大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構，取樣鉆孔設在由多個穿越至少兩個煤層的預抽采鉆孔遠端形成的抽采控制區(qū)域內，取樣鉆孔包括多個第一取樣鉆孔和多個第二取樣鉆孔，第一取樣鉆孔在隧道掘進至首個煤層最小垂直距離10m處分別向每個待揭煤層鉆進數個，數個第一取樣鉆孔中的至少兩個的遠端位于抽采控制區(qū)域邊緣的2m范圍內，第一取樣鉆孔用于至少兩個煤層的總體防突效果檢驗；第二取樣鉆孔在隧道掘進至每個待揭煤層最小垂直距離3m處向待揭煤層鉆進，第二取樣鉆孔用于待揭煤層揭煤前的防突效果檢驗。本實用新型的有益效果是，可有效減少取樣鉆孔準備次數和檢測次數，施工效率高，隧道掘進工期短，且掘進安全。
【專利說明】
大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種大斷面多煤層隧道掘進技術，特別是一種大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構。
【背景技術】
[0002]隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，穿越含瓦斯地層修筑隧道的情況越來越多，高瓦斯隧道數量也在不斷增加。雖然目前國內施工的瓦斯隧道多以高瓦斯為主，但存在瓦斯突出、有瓦斯突出現象的較少，一般采用常規(guī)煤礦巷道掘進的辦法，施工速率低，工期較長。且在隧道施工過程中，煤層瓦斯預測技術針對性不強，防突措施優(yōu)化不夠，防突措施檢驗可的靠性不夠，嚴重影響施工安全及進度，增大了施工成本，甚至導致隧道施工瓦斯爆炸事故。據不完全統(tǒng)計，國內涉及有煤與瓦斯突危險的隧道有發(fā)耳公路隧道、烏蒙山鐵路隧道等，但未完全形成一套關于煤與瓦斯突隧道施工的工藝方法，國外瓦斯隧道施工可借鑒的經驗較少。為確保隧道穿煤掘進過程的安全性，既要采取必要、可靠的防突措施，更要做好瓦斯預測工作。瓦斯既是防突措施方案確定的先決條件，也是檢驗防突措施效果的重要手段。雖然瓦斯預測手段已趨成熟，但取樣抽采孔布置結構直接影響預測結果。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構，以準確預測煤層瓦斯含量和瓦斯壓力，確保防突措施的可靠性以及隧道掘進的安全性。
[0004]為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0005]一種大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構，取樣鉆孔設在由多個穿越至少兩個煤層的預抽采鉆孔遠端形成的抽采控制區(qū)域內，取樣鉆孔包括多個第一取樣鉆孔和多個第二取樣鉆孔，第一取樣鉆孔在隧道掘進至首個煤層最小垂直距離1m處分別向每個待揭煤層鉆進數個，數個第一取樣鉆孔中的至少兩個的遠端位于抽采控制區(qū)域邊緣的2m范圍內，第一取樣鉆孔用于至少兩個煤層的總體防突效果檢驗;第二取樣鉆孔在隧道掘進至每個待揭煤層最小垂直距離3m處向待揭煤層鉆進，第二取樣鉆孔用于待揭煤層揭煤前的防突效果檢驗。
[0006]采用上述技術方案的本實用新型，在隧道掘進至少兩個近距離煤層的首個煤層最小垂直距離1m設置第一取樣鉆孔，且第一取樣鉆孔分別向每個待揭煤層鉆進數個，數個第一取樣鉆孔中的至少兩個的遠端位于所述抽采控制區(qū)域邊緣的2m范圍內，以對整體防突措施效果檢驗，以便下一步繼續(xù)采取整體防突措施或掘進施工，與傳統(tǒng)的分層預測、分層處理、分層防突措施效果檢驗相比，有效減少了取樣鉆孔準備工作次數和檢測次數，顯著提高了施工效率，縮短了隧道掘進工期。同時，在待揭煤層3m處設置第二取樣鉆孔，并進行再次防突效果檢驗，以準確獲得多個煤層整體的瓦斯含量與壓力預測結果，可有效確保隧道掘進中揭煤高危段的安全性。其中，在相鄰待揭煤層間距較小時，鉆取位置選擇時將多個待揭每層視為一個煤層，第二取樣鉆孔分別向相鄰的多個煤層鉆進。
[0007]優(yōu)選的，所述第一取樣鉆孔的孔徑為89mm;所述每個煤層的第一取樣鉆孔數量為9個，9個第一取樣鉆孔按隧道斷面的上中下三排均布，每排的3個按左中右各I個分布，其中，分別位于下排左右兩角的I個第一取樣鉆孔的遠端位于所述抽采控制區(qū)域邊緣的2m范圍內。采用較大直徑的鉆頭鉆進第一取樣鉆孔，以適應鉆孔深度相對較深的要求，使鉆進順利和取樣鉆孔的暢通要求，并通過抽采控制區(qū)域邊緣的取樣孔獲得區(qū)域邊緣部位的預測數據，為下一步工作開展提供可靠預測數據。
[0008]優(yōu)選的，所述第二取樣鉆孔的孔徑為65mm，第二取樣鉆孔設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔中間，多個第二取樣鉆孔遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于5m、下方不小于3m、左右均不小于5m，多個第二取樣鉆孔呈矩陣布置。已在接近煤層是采用較小直徑的鉆頭鉆進第二取樣鉆孔，在滿足鉆進順利和取樣鉆孔的暢通要求的同時，減少鉆進過程中的危險性；同時，結合合理的鉆孔布置方式和范圍，確保取樣可靠性和預測的準確性。
[0009]優(yōu)選的，還包括在隧道掘進至設定待揭煤層最小垂直距離5m處至少向待揭煤層鉆進多個孔徑為75mm的第三取樣鉆孔，第三取樣鉆孔設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔中間，多個第三取樣鉆孔遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于10m、下方不小于5m、左右均不小于9m;多個第三取樣鉆孔呈矩陣布置。以形成揭煤前的三次防突取樣檢驗，進一步確保隧道掘進的安全性。其中，在相鄰待揭煤層間距較小時，鉆取位置選擇時將多個待揭每層視為一個煤層，第三取樣鉆孔分別向相鄰的多個煤層鉆進。
[0010]優(yōu)選的，還包括在被揭煤層揭開后的煤門處設置用于煤門預測的第四取樣鉆孔，第四取樣鉆孔的孔徑為42_，第四取樣鉆孔設置為所在煤層的順層孔，第四取樣鉆孔遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方、下方和左右均不小于3m;多個第四取樣鉆孔呈放射狀布置。以在揭開煤層后再次進行取樣檢驗，確保隧道在煤層掘進過程中的安全性。
[0011]本實用新型與現有技術相比的有益效果是，可有效減少取樣鉆孔準備工作次數和檢測次數，施工效率顯著提高，隧道掘進工期短，且隧道掘進安全。
【附圖說明】
[0012]圖1是應用本實用新型的穿越多煤層隧道由勘探資料確定的各煤層真厚結構示意圖。
[0013]圖2是應用本實用新型的多煤層隧道掘進中K9煤層處的第一前探鉆孔布置垂直于隧道掘進方向的正立面結構示意圖。
[0014]圖3是應用本實用新型的多煤層隧道掘進中K9煤層處的第一前探鉆孔布置沿隧道掘進方向的水平面投影示意圖。
[0015]圖4是應用本實用新型的多煤層隧道掘進中K3煤層處的第一前探鉆孔布置垂直于隧道掘進方向的正立面結構示意圖。
[0016]圖5是應用本實用新型的多煤層隧道掘進中K3煤層處的第一前探鉆孔布置沿隧道掘進方向的水平面投影示意圖。
[0017]圖6是應用本實用新型的多煤層隧道掘進中K9和K3煤層處的第二前探鉆孔布置垂直于隧道掘進方向的正立面結構示意圖。
[0018]圖7是應用本實用新型的多煤層隧道掘進中K9和K3煤層處的第二前探鉆孔布置沿隧道掘進方向的水平面投影示意圖。
[0019]圖8是應用本實用新型的多煤層隧道掘進中Κ9和Κ3煤層處的第二前探鉆孔布置沿隧道掘進方向的立面投影示意圖。
[0020]圖9是本實用新型中的第一取樣鉆孔3遠端在垂直于隧道掘進方向的立面投影示意圖。
[0021]圖10是本實用新型中的第三取樣鉆孔5遠端在垂直于隧道掘進方向的立面投影示意圖。
[0022]圖11是本實用新型中的第二取樣鉆孔4遠端在垂直于隧道掘進方向的立面投影示意圖。
[0023]圖12是本實用新型中的由煤門處設置的第四取樣鉆孔7垂直于隧道掘進方向的立面投影示意圖。
[0024]圖13是本實用新型中第四取樣鉆孔7沿隧道掘進方向的水平投影示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明，但并不因此將本實用新型限制在所述的實施范圍之中。
[0026]參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8，一種用于大斷面多煤層隧道掘進中的大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構，在某設計穿越Kl?Κ9共9個煤層的隧道掘進過程中，按地質勘測結果的Kl?Κ9煤層真厚與間距參見圖1，其中厚度和間距單位為m。當隧道工作面開挖至距Κ9煤層和k3煤層頂板最小垂直距離20m處，沿隧道前進方向及與煤層垂直方向分別施工3個Φ76πιπι，孔深分別穿透K9?K4煤層和K3?Kl煤層的第一超前探煤鉆孔Α1、Α2、Α3和Α4、Α5、Α6。施鉆過程中詳細記錄各煤層的見煤點深度、煤層厚度、有無噴孔等異?，F象等情況;用以初步探明隧道煤系地層的瓦斯賦存情況及地質狀況；
[0027]在隧道開挖工作面至距Κ9和Κ3煤層頂板最小垂直距離1m時，分別至少施工3個第二超前鉆孔Β1、Β2、Β3和Β4、Β5、Β6，第二超前鉆孔孔徑Φ89πιπι，3個第二超前鉆孔由I個仰孔和2個水平邊孔組成，仰孔用于探測煤層傾角，2個水平邊孔用于探測煤層走向。第二超前鉆孔穿透煤層全厚，且進人底板巖層不小于0.5m，其終孔位置應控制在隧道開挖控制輪廓外5m左右，并取各個煤層的巖芯或煤芯，分析煤層的產狀(走向、傾角、傾向)及頂、底板巖性。以確切掌握煤層的層位、傾角、厚度、頂底板巖性、地質構造等煤層賦存情況，進而為安全揭煤提供可靠的基礎資料。在第二超前鉆孔B1、B2、B3、B4、B5或B6施工至各煤層頂板時，立即退出Φ89πιπι鉆頭，更換成取芯管取出各煤層頂底板及煤層的巖或煤芯，并作好詳細記錄。通過取樣分析獲得Κ9?Kl煤層平均煤層真厚分別為0.94m,0.82m,0.71m,0m, 2.60m、1.65m、
0.1111、1.21111、0.35111;1(9與1(8煤層間距為1.87111，1(8與1(7煤層間距為2.41111，1(7與1(5煤層間距為13.3111，1(5與1(4煤層間距為0.7111，1(4與1(3煤層間距為7.49111，1(3與1(2煤層間距為25.72111，1(2與Kl煤層間距為6.95m。
[0028]通過對穿過的所有煤層進行取樣，采用DGC瓦斯含量快速測定儀測定煤層原始瓦斯含量，反算瓦斯壓力；采用WFC-2型瓦斯放散初速度自動測定儀、搗碎筒、計量筒、天平等儀器對AP、f值進行測定;且取芯過程中對煤層的破壞類型進行分析。以確定所在工區(qū)是否為瓦斯突出工區(qū)。具體根據《鐵路瓦斯隧道技術規(guī)范》的相關要求，瓦斯隧道只要有一處有突出危險，該處所在的工區(qū)即為瓦斯突出工區(qū)。判定為瓦斯突出須同時滿足下列4個指標:
(I)瓦斯壓力P2 0.74MPa;(2)瓦斯放散初速度ΛΡ2 10;(3)煤的堅固性系數^0.544)煤的破壞類型為m類及以上。判斷過程中，由于瓦斯壓力測定周期較長，根據《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，采取實測瓦斯含量及工業(yè)性分析結果等資料來反算瓦斯壓力。得到K9、K5、K4和K2為突出煤層，其余均為非突出煤層。
[0029]參見圖9、圖10、圖11、圖12、圖13，其中，取樣鉆孔設在由多個設計穿越至少兩個煤層的預抽采鉆孔I遠端形成的抽采控制區(qū)域2內。取樣鉆孔包括多個第一取樣鉆孔3和多個第二取樣鉆孔4，第一取樣鉆孔3用于待穿越至少兩個煤層的總體防突效果檢驗，其孔徑為89mm;第二取樣鉆孔4用于待揭煤層揭煤前的防突效果檢驗，其第二取樣鉆孔4的孔徑為65mm0
[0030]首輪取樣在隧道掘進至K9煤層時進行，當隧道掘進至K9煤層的最小垂直距離1m處施鉆首輪的第一取樣鉆孔3，該第一取樣鉆孔3分別向K9、K8、K7和K6中每個煤層鉆進9個，9個第一取樣鉆孔3按隧道斷面的上中下三排均布，每排的3個按左中右各I個分布，其中，分別位于下排左右兩角的I個第一取樣鉆孔3的遠端位于抽采控制區(qū)域2邊緣的2m范圍內，本輪的第二取樣鉆孔4在隧道掘進至待揭煤層的K9、K8、K7、K6、K5和K4的最小垂直距離3m處，分別向對應待揭煤層K9、K8、K7、K6、K5和K4鉆進，第二取樣鉆孔4設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔I中間，每個煤層的多個第二取樣鉆孔4遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于5m、下方不小于3m、左右均不小于5m，每個煤層的多個第二取樣鉆孔4呈矩陣布置;其中，經探測K6為非煤層，無需進行3米垂距處取樣。
[0031]其中，在隧道掘進至待揭煤層的K9最小垂直距離5m處，分別向K9、K8和K7煤層(此處將Κ9、Κ8和Κ7視為同一個待揭煤層，Κ6為非煤層)鉆進多個孔徑為75mm的本輪第三取樣鉆孔5;第三取樣鉆孔5設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔I中間，每個煤層的多個第三取樣鉆孔5遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于10m、下方不小于5m、左右均不小于9m;每個煤層的多個第三取樣鉆孔5呈矩陣布置。
[0032]第二輪取樣預測在隧道掘進至K5煤層時進行，當隧道掘進至K5煤層的最小垂直距離1m處施鉆第二輪的第一取樣鉆孔3，該第一取樣鉆孔3分別向K5和K4中每個煤層鉆進9個，9個第一取樣鉆孔3按隧道斷面的上中下三排均布，每排的3個按左中右各I個分布，其中，分別位于下排左右兩角的I個第一取樣鉆孔3的遠端位于抽采控制區(qū)域2邊緣的2m范圍內，第一取樣鉆孔3用于待穿越K5和K4兩個煤層的總體防突效果檢驗;本輪的第二取樣鉆孔4的孔徑為65mm，第二取樣鉆孔4在隧道掘進至待揭煤層的K5的最小垂直距離3m處由于K5與K4間距0.7m，此處視為同一個待揭煤層，分別向對應待揭煤層K5和K4鉆進，第二取樣鉆孔4設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔I中間，每個煤層的多個第二取樣鉆孔4遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于5m、下方不小于3m、左右均不小于5m，每個煤層的多個第二取樣鉆孔4呈矩陣布置。
[0033]其中，在隧道掘進至待揭煤層K5和K4的最小垂直距離5m處，分別向K和K4煤層鉆進多個孔徑為75mm的本輪的第三取樣鉆孔5，第三取樣鉆孔5設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔I中間，每個煤層的多個第三取樣鉆孔5遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于10m、下方不小于5m、左右均不小于9m;每個煤層的多個第三取樣鉆孔5呈矩陣布置。
[0034]第三輪取樣預測在隧道掘進至K3煤層時進行，在隧道掘進至K3煤層最小垂直距離1m處施鉆第三輪的第一取樣鉆孔3，該第一取樣鉆孔3分別向Κ3、Κ2和Kl三個煤層各鉆進9個，9個第一取樣鉆孔3按隧道斷面的上中下三排均布，每排的3個按左中右各I個分布，其中，分別位于下排左右兩角的I個第一取樣鉆孔3的遠端位于抽采控制區(qū)域2邊緣的2m范圍內；本輪的第二取樣鉆孔4分別在隧道掘進至待揭煤層K3、K2和Kl的最小垂直距離3m處，分別向對應待揭煤層鉆進，第二取樣鉆孔4設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔I中間，每個煤層的多個第二取樣鉆孔4遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于5m、下方不小于3m、左右均不小于5m，每個煤層的多個第二取樣鉆孔4呈矩陣布置。
[0035]在隧道掘進至待揭煤層的K2的最小垂直距離5m(K3薄化為煤線，Kl與K2距離較近，此處按同一煤層處理)處向K2和Kl鉆進多個孔徑為75mm的本輪的第三取樣鉆孔5，第三取樣鉆孔5設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔I中間，每個煤層的多個第三取樣鉆孔5遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于10m、下方不小于5m、左右均不小于9m;每個煤層的多個第三取樣鉆孔5呈矩陣布置。
[0036]由于K9、可5、K4和K2為突出煤層，因此，在K9、K5、K4和K2的被揭煤層揭開后的煤門處還需設置用于煤門預測的第四取樣鉆孔7，第四取樣鉆孔7的孔徑為42_，第四取樣鉆孔7設置為所在煤層6的順層孔，第四取樣鉆孔7遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方、下方和左右均不小于3m;多個第四取樣鉆孔7呈放射狀布置。
[0037]以上雖然結合了附圖描述了本實用新型的實施方式，但本領域的普通技術人員也可以意識到對所附權利要求的范圍內作出各種變化或修改，這些修改和變化應理解為是在本實用新型的范圍和意圖之內的。
【主權項】
1.一種大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構，取樣鉆孔設在由多個穿越至少兩個煤層的預抽采鉆孔(I)遠端形成的抽采控制區(qū)域(2)內，其特征在于，所述取樣鉆孔包括多個第一取樣鉆孔(3)和多個第二取樣鉆孔(4)，第一取樣鉆孔(3)在隧道掘進至首個煤層最小垂直距離I Om處分別向每個待揭煤層鉆進數個，數個第一取樣鉆孔(3)中的至少兩個的遠端位于所述抽采控制區(qū)域(2)邊緣的2m范圍內，第一取樣鉆孔(3)用于至少兩個煤層的總體防突效果檢驗;第二取樣鉆孔(4)在隧道掘進至待揭煤層最小垂直距離3m處向待揭煤層鉆進，第二取樣鉆孔(4)用于待揭煤層揭煤前的防突效果檢驗。2.根據權利要求1所述的大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構，其特征在于，所述第一取樣鉆孔(3)的孔徑為89mm;所述每個煤層的第一取樣鉆孔(3)數量為9個，9個第一取樣鉆孔(3)按隧道斷面的上中下三排均布，每排的3個按左中右各I個分布，其中，分別位于下排左右兩角的I個第一取樣鉆孔(3)的遠端位于所述抽采控制區(qū)域(2)邊緣的2m范圍內。3.根據權利要求1所述的大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構，其特征在于，所述第二取樣鉆孔(4)的孔徑為65mm，第二取樣鉆孔(4)設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔(I)中間，多個第二取樣鉆孔(4)遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于5m、下方不小于3m、左右均不小于5m，多個第二取樣鉆孔(4)呈矩陣布置。4.根據權利要求1?3中任意一項權利要求所述的大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構，其特征在于，還包括在隧道掘進至待揭煤層最小垂直距離5m處向待揭煤層鉆進多個孔徑為75mm的第三取樣鉆孔(5)，第三取樣鉆孔(5)設在已竣工的兩個相鄰預抽采鉆孔(I)中間，多個第三取樣鉆孔(5)遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方不小于10m、下方不小于5m、左右均不小于9m;多個第三取樣鉆孔(5)呈矩陣布置。5.根據權利要求1?3中任意一項權利要求所述的大斷面多煤層隧道掘進用防突措施效果取樣鉆孔布置結構，其特征在于，還包括在被揭煤層揭開后的煤門處設置用于煤門預測的第四取樣鉆孔(7 )，第四取樣鉆孔(7)的孔徑為42mm，第四取樣鉆孔(7)設置為所在煤層(6)的順層孔，第四取樣鉆孔(7)遠端形成的取樣區(qū)域距隧道開挖控制輪廓線上方、下方和左右均不小于3m;多個第四取樣鉆孔(7)呈放射狀布置。
【文檔編號】E21B49/00GK205532593SQ201620193997
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】鄒永紅, 曹美俊, 王強, 李林林, 王江, 代黔彪, 李兆奎, 周盛龍
【申請人】中鐵十八局集團有限公司, 中鐵十八局集團隧道工程有限公司