[发明专利]超大断面隧道穿煤系地层段的施工方法及封孔结构

说明书

本发明公开了一种超大断面隧道穿煤系地层段的施工方法及封孔结构，该方法包括水力压裂和瓦斯抽采的步骤，水力压裂采用布设在同一区域的压裂机组依次对多个压裂孔进行集中压裂，在压裂前确定煤系地层段集中压裂的集中次数和一次集中压裂的至少两个待穿越煤层，以及瓦斯突出煤层和一次集中的钻孔位置及深度；瓦斯抽采包括两个以上煤层的集中抽采，以及对即将采掘煤层的单独抽采。封孔结构通过封孔装置形成，封孔装置的压裂管里端形成有花管段，花管段分成花管里段和花管外段，花管外段的外壁上缠绕有至少一层纱布；封孔段由水泥浆固化段和聚氨酯密封段构成。本发明的有益效果是，掘进方法可确保隧道掘进快速、安全通过煤系地层段；封孔结构的封孔效果好、承压能力强。

技术领域

本发明涉及一种超大端面隧道掘进技术，特别是一种超大断面隧道穿煤系地层段的施工方法以及用于该方法中的水力压裂钻孔封孔结构。

背景技术

随着我国交通事业的发展，穿越含瓦斯地层修筑隧道的情况越来越多，高瓦斯隧道数量也在不断增加。虽然目前国内施工的瓦斯隧道多以高瓦斯为主，但存在瓦斯突出、有瓦斯突出现象的较少，一般采用常规煤矿巷道掘进的办法，施工速率低，工期较长。据不完全统计，国内涉及有煤与瓦斯突危险的隧道有发耳公路隧道、乌蒙山铁路隧道等，但未完全形成一套关于煤与瓦斯突隧道施工的工艺方法，国外瓦斯隧道施工可借鉴的经验较少。为此，需要一种安全、快速通过煤系地层段的施工技术。

发明内容

本发明的第一目的是针对现有技术的不足，提供一种超大断面隧道穿煤系地层段的施工方法，通过在同一区域对多个煤层进行一次集中多次压裂的方式，减少压裂设备转移次数，显著减少压裂准备工作量，从而提高隧道掘进效率，为快速通过煤系地层段打下良好基础；并通过在距待掘煤层至少两个设定的距离处进行瓦斯抽采和安全掘进的判断，确保隧道掘进安全。本发明的第二目的是提供一种超大断面隧道穿越多煤层的集中水力压裂钻孔封孔结构，形成该封孔结构的压裂钻孔，其封孔速度快、封孔牢固、密封效果好，可方便、可靠的实现集中水力压裂，利于提高隧道掘进效率，为快速通过煤系地层段提供可靠保障。

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案：

一种超大断面隧道穿煤系地层段的施工方法，包括水力压裂和瓦斯抽采的步骤，

所述水力压裂采用布设在隧道同一区域的压裂机组依次对多个压裂孔进行集中压裂，在压裂前，根据待穿越煤系地层段的地勘资料，确定煤系地层段集中压裂的集中次数一次集中压裂的至少两个待穿越煤层，并在一次集中水力压裂的待穿越首个煤层的第一设定距离处，对待穿越煤层进行精探，以获得各待揭煤层厚度和相邻煤层间距的准确参数，以及各待揭煤层的瓦斯放散速度和压力的瓦斯突出参数；根据瓦斯突出参数确定瓦斯突出煤层和一次集中水力压裂的压裂钻孔位置及深度，并对压裂钻孔进行施钻和封孔；

所述瓦斯抽采包括水力压裂后对两个以上煤层的集中抽采，以及在隧道掘进至任一煤层的第二设定距离处对即将采掘的待掘煤层的单独抽采。

采用上述技术方案的本发明，通过在同一区域对多个煤层进行一次集中多次压裂的方式，减少压裂设备转移次数，显著减少压裂准备工作量，从而提高隧道掘进效率，为快速通过煤系地层段打下良好基础；并通过在距待掘煤层至少两个设定的距离处进行瓦斯抽采和安全掘进的判断，确保隧道掘进安全。

优选的，所述单独抽采还包括在隧道掘进至距即将采掘的待掘煤层的第三设定距离处进行。进一步提高隧道掘进的安全性。

进一步优选的，所述第三设定距离为2.5～3.5m。进一步提高掘进安全性的可靠性。

优选的，所述瓦斯抽采后还包括瓦斯突出参数检测，以判断隧道是否可进行安全掘进；是，则继续掘进；否，则继续抽采，并通过瓦斯突出参数检测再次判断隧道是否可进行安全掘进。借鉴煤矿汗液中含瓦斯煤层开采的瓦斯突出判断标准和方法，确保掘进的安全性。