔探测，采用便携式甲烷检测报警仪进行洞内瓦斯浓度监测；开挖后及时进行喷锚支护，封闭围岩、堵塞岩隙，防止瓦斯继续逸出；开挖时坚持超前钻探，分次起爆，瓦斯隧道爆破开挖之后,及时进行架设钢架和喷混凝土支护,保证开挖段的安全稳定；隧道洞内衬砌采用整体混凝土衬砌台车施工，拱墙一次成型，必要时隧道全环封闭并在纵向盲管采用水汽分离装置，以便瓦斯排出。优点是可避免瓦斯在衬砌背后聚集，能保证隧道的运营安全。

主权项

1.隧道穿越瓦斯地层段的施工工艺，其特征是：超前地质预报及超前探孔探测：采用常规地质素描、弹性波反射法TSP、超前钻探三种方法进行地质超前预报；含煤地层采用地震波物探手段进行前方岩层界面预报并钻孔验证，至少3个φ89㎜钻孔，辅助坑道至少一个φ75㎜钻孔，超前水平钻孔并取岩芯进行验证；为了掌握掌子面前方地质状况，探明前方是否过煤层及大体位置，过煤层段增设φ89毫米、长度为30m的超前探孔，每个断面设6个孔，每隔25m一个循环；当遇到煤层时，开挖工作面距推测煤层位置垂距10m时，必须掌握层位、倾角、厚度、顶板岩柱、地质构造煤层赋存情况，为安全揭煤提供可靠地基础资料，当隧道掘进至煤系地层时打至少5个瓦斯探孔，孔径为φ89毫米，必须穿透煤层全厚，并且进入底板岩层不小于0.5m，其终孔位置应控制在开挖轮廓线外5m；煤层厚度小于30cm，瓦斯压力较小时，不采取防突措施，配合安全防护措施，直接以震动放炮揭煤；采用便携式甲烷检测报警仪进行洞内瓦斯浓度监测；瓦斯重点检查部位：开挖工作面风流、回风流、爆破地点附近20m内的风流中及局部塌方冒顶处；坑道总回风的风流中；局扇及电气开关附近20m风流；各种作业台车和机械附近20m内风流中；电动机及开关附近；隧道洞室中，如避车洞瓦斯易聚集处；煤线或接近地质破碎地带；开挖面掘进至已定位煤层顶板垂距5m时，上台阶必须打至少2个孔穿透煤层全厚的瓦斯预测孔，孔径φ50毫米，下台阶开挖至距煤层顶板垂距5m处，打至少一个预测孔，对煤层及瓦斯赋存条件、突出可能性进行预测；掌子面掘进距离瓦斯积累位置小于3m处，停止掘进，在涌出孔附近试做排放孔，进行瓦斯排放，排放孔直径φ90㎜，排放孔位置根据瓦斯涌出部位、涌出量、涌出压力来确定；当煤层倾角小、煤层厚、一次排放钻孔过长、俯角过大时，采用分段分部多次排放，但首次排放钻孔的穿煤深度不得小于1.0m；排放孔施工前加强排放工作面及已开挖段的支护，防止坍塌造成突出；排放孔施工过程中注意观察各种异常情况及动力现象，当某孔施工中动力现象严重，可暂停该孔施工，待其他孔施工完后再补钻该孔；每钻完一个孔后检测该孔瓦斯浓度，以后每天进行两次，掌握排放效果和修正排放时间；保证洞内有足够的风量和风速，施工期间连续通风，瓦斯地段的风速最小不低于1m/s，最大不超过6.0m/s，低瓦斯工区任意处瓦斯浓度超过0.5％时，应加强通风监测；当爆破作业面附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1％时，必须停止钻孔作业；当瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止一切作业，撤出工作人员，切断电源，采取措施进行处理，瓦斯浓度达到3％，必须在24小时内封闭完毕；电动机附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.5％时，必须停止运转，撤出人员，切断电源进行处理；当瓦斯积聚大于0.5m³/min，浓度大于2％时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源进行处理；因瓦斯浓度超过规定的允许值而切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓度降到l％以下时，方可启动机器；使用瓦斯自动检测报警断电装置的开挖工作面，必须人工复电；开挖后及时进行喷锚支护，封闭围岩、堵塞岩隙，防止瓦斯继续逸出；爆破后,施工支护及时施作，衬砌根据设计按耐腐蚀混凝土灌注,抗渗不小于P10，衬砌紧跟开挖面,以便及时封闭瓦斯逸出；隧道上断面进入揭煤时，应设压风自救系统，第一组压风自救系统距工作面为30‑50m，以后每隔50m设一组；煤层地段掘进工作面，应设置风机喷雾装置，浮煤应浇水并及时运出洞外，防止煤尘爆炸；瓦斯浓度超过规定值,要进行瓦斯的充分排放,射入风量及通风时间均要得到保证，确保瓦斯其他的顺利排放；具体施工方法：开挖：开挖时，坚持超前钻探，分次起爆，随时支护，保证安全的原则，瓦斯工区钻爆作业应符合下列规定：采用光面爆破技术避免瓦斯积聚；必须采用湿式钻孔；瓦斯工区爆破作业必须使用煤矿许用炸药，并符合下列规定：①低瓦斯工区岩层掘进，使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药；②低瓦斯工区揭煤和煤层、半煤层掘进，使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药；③高瓦斯工区爆破，使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药；④有煤与瓦斯突出危险的地段爆破，使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药；⑤禁止使用黑火药和冻结、半冻结的硝化甘油类炸药，同一工作面不使用两种不同品种的炸药；⑥瓦斯工区爆破应使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管，并使用防爆型发爆器起爆；严禁使用火雷管，使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms；⑦瓦斯工区爆破必须使用炮泥填塞炮孔，填塞材料用黏土或不燃性材料；炮孔的装药及填塞应符合下列要求；a、装药前清除炮孔内的煤粉；b、炮孔深度小于0.6m时，不装药爆破；特殊情况下，必须采取安全措施并满封炮泥；c、炮孔深度为0.6～1m时，封泥长度不应小于炮孔长度的1/2；炮孔深度大于1m时，封泥长度不应小于0.5m；炮孔深度大于2.5m时，封泥长度不应小于1m；光面爆破时，周边炮孔应用炮泥封实，且封泥长度不小于0.3m；d、工作面有2个以上自由面时，最小抵抗线在煤层中不得小于0.5m，在岩层中不得小于0.3m；浅眼装药爆破大岩块时，最小抵抗线和封泥长度均不得小于0.3m；e、炮孔用水炮泥封堵时，水炮泥外剩余的炮孔部分应用黏土炮泥封实，其长度不小于0.3m；f、装药前进行检查，有下列情况之一时不装药爆破：①炮孔内发现异状、温度骤高骤低、有显著瓦斯逸出、煤岩松动；②在距爆破地点20m内堆放的机具设备、石渣、材料堵塞坑道断面1/3以上；③工作面风量不足；爆破前，爆破母线必须扭结成短路，并包覆绝缘层；支护：瓦斯隧道爆破开挖之后,应及时进行架设钢架和喷混凝土支护,保证开挖段的安全稳定；衬砌：隧道洞内衬砌采用整体混凝土衬砌台车施工，拱墙一次成型，隧道全环封闭并在纵向盲管采用水汽分离装置，以便瓦斯排出，洞身开挖支护完成后,经施工监测各测试项目所显示的位移率明显减缓并已基本稳定；已产生的各项位移已达到预计位移量的80％～90％；水平收敛速率小于0.2mm/d或拱顶下沉速率小于0.15mm/d后进行边墙及拱部衬砌施工。