(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910646185.6
(22)申请日 2019.07.17
(71)申请人 中铁二院重庆勘察设计研究院有限
责任公司
地址 400023 重庆市北部新区昆仑大道46
号
(72)发明人 旷文涛 吴伟 曹林卫 于茂春
李鸿 刘保林 杨昌宇 朱小兵
李爽 徐昆杰 胥犇
(74)专利代理机构 重庆中流知识产权代理事务
所(普通合伙) 50214
代理人 陈立荣
(51)Int.Cl.
E21C 41/18(2006.01)
E21F 17/18(2006.01)
E21F 7/00(2006.01)E21F 11/00(2006.01)E21B 43/00(2006.01)
(54)发明名称一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程(57)摘要本发明提出一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，包括以下步骤：第一步，建立安全保障体系；第二步，区域综合防突措施，区域综合防突措施包括超前地质预报、区域突出危险性预测、区域防突措施、区域 措施效果检验、区域验证；第三步，局部综合防突措施，局部综合防突措施包括工作面预测、工作面措施、工作面防突效果检验、安全保障措施；第四步，揭煤。本发明以“四位一体”区域综合防突和局部综合防突措施为依托，在提前实施多方位的瓦斯突出安全保障体系情况下，一次性穿透所有煤层实施综合超前地质预报、区域预测、抽放和验证的综合防突措施、局部综合防突措施，有效确保复杂构造条件下连续多次穿越瓦斯突出煤 层揭煤安全。权利要求书2页 说明书6页 附图4页CN 110344830 A 2019.10.18
C N 110344830
A
1.一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，建立安全保障体系
首先根据瓦斯突出工区安全要求，建立可靠的安全保障体系，包括通风系统、供电系统、防爆运输、安全监测、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通讯联络系统；
第二步，区域综合防突措施
(1)、超前地质预报：在距煤层20m以上位置，实施超长距离超前地质预报，超前钻孔应穿透所有煤层，基本查明煤层位置及分布特征；
(2)、区域突出危险性预测：在距离煤层(法线距离)20m时，一次性穿透所有煤层实施区域预测；若区域预测判定为突出性煤层，继续按瓦斯突出隧道施工至距煤层法线距离10m位置，实施主动抽放的区域防突措施；若区域预测判定为无突出性煤层，则进入“区域验证”环节；
(3)、区域防突措施：当预测确认煤层有突出危险时，施工至距煤层法向距离10m时，一次性穿透所有煤层实施区域防突，包含增透和主动抽放措施；
(4)、区域措施效果检验：区域措施效果检验，瓦斯抽放措施实施后，一次性穿透所有煤层进行瓦斯抽放效果检验，以确认煤层瓦斯抽放效果；
(5)、区域验证：包括施工至煤层5m垂距和施工至煤层2m垂距验证
若区域验证(5m)有瓦斯突出危险，应启动工作面瓦斯防突抽放预案，后续进入“局部综合防突措施”流程；若区域验证无瓦斯突出危险，可继续施工进入“区域验证(2m)”环节；
若区域验证(2m)有瓦斯突出危险，应启动工作面瓦斯防突抽放预案，后续进入“局部综合防突措施”流程；若区域验证无瓦斯突出危险，可进入揭煤作业签“安全保障措施确认”环节；
第三步，局部综合防突措施
当区域验证有瓦斯突出危险或超前钻孔发现有突出预兆时，进入“局部综合防突措施”流程，分煤层循环进行工作面预测、工作面措施、工作面防突效果检验和安全保障措施；
(1)、工作面预测：包括工作面(5m)预测和工作面(2m)预测
施工至距煤层5m垂距时，在工作面打设预测孔进行瓦斯突出危险性预测，检测有关指标，判定其突出危险性，判定是否启动工作面防突措施；若煤层具突出危险性，进入“工作面措施(5m)”环节，若无突出危险，进入“工作面预测(2m)”；
在区域验证或相应工作面预测确定无突出性危险时，或相应工作面有突出危险但经局部消突并经效果检验为有效之后，继续掘进至距煤层2m垂距处，对煤层瓦斯实施工作面突危险性预测：若有突出性风险，实施工作面防突措施，然后进行防突措施效果检验，工作面预测及防突效果检验指标同5m位置相应指标；若无突出性危险，可进入揭煤签“安全保障措施确认”环节；
当工作面预测(2m)或区域验证(2m)确定煤层瓦斯突出性危险时，在工作面预测掌子面施作瓦斯抽放孔；
在实施工作面消突措施后，采用工作面预测相同的指标进行工作面防突措施效果检验。若防突效果判定无效，则继续进行工作面防突处理，直至防突效果判定有效，方可进入揭煤签“安全保障措施确认”环节；
(2)、工作面措施：当工作面预测(5m)或区域验证(5m)确定煤层瓦斯突出性危险时，在工作面预测掌子面施作瓦斯抽放孔；
(3)、工作面防突效果检验：在实施局部及相应工作面消突措施后，采用工作面预测相同的指标进行工作面防突措施效果检验；若防突效果判定无效，则继续进行工作面防突处理，直至防突效果判定有效，方可进入“工作面预测(2m)”环节；
(4)、安全保障措施：区域验证或工作面防突效果检验判定煤层无突出性危险时，可进入揭煤准备状态；再次检查确保相关安全保障体系实施到位，已开挖段落应实施完成系统支护及钢架，提前实施大管棚或小导管超前支护；针对揭煤作业风险编制相应的预案措施；
第四步，揭煤
确定防突措施有效的情况下，采用远距离放炮一次揭煤，每次揭一层煤，不得同时多层揭煤；一层揭煤结束后，若出现连续煤层则再次循环进入区域验证(5m)或工作面验证(5m)，若无连续煤层则流程结束。
2.根据权利要求1所述一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，所述区域突出危险性预测指标为煤层瓦斯压力和含量。
3.根据权利要求2所述一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，区域突出危险性预测判定标准为：当瓦斯压力大于0.74MPa或瓦斯含量大于5m3/ t时判定为突出煤层；当瓦斯压力小于0.74MPa或瓦斯含量小于5m3/t时判定为无突出煤层。
4.根据权利要求1或3所述一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，区域突出危险性预测、区域防突措施和区域验证中的预测孔、抽放孔或验证孔的直径皆为
5.根据权利要求4所述一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，区域验证、工作面防突效果检验和局部综合防突措施中的瓦斯危险预测均采用综合指标法或/和钻屑瓦斯解吸指标法预测。
6.根据权利要求5所述一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，区域验证(5m)和区域验证(2m)的方法及验证指标相同，指标为《防治煤与瓦斯突出规定》。
7.根据权利要求6所述一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，区域防突措施中，采取增透措施后，一次性穿透所有煤层钻孔抽放，抽放孔应进入煤层底板岩层不小于0.5m。
8.根据权利要求1或6所述一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，区域措施效果检验判定方式为：当瓦斯压力小于于0.74MPa且瓦斯含量小于5m3/t时则认为防突措施有效，否则认为无效。
9.根据权利要求1所述一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，在局部综合防突措施的工作面(2m)施工过程中的抽放孔终孔底间距不超过4m，抽放范围为开挖轮廓线外不小于5m。
10.根据权利要求1或7所述一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，其特征在于，揭煤时，隧道石门工作面距煤层的垂距(法线距离)不得小于2m；揭穿石门后，在半岩半煤中掘进，各掘进工作面应始终保持前方安全区不得小于5m。
一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程
技术领域
[0001]本发明涉及到瓦斯隧道揭煤防突技术领域，特别涉及到一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程。
背景技术
[0002]新建重庆铁路枢纽东环线工程鹞子岩隧道为穿越重庆中梁山脉的双线隧道，隧道洞身于观音峡背斜核部、断层附近连续6次穿越二叠系龙潭组煤系地层，煤质为焦煤，煤层间距均小于9m；其中K8煤层厚3m，瓦斯放散初速度Δp＝8，煤层瓦斯压力P＝0.97MPa，煤层坚固系数f＝0.35，煤的破坏类型为Ⅲ-
Ⅳ类，地质判定该隧为瓦斯突出隧道，隧道瓦斯突出风险极高。
[0003]《防治煤与瓦斯突出规定》规定煤矿矿井防突工作强调区域防突先行、局部防突补充的原则，未采取区域防突措施的，严禁进行采掘活动。目前瓦斯突出隧道已有很多，如天坪隧道、凉风垭隧道、玉京山隧道等已根据《防治煤与瓦斯突出规定》，采取区域措施为主的防突措施，，如专利申请号“CN201811104721”公开了“一种高瓦斯隧道穿越煤层的揭煤防突施工方法，包括平导揭煤作业和正洞揭煤作业，具体步骤为：超前地质综合预报、确定煤层层位、煤与瓦斯突出危险预测、瓦斯排放、防突措施效果检验、揭煤以及石门揭煤结束。此专利方法为了揭煤防突检测及预防功能，提高瓦斯隧道在穿越煤层开挖的效率，尽量提高了瓦斯抽放负压，进行卸压处理。此种处理方法是在理想煤层情况下所作的一种揭煤流程，所述理想煤层则是煤层山脉走势平衡、煤层连续无断层或较少断层情形，该专利涉及施工方法能有效确保常规瓦斯突出煤层情况下隧道施工安全。而新建重庆铁路枢纽东环线工程鹞子岩隧道为穿越重庆中梁山脉的双线隧道隧道同时于背斜核部、断层附近连续多次穿过瓦斯的突出煤层，故像鹞子岩隧道同时于背斜核部、断层附近连续多次穿过瓦斯突出煤层的相关揭煤防突设计工程经验有所欠缺。因此，以东环线鹞子岩隧道揭煤防突为依托，根据《防治煤与瓦斯突出规定》，提出一种复杂构造条件下隧道连续多次穿越瓦斯突出煤层揭煤防突作业流程，直接用于指导鹞子岩隧道复杂构造条件下揭煤防突作业，并为类似地质条件的隧道揭煤防突作业提供指导，具有重要的工程实际意义。
发明内容
[0004]为解决上述问题，本发明提出一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程。
[0005]本发明提出的技术方案是：一种复杂构造条件下连续多次穿煤隧道揭煤防突作业流程，包括以下步骤：
[0006]第一步，建立安全保障体系
[0007]首先根据瓦斯突出工区安全要求，建立可靠的安全保障体系，包括通风系统、供电系统、防爆运输、安全监测、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通讯联络系统；[0008]第二步，区域综合防突措施
[0009](1)、超前地质预报：在距煤层20m以上位置，实施超长距离超前地质预报，超前钻孔应穿透所有煤层，基本查明煤层位置及分布特征；
[0010](2)、区域突出危险性预测：在距离煤层(法线距离)20m时，一次性穿透所有煤层实施区域预测；若区域预测判定为突出性煤层，继续按瓦斯突出隧道施工至距煤层法线距离10m位置，实施主动抽放的区域防突措施；
[0011](3)、区域防突措施：当预测确认煤层有突出危险时，施工至距煤层法向距离10m 时，一次性穿透所有煤层实施区域防突，包含增透和主动抽放措施；
[0012](4)、区域措施效果检验：区域措施效果检验，瓦斯抽放措施实施后，一次性穿透所有煤层进行瓦斯抽放效果检验，以确认煤层瓦斯抽放效果；
[0013](5)、区域验证：包括施工至煤层5m垂距和施工至煤层2m垂距验证
[0014]若区域验证(5m)有瓦斯突出危险，应启动工作面瓦斯防突抽放预案，后续进入“局部综合防突措施”流程；若区域验证无瓦斯突出危险，可继续施工进入“区域验证(2m)”环节；
[0015]若区域验证(2m)有瓦斯突出危险，应启动工作面瓦斯防突抽放预案，后续进入“局部综合防突措施”流程；若区域验证无瓦斯突出危险，可进入揭煤作业签“安全保障措施确认”环节；
[0016]第三步，局部综合防突措施
[0017]当区域验证有瓦斯突出危险或超前钻孔发现有突出预兆时，进入“局部综合防突措施”流程，分煤层循环进行工作面预测、工作面措施、工作面防突效果检验和安全保障措施；
[0018](1)、工作面预测：包括工作面(5m)预测和工作面(2m)预测
[0019]施工至距煤层5m垂距时，在工作面打设预测孔进行瓦斯突出危险性预测，检测有关指标，判定其突出危险性，判定是否启动工作面防突措施；若煤层具突出危险性，进入“工作面措施(5m)”环节，若无突出危险，进入“工作面预测(2m)”；
[0020]在区域验证或相应工作面预测确定无突出性危险时，或相应工作面有突出危险但经局部消突并经效果检验为有效之后，继续掘进至距煤层2m垂距处，对煤层瓦斯实施工作面突危险性预测：若有突出性风险，实施工作面防突措施，然后进行防突措施效果检验，工作面预测及防突效果检验指标同5m位置相应指标；若无突出性危险，可进入揭煤签“安全保障措施确认”环节；
[0021]当工作面预测(2m)或区域验证(2m)确定煤层瓦斯突出性危险时，在工作面预测掌子面施作瓦斯抽放孔；
[0022]在实施工作面消突措施后，采用工作面预测相同的指标进行工作面防突措施效果检验。若防突效果判定无效，则继续进行工作面防突处理，直至防突效果判定有效，方可进入揭煤签“安全保障措施确认”环节；
[0023](2)、工作面措施：当工作面预测(5m)或区域验证(5m)确定煤层瓦斯突出性危险时，在工作面预测掌子面施作瓦斯抽放孔；
[0024](3)、工作面防突效果检验：在实施局部及相应工作面消突措施后，采用工作面预测相同的指标进行工作面防突措施效果检验；若防突效果判定无效，则继续进行工作面防突处理，直至防突效果判定有效，方可进入“工作面预测(2m)”环节；
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