浅谈瓦斯隧道揭煤防突的措施

介绍了隧道瓦斯的性质与放出形式,并对目前瓦斯隧道施工揭煤防突的主要措施做了简单概述,分析了其适用条件.     

瓦斯隧道煤系地层揭煤施工技术探讨

在通过隧道瓦斯地段时,如何安全地进行揭煤施工已成为一项关键技术。本文从煤层瓦斯的特性入手,较为详细地介绍了揭煤防突的施工技术,可为瓦斯隧道煤系地层的揭煤施工提供参考。     

发耳隧道防治煤与瓦斯突出施工技术论述

发耳隧道位于贵州省水城县发耳乡境内,隧道进口位于发耳乡营昌村,出口位于新联村,是水盘高速公路的关键控制性工程,瓦斯浓度和穿越煤层数在国内已建公路瓦斯隧道中极为罕见属高瓦斯隧道.该隧道是一座上下行分离式四车道高速公路长隧道,隧道左线长2064m,右线长2099m,隧道最大埋深206.10m.隧道共穿越14层煤,煤层最厚4.80m,已揭煤层最大瓦斯含量为12.95m3/t,超过突出临界值临界值8m3/t,瓦斯压力大部分在1.5～3.12MPa之间,远超出瓦斯突出临界值0.74MPa:同时该隧道整个洞身穿越煤系地层、所处地理位置又为煤与瓦斯突出矿区,在整个隧道建设过程中受到了施工各方的特别关注与重视.从这一角度上来说,发耳隧道工程施工作业普通隧道施工工程作业最显著的差异在于其在施工过程当中必须兼顾煤与瓦斯突出问题的处理.基于此,本文从发耳隧道工程基本情况分析、区域“四位一体”综合防突措施分析以及局部“四位一体”综合防突措施分析这三个方面入手,围绕发耳隧道防治煤与瓦斯突出的施工技术这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述,并据此论证了以上施工技术在防治煤与瓦斯突出问题中的有效性,在确保整个发耳隧道工程建设项目安全运行过程中的重要意义.     

防治煤与瓦斯突出的综合治理技术在高突煤层石门揭煤中的应用

本文阐述了金佳矿在1745石门后延石门揭煤中采取的防治煤与瓦斯突出的综合技术措施,根据现场实施的情况,采用综合防突治理技术后,1745石门后延安全快速的通过了17号煤层,防突效果显著,为高瓦斯低透气性煤层石门揭煤提供了值得借鉴的经验.     

中铁一局一项研究成果达到世界先进水平

近日，中铁一局研发的西部地区公路瓦斯隧道设计与施工技术研究成果经鉴定达到世界先进水平。该成果依托都江堰至汶川公路紫坪铺瓦斯隧道项目，将公路瓦斯隧道分为微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯和突出危险瓦斯隧道等四个级别，提出了公路瓦斯隧道勘察煤层及瓦斯基本参数及方法、公路瓦斯隧道防渗结构分级及防渗对策措施、安全揭煤防突等方案，为我国公路瓦斯隧道的勘察、设计和施工提供了依据。     

肥田煤矿回风斜井揭煤防突措施实践

肥田煤矿13#煤层是煤与瓦斯突出煤层,回风斜井在穿过13#煤层的过程中,按照《防治煤与瓦斯突出规定》的要求,必须采取区域综合防突措施并达到要求。为防止该突出危险的发生,在回风斜井揭开煤层前通过设计的超前排放孔排放瓦斯。在排放工作完成后,根据煤层残余瓦斯含量的大小检验消突措施是否有效。本文结合煤矿的实际做法,深入研究揭煤前的区域综合防突技术,为同类实际煤矿防突措施提供参考。     

复杂地质条件大断面隧道揭煤预抽防突技术

为解决复杂地质条件下大断面隧道揭煤施工易发生煤与瓦斯突出的问题,通过FLAC3D软件模拟多种开挖面积、开挖方式下的掌子面附近围岩应力场和塑性区发展情况,根据模拟结果及现场实际资料,从合理法线距、合理控制范围及预抽防突措施参数优化三个方面展开预抽防突技术研究,并应用于现场施工。结果表明:复杂地质条件下隧道揭煤施工,煤层位置探测及瓦斯参数测定对于防治煤与瓦斯突出灾害十分必要;瓦斯隧道开挖后掌子面前方应力场以垂向应力为主,影响范围与开挖断面大小相关,开挖方式对扰动影响较小;华蓥山隧道复杂地质条件大断面施工,预抽瓦斯法线距离不应小于10 m,控制范围不应小于隧道轮廓线15 m(下帮10 m);抽放终孔间距5 m左右区域防突效果最佳。     

煤与瓦斯防突预测技术在白杨林隧道的应用

高瓦斯隧道在修建过程中经常遇到瓦斯穿越煤层的情况,为保证隧道施工安全,隧道在穿越煤层前需要对煤层进行防突预测,以明确掌子面前方煤层中的瓦斯赋含量,从而制定相应的防突措施。文章结合成贵客运专线白杨林高瓦斯隧道的施工,主要介绍了瓦斯压力法与钻屑指标法在高瓦斯隧道防突预测中的应用,对煤层是否可能发生突出危险做出准确判断,对于高瓦斯隧道的揭煤施工具有一定的参考意义。     

大断面瓦斯隧道“五步法”预测揭煤技术应用研究

为确保大断面瓦斯隧道揭煤施工的进度和安全,针对大断面隧道揭煤施工存在的瓦斯安全问题,提出了“五步法”预测揭煤新技术。研究表明:(1)以“分步集中实施区域措施、分层预测检验揭煤”为核心的“五步法”预测揭煤新技术,是视多层突出煤层群的邻近层为一层进行区域措施瓦斯治理,减少了逐层处理的重复环节,缩短了瓦斯治理时间;(2)区域措施中增加了对煤层群分组水力压裂的增透方法,与相似区域相比抽采达标时间缩短了35 d,缩短47%;(3)利用“五步法”预测揭煤技术和煤层群分组水力压裂增透技术后,该瓦斯隧道揭煤时间比预期节省200多天。     

谈沪昆高铁大茶山瓦斯突出隧道的设计

根据沪昆高铁大茶山瓦斯突出隧道煤系地层的特性,从全封闭衬砌结构、揭煤防突、施工通风、施工组织、盲沟排水与瓦斯排放、运营通风等方面,介绍了大茶山隧道施工期间及运营期间的系统设计情况,为类似工程设计提供了思路。     

地应力在石门揭构造软煤诱发煤与瓦斯突出中的作用

 在基于相似模拟试验思想和地质力学模型试验新思路的基础上,在实验室搭建大型石门揭煤的煤与瓦斯突出试验平台,利用该试验平台研究石门揭构造软煤过程中煤岩应力的变化规律,同时结合数值模拟分析地应力在石门揭构造软煤诱发煤与瓦斯突出中的作用。结果表明：在石门揭煤过程中巷道前方围岩存在明显的应力集中,使煤体中积聚弹性潜能,增加煤体的瓦斯压力梯度,为突出的准备和孕育提供能量基础;发现地质构造断层附近存在明显的构造应力异常区并与由后期开挖导致的应力集中相互叠加,有利于形成自构造软煤向周围煤层深部扩展的大型突出。     

煤样中初始释放瓦斯膨胀能的测定

介绍了测定煤样中初始释放瓦斯膨胀能的原理和测定方法，设计了一套初始释放瓦斯膨胀能的测定装置。通过对突出与非突出煤样的测定表明，煤样中初始释放出来的瓦斯膨胀能要比后期涌出的瓦期膨胀能大得多，并且随着煤样初始释放瓦斯膨胀能的增大，揭煤时的动力现象也增大。     

煤巷卸压槽及其防突作用机理的初步研究

本文应用弹塑性力学、相似理论、岩体力学等知识，探讨了煤巷卸压槽的防突作用机理；并进行了实验室的模拟试验，得出了煤巷卸压槽开挖后煤体周围应力分布状态。研究表明：煤巷卸压槽能够防止煤和瓦斯突出的必要条件在于卸压槽开掘后应能形成较大范围的卸压区。     

基于属性数学理论的隧道瓦斯突出危险性评价

以贵州山区某过煤层瓦斯隧道为例,根据影响隧道瓦斯突出的关键地质因素,选取瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数、煤体结构类型等参数作为隧道瓦斯突出评价的关键指标,采用属性数学理论建立隧道瓦斯突出危险性预测模型,对隧道瓦斯突出危险性进行了评价。在模型构建过程中,首先依据隧道瓦斯突出危险性分级标准,构建各评价指标的属性测度函数,进而结合隧道施工现场实测的相关指标参数,计算各煤层的单指标属性测度及综合属性测度,建立起评价指标测度与属性之间的关系,最后利用置信度对多因素影响下瓦斯隧道的综合属性进行判识,进而实现对隧道瓦斯突出危险性的评价。评价结果显示:过煤层隧道穿越M₅、M₉煤层时,隧道具有强突出危险性,穿越M₄煤层时隧道突出危险性相对较小,隧道施工过程中应加强M₅、M₉煤层的消突和防突措施,以防灾害事故的发生;评价结果与工程现场显示的瓦斯动力现象相一致,具有较高可信度。     

煤样粒径对煤与瓦斯突出影响的试验研究

 煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下生产中的一种极其复杂的地质动力现象,严重威胁着煤矿安全生产。以由不同煤粉粒径压制而成的型煤为研究对象,采用偏光分析软件、应变控制式三轴仪,对型煤物理力学性质进行研究。并在此基础之上,应用煤与瓦斯突出模拟试验台进行不同粒径条件下的煤与瓦斯突出模拟试验,以探索研究煤粉粒径对煤与瓦斯突出特性的影响规律。研究结果表明,煤样粒径影响型煤的物理力学性质进而对煤与瓦斯突出产生明显的影响效果。具体表现在：煤样粒径越小,型煤表面孔隙结构的分形维数越大,其对瓦斯的吸附特性越好,同时其力学强度也越高;突出模拟试验表明,煤样粒径越小,煤与瓦斯突出发生的强度越大,吸附过程中吸附的瓦斯量也越大,但是煤与瓦斯突出过程中的破碎效果则越不明显。     

水力掏槽期间突出能量及冲击波压力差分析

从诱发煤与瓦斯突出的根源入手,分析了水力掏槽槽硐中突出能量、突出后巷道中冲击波压力差的影响因素及作用,通过突出能量、冲击波压力差作用关系,定量分析突出后吨煤能量在巷道中产生的冲击波压力差,以供参考。     

煤与瓦斯突出模拟试验台的研制与应用

 为更深层次地探索煤与瓦斯突出机制,在同类突出装置的基础上自主研发了“大型煤与瓦斯突出模拟试验台”,其主要由煤与瓦斯突出模具、快速释放机构、承载框架、电流伺服加载系统、翻转机构、主机支架及附属装置组成。分析后认为该试验台具有如下功能：(1) 利用电流伺服加载系统可对突出煤样施加均布荷载和阶梯形荷载,模拟工作面前方造成突出的局部应力集中现象。(2) 可实现5种不同倾角煤层在不同地应力、不同瓦斯压力下的煤与瓦斯突出模拟试验。(3) 利用泡沫不锈钢隔离煤样与进气孔,实现了对突出煤样的“面充气”功能。(4) 通过快速释放机构,可瞬间打开突出口使突出端突然卸压。(5) 实现了煤与瓦斯突出试验的全过程回放。试验结果表明：有典型的梨形突出孔洞出现,突出的粉煤有明显分选性,且瓦斯压力越大其突出强度越大。所得试验结果与现场突出特征吻合,说明该试验台具有良好的煤与瓦斯突出试验模拟功能。     

煤与瓦斯突出模拟试验台的改进及应用

 为确保更好的煤与瓦斯突出模拟试验效果,针对原研制的模拟试验台存在的不足,对其突出模具及其配套的煤试件成型装置进行改进和重新研制。利用环向和面密封等全方位密封技术可使突出模具在2 MPa瓦斯压力下达到较长时间的良好密封效果;依靠3组直径不同的圆形突出口装配,可在不更换突出模具的条件下进行不同突出口径的煤与瓦斯突出模拟试验,经济实用;凭借布置的温度和瓦斯压力传感器与配套的试验控制软件连接,可较方便地实时监测突出过程中煤体内温度及其瓦斯压力的变化规律;研制的独立煤试件成型装置可准确实施预定的成型压力,且操作过程较为灵活、方便。利用改进后的煤与瓦斯突出模拟试验台开展的模拟试验表明,在瓦斯压力、突出口径方面均存在一个使煤与瓦斯突出发生与否的阈值,高于此阈值时,瓦斯压力或突出口径愈大则突出强度亦愈大,且瓦斯压力作为突出发生的动力同时也对突出煤粉有一定的粉碎作用。此外,煤与瓦斯突出过程中煤体的温度变化也印证了煤吸附瓦斯放热和解吸瓦斯吸热这一物理现象。