[发明专利]一种高地应力下瓦斯隧道岩爆的主动防治方法

说明书

本发明公开了一种高地应力下瓦斯隧道岩爆的主动防治方法，属于瓦斯隧道岩爆防治技术领域，该方法利用隧道超前地质预报，确定隧道围岩岩爆段及揭煤段的位置及范围。针对岩爆段，布置超前中心孔、定向孔及锲形槽，进行多孔割缝定向水力压裂作业和水力压裂作业；针对揭煤段，布置超前压裂孔、定向孔及锲形槽，进行多孔割缝定向水力压裂作业和水力压裂作业，再进行瓦斯抽采及消突评估。本发明确保了工作人员及设备的安全，维护围岩稳定性，达到防治岩爆及瓦斯动力灾害的目的，最大限度的提高瓦斯隧道的施工效率。本发明解决了高地应力条件下掘进活动引起的瓦斯隧道高应力区岩爆、瓦斯动力灾害等问题，效果明显，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及瓦斯隧道岩爆防治技术领域，尤其涉及一种高地应力下瓦斯隧道岩爆的主动防治方法。

背景技术

随着我国西部大开发战略的实施和西南地区的全面提速，以高速公路为标志的西部或西线交通基础设施建设正全面展开。西南地区地形起伏较大，以高原、山地、丘陵和盆地四种地貌为主，其地形地貌不仅提高了西南地区高速公路修建的成本，而且导致许多路段要穿山而过。我国西南地区，一方面处于高山峡谷中，埋深极大，地应力水平极高；另一方面，煤炭资源丰富，分布广泛，且很多高速公路隧道垂直于或基本垂直于煤层走向穿过煤层，由于煤系地层地质构造复杂、高地应力、高瓦斯压力的存在，以及受掘进影响扰动频繁，动力响应特征更为复杂，如果防治措施不到位，很可能发生围岩大变形、失稳坍塌甚至岩爆灾害，造成严重的经济损失和不良的社会效应。

由于目前瓦斯隧道研究较少，高速公路基建队伍缺乏对瓦斯隧道岩爆的了解，对瓦斯隧道岩爆灾害的研究主要集中在危险性评价、施工安全管理和围岩变形监测等方面，缺少高地应力下瓦斯隧道岩爆科学的、合理的、安全的防治措施，导致高地应力下瓦斯隧道岩爆防治措施远远落后于现场生产实践的发展。

为解决这一问题，现有措施多采用以被动的加强支护等方法来保证坚硬顶板的巷道围岩稳定，或者通过主动的钻孔爆破、注水弱化来解除隧道的高应力状态，但加强支护的方法并不能从根本上解决岩爆动力灾害的发生，并且只适用于弱～中岩爆的情况；而主动的强制爆破放顶技术对于瓦斯隧道有安全隐患，易引起瓦斯动力灾害；由于岩爆主要发生在完整性好的高强度低渗透性岩石中，注水软化并不能有效的将水注入岩体中，常作为钻孔爆破的辅助手段。现有的瓦斯隧道工程实践表明，常规的岩爆防治方法很难取得预期的效果。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有高地应力下瓦斯隧道岩爆的主动防治技术存在的不足，提供一种基于水力化措施适用于高地应力下瓦斯隧道工程的岩爆主动防治方法，该方法在利用隧道超前地质预报，确定隧道的岩爆段及揭煤段的位置及范围的前提下，针对高地应力下瓦斯隧道工程特点，对于岩爆段，在利用超前中心孔及定向孔释放应力的基础上，根据岩爆段最大、最小主应力方位和大小，结合多孔割缝定向水力压裂岩体所形成的塑性区范围，布置超前中心孔、定向孔及锲形槽，对岩爆段实施多孔割缝定向水力压裂，增加岩爆段岩体裂隙、改变岩爆段围岩力学特性的同时，破坏目标岩体整体强度和软化岩体，超前释放隧道集中应力，最终实现瓦斯隧道岩爆的主动高效防治并防止常规爆破作业带来的诱导高应力下瓦斯隧道突出事故的发生。

对于揭露煤层段，首先利用超前地质综合预报，确定揭煤段，并进行揭露煤层突出危险性预测，结合多孔割缝定向水力压裂煤体所形成的塑性区范围，布置超前压裂孔、定向孔及锲形槽，进行多孔割缝定向水力压裂作业，受定向孔及锲形槽的导向作用，在煤体中形成一定长度的定向水压裂缝，同时形成大量的微裂隙，增加了煤体透气性，周围煤体呈现破碎区15、塑性区16、弹性区及原岩应力区依次分布；之后对超前压裂孔进行水力压裂作业，首先起裂的是破碎区的煤体，破碎区和塑性区内的煤体水压裂缝起裂方向受导向作用，按照最优定向孔与超前压裂孔的布置间距d，水压裂缝会继续发育相邻定向孔塑性区内，使定向孔的塑性区和超前压裂孔水压裂缝塑性区相连，加速水压裂缝扩展，进一步增加煤体透气性，扩大瓦斯抽采范围。而后进行瓦斯抽采，保证揭露煤层达到消突要求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：