[发明专利]高瓦斯及煤与瓦斯突出隧道切护式快速揭煤法

说明书

本发明公开了一种高瓦斯及煤与瓦斯突出隧道切护法快速揭煤方法。通过向拟揭煤隧道断面轮廓线以外施工措施孔并对其进行高压水力割缝，向措施孔内压入钢管形成管棚，并通过管棚向高压水力割缝形成的松散煤体注水泥浆形成煤层内环形超前支护加固墙体；向拟煤隧道断面轮廓线内的煤层施工措施孔并进行高压水力割缝形成空腔，在揭煤隧道断面轮廓线外的煤层环形超前支护加固墙体保护下揭开煤层空腔，实现隧道揭煤。通过本发明，能实现存在高瓦斯和煤与突出风险的隧道安全、快速揭煤，降低隧道揭煤成本。

技术领域

本发明涉及一种快速揭露隧道煤层的方法，尤其涉及存在高瓦斯、煤与瓦斯突出风险的隧道揭煤法。

背景技术

重庆巫溪至陕西镇坪高速公路（重庆段）是国家高速公路网银百高速联络线（安康·来凤）G6911中的一段，也是重庆市高速公路网规划（2013-2030年)“三环十二射七联线”高速公路网规划中“一联线（镇坪－巫溪．建始）”的北段。设计路线全长48.691km，隧道35934m/11座，其中3座高瓦斯隧道和2座瓦斯突出隧道。全线控制性工程有4个，其中有2座是具有高瓦斯或瓦斯突出危险的特长隧道。隧道穿越煤层段时，防治瓦斯或煤与瓦斯突出工作量大，对项目工期影响很大。

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7～8个月的时间。揭煤所需时间长，将直接影响隧道的掘进进度。如果瓦斯含量高压力大、煤层透气性差，则隧道穿过煤层段就需要1～2年的时间。可见，研究和寻找一种安全、快速的隧道揭煤工艺和方法非常重要。

发明内容

针对现有隧道揭煤技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种实现高瓦斯及煤与瓦斯突出隧道施工周期短、投入少的切护式揭煤法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

1）在隧道揭煤工作断面轮廓线位置向拟揭煤隧道断面轮廓线外1m沿环向施工措施孔达设计深度，措施孔起到切煤、排渣、排放瓦斯、管棚压入孔及管棚压入导向的作用；

2）通过所述措施孔对煤层进行割缝作业并排出割缝作业所产生的煤屑，以增加割缝作用半径区域煤层孔隙率形成松散煤体环；

3）以措施孔为导向孔压入规格φ108×6mm、管壁打孔的钢管形成环形管棚，通过管棚向拟揭煤隧道断面轮廓线外的松散煤体环高压注入水泥浆，浆液中掺入气密剂，将割煤后煤层空隙填满；

4）待所述混凝土凝固以后，在拟揭煤隧道断面轮廓线外的松散煤体环内，形成与金属管棚为骨架、径向宽度2m以上环形注浆加固墙体；

5）拟揭煤隧道断面轮廓线外的环形注浆加固墙体形成后，在隧道断面内施工穿越煤层并进入煤层顶（底）板的措施孔；

6）通过措施孔对隧道拟揭开断面范围的煤层进行割缝，该区域内的煤层被切割为煤屑排出后形成空腔；

7）在环形注浆加固墙体的保护下进行掘进作业，揭露并穿越煤层；

上述技术方案中，揭煤隧道断面轮廓线外的措施孔终孔间距≤4.0m，轮廓线内的措施孔间距根据割缝设备压力、煤层f值、工期要求、隧道通风能力等综合确定。

与现有技术比较，由于采用了上述技术方案，本发明存在以下技术优势：

1）本发明对隧道开挖轮廓线外侧煤体进行割缝后，煤体因孔隙率增加使透气性增加，煤层瓦斯快速析出，瓦斯排放效率提高，隧道开挖轮廓线外侧割缝作用半径区域煤体瓦斯含量及压力下降；

2）本发明采用金属管棚与煤岩体注浆固化相结合的方法来提高隧道开挖轮廓线外侧煤体强度，能够使煤体的普氏系数从0.2提高到5~6(＞0.5)，将环形注浆加固墙体作为隧道揭煤开挖作业空间的超前支护体，利于隧道揭煤安全作业；