[發明專利]一種穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氫超前處治系統和方法

在審

• 申請號: 202011401742.7
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112459829A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 張學強;蔡爽;馬小軍;程亮;郭海;鄧欣;張丹峰;郭鴻雁;孫小雷;吳小麗
• 申請（專利權）人: 青海省交通建設管理有限公司;招商局重慶交通科研設計院有限公司
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F17/00;E21F17/18;B01D53/52;B01D53/72
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氫超前處治系統，其特征在于，所述系統包括依次通過高壓管(7)連接的水箱(1)、注液泵(2)、流量計(3)、壓力表(4)、截止閥(5)和注液管(6)。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述水箱與注液泵之間設置有安全閥(8)。

3.一種穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氫超前處治方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)將掌子面挖至與煤層的垂直距離為10m；

(2)通過公式①計算得到注液孔的數量n，

式中，S_c為控制注液區域煤層面積、S_f為注液孔單孔注液范圍、H_z為隧道開挖高度、D為隧道開挖寬度、α為煤層傾角、L₁為隧道頂部開挖輪廓線以外的安全距離、L₂為隧道底部開挖輪廓線以外的安全距離、L₃為隧道兩幫開挖輪廓線以外的安全距離、r為注液孔單孔注液范圍；

(3)根據所述注液孔的數量n以及煤層中預抽鉆孔的布置間距設計注液孔與預抽鉆孔的布置方式，然后由掌子面向煤層內打超前鉆孔形成注液孔；

(4)通過防爆鉆機由掌子面向煤層內鉆進注液孔，鉆取煤體樣品進行煤層瓦斯含量q_c、瓦斯壓力、硫化氫含量、孔隙度測試，計算控制注液區域內瓦斯總量Q_c，

Q_c＝q_cρ_cS_cH_c＝q_cH_c(L₁+H_z/sinα+L₂)(D+2L₃) ④，

式中，q_c為煤層瓦斯含量、ρ_c為煤層容重、H_c為煤層厚度、S_c為控制注液區域煤層面積、L₁為隧道頂部開挖輪廓線以外的安全距離、L₂為隧道底部開挖輪廓線以外的安全距離、L₃為隧道兩幫開挖輪廓線以外的安全距離、H_z為隧道開挖高度、α為煤層傾角、D為隧道開挖寬度；

(5)對所述注液孔進行封堵，封堵完成后靜置72h以上；

(6)將吸收劑和水配制形成吸收液后置于權利要求1～2任一項所述的穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氫超前處治系統中的水箱中，將所述系統的注液管與注液孔相連，依次向各個注液孔進行注液，注液結束后通過截止閥進行關閉即可完成穿煤隧道施工期高瓦斯高硫化氫超前處治。

4.根據權利要求3所述的處治方法，其特征在于，所述注液孔單孔注液范圍r通過公式②計算得到，

式中，ρ為吸收液密度、k為滲透率、μ為運動粘度、q為原項、P₀為注液壓力。

5.根據權利要求4所述的處治方法，其特征在于，所述注液壓力P₀通過公式③計算得到，

式中，H為隧道埋深。

6.根據權利要求3所述的處治方法，其特征在于，步驟(3)中所述預抽鉆孔的孔徑不小于75mm，鉆孔深度至穿過煤層頂板0.5m，鉆孔布置范圍為隧道擬穿過煤層面面積，鉆孔布置間距不大于8m；

步驟(3)中所述注液孔深度超過煤層頂板0.5m，注液孔孔徑不小于94mm。

7.根據權利要求3所述的處治方法，其特征在于，步驟(5)中所述封堵過程中采用水泥砂漿進行封堵，且封孔深度不小于7m。