一种高寒地区公路隧道的揭煤防突施工工艺的制作方法

1.本发明属于隧道施工技术领域，具体的说是一种高寒地区公路隧道的揭煤防突施工工艺。


背景技术：

2.在公路隧道施工过程中，煤与瓦斯突出是指在复杂的地应力条件下，安全岩柱强度不足以抵抗瓦斯压力，工作面岩体破坏，煤与瓦斯短时间内向工作面方向大量涌出，引起塌方、崩落等灾害，常常造成人员伤亡和经济损失。
3.公开号为cn109236353a的一项中国专利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；瓦斯隧道在穿越煤层前需要对瓦斯压力进行测定，当瓦斯压力过大时，需要对其进行钻孔泄压，当钻孔瓦斯压力小于0.74mpa，并非抽放时间越长越好，当瓦斯压力小于0.74mpa时，就可以停止抽放，同时抽放负压越大，瓦斯的抽放体积流量也相对越多，因此应该尽量提高瓦斯抽放负压；该发明的高瓦斯隧道穿越煤层的揭煤防突施工方法，具有较好的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和安全性。
4.现有技术中采用输气管道抽取煤层内部的瓦斯时，需要将输气管道插入到预先钻取的孔洞内部，但是输气管道与孔洞之间的贴合程度往往较差，故而抽取时部分瓦斯通过输气管道与孔洞侧壁之间的缝隙泄露，容易导致现场人员发生中毒的危险。
5.为此，本发明提供一种高寒地区公路隧道的揭煤防突施工工艺。


技术实现要素：

6.为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种高寒地区公路隧道的揭煤防突施工工艺，该工艺包括以下步骤：
8.s1：通过超前钻孔探测地层中的煤层位置，并对煤层情况进行测定，探明煤层厚度、地质构造、瓦斯存量等参数；
9.s2：通过水力压裂钻孔进行增透，对孔洞进行泄压，通过高压水泵和切割喷头对煤层进行水力切割，增加煤层的暴露面，提高煤层的透气性；
10.s3：将输气管道插入孔洞内部，并向输气管道外侧的弹性气袋充气，之后将输气管道与抽气泵连通，抽取煤层内部的瓦斯，直至煤层内部残余瓦斯含量达到标准范围值后，再进行金属骨架钻孔；
11.s4：进行施工面注浆，向金属骨架钻孔完成的孔洞内部插入无缝钢管，并对洞口进行封堵，然后向孔洞内注浆，直至砂浆从无缝钢管中溢出为止，待施工面注浆和无缝钢管内的砂浆凝固后，采用渐进式的方法揭开煤层即可。
12.优选的，所述输气管道一端与抽气泵连通，另一端外侧表面开设有环形槽；所述环
形槽内部固接有环形的弹性气袋；所述弹性气袋通过管路与外部气源连通，且弹性气袋未充气时完全收缩入环形槽内部；现有技术中采用输气管道抽取煤层内部的瓦斯时，需要将输气管道插入到预先钻取的孔洞内部，但是输气管道与孔洞之间的贴合程度往往较差，故而抽取时部分瓦斯通过输气管道与孔洞侧壁之间的缝隙泄露，容易导致现场人员发生中毒的危险；此时本发明通过在输气管道外侧设置弹性气袋，将输气管道插入孔洞内部后，通过外部气源向弹性气袋内部充气并使其膨胀，进而弹性气袋膨胀后能够提高与孔洞之间的贴合程度，减小瓦斯气体通过输气管道与孔洞之间的缝隙泄露逸出的问题，并且将弹性气袋设置在环形槽内部，不会影响输气管道的插入。
13.优选的，所述输气管道侧壁内部靠近环形槽的位置开设有储液腔；所述储液腔内部滑动密封连接有滑板；所述滑板一侧的储液腔通过管路与外部气源连通，滑板另一侧的储液腔内部添加有水；所述储液腔添加有水的腔体与环形槽之间通过通孔连通；通过提前向储液腔内部添加水，弹性气袋膨胀后，通过外部气源向储液腔内部供气，推动滑板在储液腔内部滑动，进而滑板将储液腔内部的水通过通孔向外挤出，水流入环形槽内部并在弹性气袋与孔洞侧壁之间形成一层水封，进一步提高弹性气袋与孔洞侧壁之间的密封程度。
14.优选的，所述通孔内部安装有泄压阀；通过设置泄压阀，当储液腔内部的水压达到一定程度后，水才会通过通孔流出，避免水提前流出的问题。
15.优选的，所述输气管道内部靠近环形槽的位置通过支架固接有转杆；所述转杆外侧转动连接有转盘；所述转盘表面圆周均布有一组叶片，且叶片采用磁性材料制成；所述弹性气袋内侧壁表面均布有一组磁性块；所述叶片靠近磁性块时能够对磁性块产生排斥力；由于钻取的孔洞大多为土洞，抽取瓦斯的过程通常要持续较长时间，孔洞侧壁上的泥土容易坍塌破碎，瓦斯气体容易通过土块之间的缝隙逸出，进而导致气密性下降的问题，此时储液腔内部的水挤出后，启动抽气泵，进而瓦斯气体通过输气管道抽出，且瓦斯气体在输气管道内部流动时会推动叶片和转盘转动，当叶片靠近磁性块时会对磁性块产生排斥力，进而磁性块带动弹性气袋不断鼓动，促进水进入弹性气袋与孔洞侧壁之间的缝隙中，并且鼓动过程中会将孔洞侧壁的泥土与水充分混合搅拌，从而形成泥浆，泥浆可以进一步提高弹性气袋与孔洞侧壁之间的气密性。
16.优选的，所述转杆表面开设有滑槽，且滑槽通过管路与外部气源连通；所述滑槽内部滑动密封连接有滑块；所述滑块与滑槽盲端之间固接有弹簧；所述滑块远离弹簧的一侧固接有摩擦片；一段时间后弹性气袋与孔洞侧壁之间的泥浆干燥硬化，若叶片持续转动，则弹性气袋继续鼓动会使得硬化的泥土重新破碎，从而导致气密性下降，此时在转盘和叶片转动一段时间之后，可以通过外部气源向滑槽内部供气，推动滑块在滑槽内部滑动，进而使得摩擦片与转盘内侧壁接触并压紧，从而将转盘刹停，使得转盘和叶片停止转动，避免弹性气袋鼓动而导致硬化后的泥土重新破碎的问题。
17.优选的，所述弹性气袋外侧壁表面均匀固接有一组顶针，且顶针的尖端朝向环形槽外侧；通过在弹性气袋外侧设置多个顶针，弹性气袋鼓动过程中可以通过顶针将孔洞侧壁的泥土戳碎，进而使得水与泥土混合后，促进泥浆的形成。
18.优选的，所述弹性气袋内侧壁表面均匀固接有一组空心球壳；所述空心球壳内部固接有弹性膜，且磁性块固接在弹性膜中部；所述弹性膜一侧与空心球壳内侧壁之间固接有弹性件；所述空心壳体远离顶针的一侧开设有小孔；所述弹性膜中部固接有导杆，且导杆
贯穿小孔；所述导杆表面均布有一组弹性球，且弹性球的直径大于小孔的直径；转盘转动过程中，当叶片靠近空心球壳时会对磁性块产生排斥力，进而磁性块带动弹性膜朝顶针的方向运动，促使弹性气袋鼓起的同时，弹性膜还会带动导杆在小孔内部滑动，进而弹性球会受到小孔的挤压而产生变形，使得弹性球通过小孔时会短时间内提高导杆的瞬时速度，从而促使弹性膜、空心球壳以及弹性气袋产生抖动效果，进一步提高弹性气袋对水和泥土的混合搅拌效果，提高顶针将泥土戳碎的效率。
19.优选的，所述弹性气袋外侧壁表面靠近空心球壳的位置固接有橡皮管；所述橡皮管一端与空心球壳靠近顶针的腔体连通，橡皮管另一端为盲端并设置为螺旋状；磁性块带动弹性膜朝顶针的方向运动时，会将空心球壳靠近顶针的腔体内部的空气进行压缩，进而空气充入橡皮管内部，促使橡皮管膨胀伸直，而弹性膜复位时，橡皮管内部的空气返回空心球壳，通过该操作可以使得橡皮管不断伸直收卷，从而进一步提高对水和泥土的搅拌效果，促进泥浆的形成。
20.优选的，所述顶针表面均匀固接有一组倒刺，且倒刺的尖端朝向环形槽内侧；通过在顶针表面设置多个倒刺，顶针扎入孔洞侧壁的泥土内部后，进而顶针拔出时会通过倒刺带出更多的碎泥土，进一步促进泥浆的形成。
21.本发明的有益效果如下：
22.1.本发明所述的一种高寒地区公路隧道的揭煤防突施工工艺，通过在输气管道外侧设置弹性气袋，将输气管道插入孔洞内部后，通过外部气源向弹性气袋内部充气并使其膨胀，进而弹性气袋膨胀后能够提高与孔洞之间的贴合程度，减小瓦斯气体通过输气管道与孔洞之间的缝隙泄露逸出的问题，并且将弹性气袋设置在环形槽内部，不会影响输气管道的插入。
23.2.本发明所述的一种高寒地区公路隧道的揭煤防突施工工艺，通过提前向储液腔内部添加水，弹性气袋膨胀后，通过外部气源向储液腔内部供气，推动滑板在储液腔内部滑动，进而滑板将储液腔内部的水通过通孔向外挤出，水流入环形槽内部并在弹性气袋与孔洞侧壁之间形成一层水封，进一步提高弹性气袋与孔洞侧壁之间的密封程度。
附图说明
24.下面结合附图对本发明作进一步说明。
25.图1是本发明的工艺流程示意图；
26.图2是本发明中输气管道的立体图；
27.图3是本发明中输气管道的剖视图；
28.图4是图3中a处局部放大图；
29.图5是本发明中转杆和转盘的剖视图；
30.图6是图4中b处局部放大图；
31.图7是本发明中顶针的结构示意图；
32.图中：输气管道1、环形槽2、弹性气袋3、储液腔4、滑板5、通孔6、转杆7、转盘8、叶片9、磁性块10、滑槽11、滑块12、摩擦片13、顶针14、空心球壳15、弹性膜16、弹性件17、小孔18、导杆19、弹性球20、橡皮管21、倒刺22。
具体实施方式
33.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
34.如图1所示，本发明实施例所述的一种高寒地区公路隧道的揭煤防突施工工艺，该工艺包括以下步骤：
35.s1：通过超前钻孔探测地层中的煤层位置，并对煤层情况进行测定，探明煤层厚度、地质构造、瓦斯存量等参数；
36.s2：通过水力压裂钻孔进行增透，对孔洞进行泄压，通过高压水泵和切割喷头对煤层进行水力切割，增加煤层的暴露面，提高煤层的透气性；
37.s3：将输气管道1插入孔洞内部，并向输气管道1外侧的弹性气袋3充气，之后将输气管道1与抽气泵连通，抽取煤层内部的瓦斯，直至煤层内部残余瓦斯含量达到标准范围值后，再进行金属骨架钻孔；
38.s4：进行施工面注浆，向金属骨架钻孔完成的孔洞内部插入无缝钢管，并对洞口进行封堵，然后向孔洞内注浆，直至砂浆从无缝钢管中溢出为止，待施工面注浆和无缝钢管内的砂浆凝固后，采用渐进式的方法揭开煤层即可。
39.实施例一
40.如图2至图6所示，所述输气管道1一端与抽气泵连通，另一端外侧表面开设有环形槽2；所述环形槽2内部固接有环形的弹性气袋3；所述弹性气袋3通过管路与外部气源连通，且弹性气袋3未充气时完全收缩入环形槽2内部；现有技术中采用输气管道1抽取煤层内部的瓦斯时，需要将输气管道1插入到预先钻取的孔洞内部，但是输气管道1与孔洞之间的贴合程度往往较差，故而抽取时部分瓦斯通过输气管道1与孔洞侧壁之间的缝隙泄露，容易导致现场人员发生中毒的危险；此时本发明通过在输气管道1外侧设置弹性气袋3，将输气管道1插入孔洞内部后，通过外部气源向弹性气袋3内部充气并使其膨胀，进而弹性气袋3膨胀后能够提高与孔洞之间的贴合程度，减小瓦斯气体通过输气管道1与孔洞之间的缝隙泄露逸出的问题，并且将弹性气袋3设置在环形槽2内部，不会影响输气管道1的插入。
41.所述输气管道1侧壁内部靠近环形槽2的位置开设有储液腔4；所述储液腔4内部滑动密封连接有滑板5；所述滑板5一侧的储液腔4通过管路与外部气源连通，滑板5另一侧的储液腔4内部添加有水；所述储液腔4添加有水的腔体与环形槽2之间通过通孔6连通；通过提前向储液腔4内部添加水，弹性气袋3膨胀后，通过外部气源向储液腔4内部供气，推动滑板5在储液腔4内部滑动，进而滑板5将储液腔4内部的水通过通孔6向外挤出，水流入环形槽2内部并在弹性气袋3与孔洞侧壁之间形成一层水封，进一步提高弹性气袋3与孔洞侧壁之间的密封程度。
42.所述通孔6内部安装有泄压阀；通过设置泄压阀，当储液腔4内部的水压达到一定程度后，水才会通过通孔6流出，避免水提前流出的问题。
43.所述输气管道1内部靠近环形槽2的位置通过支架固接有转杆7；所述转杆7外侧转动连接有转盘8；所述转盘8表面圆周均布有一组叶片9，且叶片9采用磁性材料制成；所述弹性气袋3内侧壁表面均布有一组磁性块10；所述叶片9靠近磁性块10时能够对磁性块10产生排斥力；由于钻取的孔洞大多为土洞，抽取瓦斯的过程通常要持续较长时间，孔洞侧壁上的泥土容易坍塌破碎，瓦斯气体容易通过土块之间的缝隙逸出，进而导致气密性下降的问题，
此时储液腔4内部的水挤出后，启动抽气泵，进而瓦斯气体通过输气管道1抽出，且瓦斯气体在输气管道1内部流动时会推动叶片9和转盘8转动，当叶片9靠近磁性块10时会对磁性块10产生排斥力，进而磁性块10带动弹性气袋3不断鼓动，促进水进入弹性气袋3与孔洞侧壁之间的缝隙中，并且鼓动过程中会将孔洞侧壁的泥土与水充分混合搅拌，从而形成泥浆，泥浆可以进一步提高弹性气袋3与孔洞侧壁之间的气密性。
44.所述转杆7表面开设有滑槽11，且滑槽11通过管路与外部气源连通；所述滑槽11内部滑动密封连接有滑块12；所述滑块12与滑槽11盲端之间固接有弹簧；所述滑块12远离弹簧的一侧固接有摩擦片13；一段时间后弹性气袋3与孔洞侧壁之间的泥浆干燥硬化，若叶片9持续转动，则弹性气袋3继续鼓动会使得硬化的泥土重新破碎，从而导致气密性下降，此时在转盘8和叶片9转动一段时间之后，可以通过外部气源向滑槽11内部供气，推动滑块12在滑槽11内部滑动，进而使得摩擦片13与转盘8内侧壁接触并压紧，从而将转盘8刹停，使得转盘8和叶片9停止转动，避免弹性气袋3鼓动而导致硬化后的泥土重新破碎的问题。
45.所述弹性气袋3外侧壁表面均匀固接有一组顶针14，且顶针14的尖端朝向环形槽2外侧；通过在弹性气袋3外侧设置多个顶针14，弹性气袋3鼓动过程中可以通过顶针14将孔洞侧壁的泥土戳碎，进而使得水与泥土混合后，促进泥浆的形成。
46.所述弹性气袋3内侧壁表面均匀固接有一组空心球壳15；所述空心球壳15内部固接有弹性膜16，且磁性块10固接在弹性膜16中部；所述弹性膜16一侧与空心球壳15内侧壁之间固接有弹性件17；所述空心壳体远离顶针14的一侧开设有小孔18；所述弹性膜16中部固接有导杆19，且导杆19贯穿小孔18；所述导杆19表面均布有一组弹性球20，且弹性球20的直径大于小孔18的直径；转盘8转动过程中，当叶片9靠近空心球壳15时会对磁性块10产生排斥力，进而磁性块10带动弹性膜16朝顶针14的方向运动，促使弹性气袋3鼓起的同时，弹性膜16还会带动导杆19在小孔18内部滑动，进而弹性球20会受到小孔18的挤压而产生变形，使得弹性球20通过小孔18时会短时间内提高导杆19的瞬时速度，从而促使弹性膜16、空心球壳15以及弹性气袋3产生抖动效果，进一步提高弹性气袋3对水和泥土的混合搅拌效果，提高顶针14将泥土戳碎的效率。
47.所述弹性气袋3外侧壁表面靠近空心球壳15的位置固接有橡皮管21；所述橡皮管21一端与空心球壳15靠近顶针14的腔体连通，橡皮管21另一端为盲端并设置为螺旋状；磁性块10带动弹性膜16朝顶针14的方向运动时，会将空心球壳15靠近顶针14的腔体内部的空气进行压缩，进而空气充入橡皮管21内部，促使橡皮管21膨胀伸直，而弹性膜16复位时，橡皮管21内部的空气返回空心球壳15，通过该操作可以使得橡皮管21不断伸直收卷，从而进一步提高对水和泥土的搅拌效果，促进泥浆的形成。
48.实施例二
49.如图7所示，对比实施例一，其中本发明的另一种实施方式为：所述顶针14表面均匀固接有一组倒刺22，且倒刺22的尖端朝向环形槽2内侧；通过在顶针14表面设置多个倒刺22，顶针14扎入孔洞侧壁的泥土内部后，进而顶针14拔出时会通过倒刺22带出更多的碎泥土，进一步促进泥浆的形成。
50.工作原理：本发明通过在输气管道1外侧设置弹性气袋3，将输气管道1插入孔洞内部后，通过外部气源向弹性气袋3内部充气并使其膨胀，进而弹性气袋3膨胀后能够提高与孔洞之间的贴合程度，减小瓦斯气体通过输气管道1与孔洞之间的缝隙泄露逸出的问题，并
且将弹性气袋3设置在环形槽2内部，不会影响输气管道1的插入；通过提前向储液腔4内部添加水，弹性气袋3膨胀后，通过外部气源向储液腔4内部供气，推动滑板5在储液腔4内部滑动，进而滑板5将储液腔4内部的水通过通孔6向外挤出，水流入环形槽2内部并在弹性气袋3与孔洞侧壁之间形成一层水封，进一步提高弹性气袋3与孔洞侧壁之间的密封程度；通过设置泄压阀，当储液腔4内部的水压达到一定程度后，水才会通过通孔6流出，避免水提前流出的问题；由于钻取的孔洞大多为土洞，抽取瓦斯的过程通常要持续较长时间，孔洞侧壁上的泥土容易坍塌破碎，瓦斯气体容易通过土块之间的缝隙逸出，进而导致气密性下降的问题，此时储液腔4内部的水挤出后，启动抽气泵，进而瓦斯气体通过输气管道1抽出，且瓦斯气体在输气管道1内部流动时会推动叶片9和转盘8转动，当叶片9靠近磁性块10时会对磁性块10产生排斥力，进而磁性块10带动弹性气袋3不断鼓动，促进水进入弹性气袋3与孔洞侧壁之间的缝隙中，并且鼓动过程中会将孔洞侧壁的泥土与水充分混合搅拌，从而形成泥浆，泥浆可以进一步提高弹性气袋3与孔洞侧壁之间的气密性；通过在弹性气袋3外侧设置多个顶针14，弹性气袋3鼓动过程中可以通过顶针14将孔洞侧壁的泥土戳碎，进而使得水与泥土混合后，促进泥浆的形成；转盘8转动过程中，当叶片9靠近空心球壳15时会对磁性块10产生排斥力，进而磁性块10带动弹性膜16朝顶针14的方向运动，促使弹性气袋3鼓起的同时，弹性膜16还会带动导杆19在小孔18内部滑动，进而弹性球20会受到小孔18的挤压而产生变形，使得弹性球20通过小孔18时会短时间内提高导杆19的瞬时速度，从而促使弹性膜16、空心球壳15以及弹性气袋3产生抖动效果，进一步提高弹性气袋3对水和泥土的混合搅拌效果，提高顶针14将泥土戳碎的效率；磁性块10带动弹性膜16朝顶针14的方向运动时，会将空心球壳15靠近顶针14的腔体内部的空气进行压缩，进而空气充入橡皮管21内部，促使橡皮管21膨胀伸直，而弹性膜16复位时，橡皮管21内部的空气返回空心球壳15，通过该操作可以使得橡皮管21不断伸直收卷，从而进一步提高对水和泥土的搅拌效果，促进泥浆的形成；通过在顶针14表面设置多个倒刺22，顶针14扎入孔洞侧壁的泥土内部后，进而顶针14拔出时会通过倒刺22带出更多的碎泥土，进一步促进泥浆的形成；一段时间后弹性气袋3与孔洞侧壁之间的泥浆干燥硬化，若叶片9持续转动，则弹性气袋3继续鼓动会使得硬化的泥土重新破碎，从而导致气密性下降，此时在转盘8和叶片9转动一段时间之后，可以通过外部气源向滑槽11内部供气，推动滑块12在滑槽11内部滑动，进而使得摩擦片13与转盘8内侧壁接触并压紧，从而将转盘8刹停，使得转盘8和叶片9停止转动，避免弹性气袋3鼓动而导致硬化后的泥土重新破碎的问题。
51.上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
53.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进
都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。