[發(fā)明專利]一種高地應(yīng)力下瓦斯隧道巖爆的主動(dòng)防治方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811428038.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109723421B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙鑫;王揮云;王博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司
• 主分類號(hào): E21B43/26
• 分類號(hào): E21B43/26;E21F7/00;E21F17/18
• 代理公司: 北京匯捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 于鵬

1.高地應(yīng)力下瓦斯隧道巖爆的主動(dòng)防治方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)利用隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，確定隧道(1)的巖爆段(3)及揭煤段(9)的位置及范圍；

2)對(duì)于巖爆段(3)具有以下步驟：

步驟一：確定巖爆段(3)

開(kāi)挖前預(yù)測(cè)巖爆段(3)位置、巖爆烈度及規(guī)模，確定巖爆段(3)巖體的最大水平應(yīng)力和最小水平應(yīng)力大小及方向；

步驟二：布置超前中心孔(4)、定向孔(6)及鍥形槽(7)

若為巖爆段(3)，在掌子面(2)掘進(jìn)至距離巖爆段(3)為8～12m時(shí)，在巖爆段(3)巖體內(nèi)縱向布置若干個(gè)超前中心孔(4)、定向孔(6)及鍥形槽(7)；

超前中心孔(4)、定向孔(6)及鍥形槽(7)的位置和個(gè)數(shù)設(shè)置如下：

一、若隧道(1)斷面的尺寸不大于6m，或隧道(1)圍巖存在裂縫，則在隧道(1)中心軸線上鉆取1個(gè)超前中心孔(4)，在橢圓各頂點(diǎn)位置鉆取4個(gè)定向孔(6)；

二、若隧道(1)斷面的尺寸大于6m，或隧道(1)圍巖完整，則在隧道(1)中心軸線上及橢圓4個(gè)頂點(diǎn)位置處分別鉆取1個(gè)超前中心孔(4)，在橢圓各頂點(diǎn)同一平面位置鉆取4個(gè)對(duì)應(yīng)定向孔(6)，橢圓頂點(diǎn)處超前中心孔(4)與對(duì)應(yīng)定向孔(6)距離為0.6～3m；

步驟三：連接多孔割縫定向水力壓裂設(shè)備和進(jìn)行多孔割縫定向水力壓裂作業(yè)

在超前中心孔(4)及定向孔(6)鉆至設(shè)計(jì)位置后，啟動(dòng)高壓泵(10)、鉆機(jī)(11)，升高泵壓至25～50MPa，此時(shí)利用鉆桿上預(yù)先安設(shè)的多孔割縫定向水力壓裂設(shè)備對(duì)定向孔(6)實(shí)施多孔割縫定向水力壓裂，鉆桿每后退1.5～2m實(shí)施一次多孔割縫定向水力壓裂，直至退出巖爆段(3)，循環(huán)以上步驟完成對(duì)所有定向孔(6)的多孔割縫定向水力壓裂；

步驟四：連接水力壓裂系統(tǒng)和進(jìn)行水力壓裂作業(yè)

多孔割縫定向水力壓裂完畢后，在超前中心孔(4)內(nèi)安設(shè)壓裂用輸水無(wú)縫鋼管(14)，在鋼管上對(duì)應(yīng)鉆孔多孔割縫定向水力壓裂的位置預(yù)留出水孔眼，再對(duì)定向孔(6)進(jìn)行封孔處理，升高泵壓至25～50MPa，向超前中心孔(4)注入高壓水，直至定向孔(6)有水流出或注水壓力持續(xù)上升至出現(xiàn)3～5MPa的壓力降后停止注水；

3)對(duì)于揭煤段(9)具有以下步驟：

步驟一：確定揭煤段(9)及進(jìn)行揭露煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

在掌子面(2)距煤層9.5～10.5m垂距處，進(jìn)行超前地質(zhì)綜合預(yù)報(bào)，確定隧道穿過(guò)煤層的位置、產(chǎn)狀、厚度、透氣性系數(shù)、瓦斯放散初速度、瓦斯含量、瓦斯壓力及堅(jiān)固性系數(shù)，并分析煤層的破壞類型，對(duì)煤層突出危險(xiǎn)性進(jìn)行初步預(yù)測(cè)；同時(shí)，在鉆進(jìn)過(guò)程中觀察是否有卡鉆、頂鉆、噴孔動(dòng)力現(xiàn)象，在以上基礎(chǔ)上綜合評(píng)定煤層突出危險(xiǎn)性；

步驟二：布置超前壓裂孔(5)、定向孔(6)及鍥形槽(7)

若為煤層，在隧道掌子面(2)前方的煤層內(nèi)縱向布置有若干個(gè)傾斜的超前壓裂孔(5)、定向孔(6)及鍥形槽(7)；

步驟三：連接多孔割縫定向水力壓裂設(shè)備和進(jìn)行多孔割縫定向水力壓裂作業(yè)

在超前壓裂孔(5)及定向孔(6)鉆至設(shè)計(jì)位置后，啟動(dòng)高壓泵(10)、鉆機(jī)(11)，升高泵壓至15～40MPa，此時(shí)利用鉆桿(13)上預(yù)先安設(shè)的多孔割縫定向水力壓裂設(shè)備對(duì)定向孔(6)實(shí)施徑向多孔割縫定向水力壓裂，鉆桿后退，循環(huán)以上步驟，實(shí)施下一個(gè)定向孔(6)的多孔割縫定向水力壓裂，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

步驟四：連接水力壓裂系統(tǒng)和進(jìn)行水力壓裂作業(yè)

多孔割縫定向水力壓裂完畢后，在超前壓裂孔(5)內(nèi)安設(shè)壓裂用輸水無(wú)縫鋼管(14)，在鋼管上對(duì)應(yīng)鉆孔多孔割縫定向水力壓裂的位置預(yù)留出水孔眼，再對(duì)定向孔(6)進(jìn)行封孔處理；在封孔段固結(jié)滿足強(qiáng)度要求后，利用高壓泵(10)向超前壓裂孔(5)中注入高壓水，保持水壓在15～20MPa，試壓3～5min后，升高壓力進(jìn)行正式水力壓裂，正式水力壓裂的泵壓為20～50MPa，注入高壓水，直至定向孔(6)有水流出或注水壓力持續(xù)上升至出現(xiàn)3～5MPa的壓力降后停止注水；

步驟五：瓦斯抽采及消突評(píng)估

水力壓裂增透措施完成后，施工瓦斯抽放孔(8)，預(yù)抽煤層瓦斯，鉆孔施工完成后及時(shí)接入抽采系統(tǒng)，并測(cè)定抽采濃度和流量，計(jì)算瓦斯抽采率，進(jìn)行消突評(píng)估。