[发明专利]一种高地应力下瓦斯隧道岩爆的主动防治方法

权利要求书

1.高地应力下瓦斯隧道岩爆的主动防治方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)利用隧道超前地质预报，确定隧道(1)的岩爆段(3)及揭煤段(9)的位置及范围；

2)对于岩爆段(3)具有以下步骤：

步骤一：确定岩爆段(3)

开挖前预测岩爆段(3)位置、岩爆烈度及规模，确定岩爆段(3)岩体的最大水平应力和最小水平应力大小及方向；

步骤二：布置超前中心孔(4)、定向孔(6)及锲形槽(7)

若为岩爆段(3)，在掌子面(2)掘进至距离岩爆段(3)为8～12m时，在岩爆段(3)岩体内纵向布置若干个超前中心孔(4)、定向孔(6)及锲形槽(7)；

超前中心孔(4)、定向孔(6)及锲形槽(7)的位置和个数设置如下：

一、若隧道(1)断面的尺寸不大于6m，或隧道(1)围岩存在裂缝，则在隧道(1)中心轴线上钻取1个超前中心孔(4)，在椭圆各顶点位置钻取4个定向孔(6)；

二、若隧道(1)断面的尺寸大于6m，或隧道(1)围岩完整，则在隧道(1)中心轴线上及椭圆4个顶点位置处分别钻取1个超前中心孔(4)，在椭圆各顶点同一平面位置钻取4个对应定向孔(6)，椭圆顶点处超前中心孔(4)与对应定向孔(6)距离为0.6～3m；

步骤三：连接多孔割缝定向水力压裂设备和进行多孔割缝定向水力压裂作业

在超前中心孔(4)及定向孔(6)钻至设计位置后，启动高压泵(10)、钻机(11)，升高泵压至25～50MPa，此时利用钻杆上预先安设的多孔割缝定向水力压裂设备对定向孔(6)实施多孔割缝定向水力压裂，钻杆每后退1.5～2m实施一次多孔割缝定向水力压裂，直至退出岩爆段(3)，循环以上步骤完成对所有定向孔(6)的多孔割缝定向水力压裂；

步骤四：连接水力压裂系统和进行水力压裂作业

多孔割缝定向水力压裂完毕后，在超前中心孔(4)内安设压裂用输水无缝钢管(14)，在钢管上对应钻孔多孔割缝定向水力压裂的位置预留出水孔眼，再对定向孔(6)进行封孔处理，升高泵压至25～50MPa，向超前中心孔(4)注入高压水，直至定向孔(6)有水流出或注水压力持续上升至出现3～5MPa的压力降后停止注水；

3)对于揭煤段(9)具有以下步骤：

步骤一：确定揭煤段(9)及进行揭露煤层突出危险性预测

在掌子面(2)距煤层9.5～10.5m垂距处，进行超前地质综合预报，确定隧道穿过煤层的位置、产状、厚度、透气性系数、瓦斯放散初速度、瓦斯含量、瓦斯压力及坚固性系数，并分析煤层的破坏类型，对煤层突出危险性进行初步预测；同时，在钻进过程中观察是否有卡钻、顶钻、喷孔动力现象，在以上基础上综合评定煤层突出危险性；

步骤二：布置超前压裂孔(5)、定向孔(6)及锲形槽(7)

若为煤层，在隧道掌子面(2)前方的煤层内纵向布置有若干个倾斜的超前压裂孔(5)、定向孔(6)及锲形槽(7)；

步骤三：连接多孔割缝定向水力压裂设备和进行多孔割缝定向水力压裂作业

在超前压裂孔(5)及定向孔(6)钻至设计位置后，启动高压泵(10)、钻机(11)，升高泵压至15～40MPa，此时利用钻杆(13)上预先安设的多孔割缝定向水力压裂设备对定向孔(6)实施径向多孔割缝定向水力压裂，钻杆后退，循环以上步骤，实施下一个定向孔(6)的多孔割缝定向水力压裂，直至达到设计要求；

步骤四：连接水力压裂系统和进行水力压裂作业

多孔割缝定向水力压裂完毕后，在超前压裂孔(5)内安设压裂用输水无缝钢管(14)，在钢管上对应钻孔多孔割缝定向水力压裂的位置预留出水孔眼，再对定向孔(6)进行封孔处理；在封孔段固结满足强度要求后，利用高压泵(10)向超前压裂孔(5)中注入高压水，保持水压在15～20MPa，试压3～5min后，升高压力进行正式水力压裂，正式水力压裂的泵压为20～50MPa，注入高压水，直至定向孔(6)有水流出或注水压力持续上升至出现3～5MPa的压力降后停止注水；

步骤五：瓦斯抽采及消突评估

水力压裂增透措施完成后，施工瓦斯抽放孔(8)，预抽煤层瓦斯，钻孔施工完成后及时接入抽采系统，并测定抽采浓度和流量，计算瓦斯抽采率，进行消突评估。