CN111779463A - 高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，首先对煤层进行区域预测，若有突出危险则实施区域防突措施，区域防突措施包括水力压裂增透、水力割缝泄压增透和煤层瓦斯抽采；并在揭煤前对隧道轮廓线周边进行帷幕注浆加固并施工金属骨架。本发明压裂完成后远方操作先将其卸压，再安排人员进入检查，可解决带压进人的安全隐患；水力压裂增透和水力割缝增透，可提高瓦斯排放和瓦斯抽采效果，可加快瓦斯抽采达标进程；本发明将帷幕注浆与超前大管棚有效结合，对隧道轮廓线周边进行注浆加固，达到隔离外部瓦斯的作用，提高煤层的稳定系数，在施工金属骨架时，有效防止塌孔，保证施工安全，极大提高作业效率。

Description

高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法

技术领域

本发明涉及煤层揭煤防突施工技术领域，尤其涉及高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法。

背景技术

随着我国高速公路网的飞速发展，特别是我国西南地区，山峦众多，地质复杂。公路隧道逐年增多，瓦斯突出、煤层等越来越多的地质问题逐渐显出。煤层瓦斯是一种洁净能源，但对工程建设而言是一种灾害源。现有的煤层揭煤防突施工工法安全性和施工进度有待提高。

发明内容

本发明旨在提供高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，能提高安全性和施工效率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，首先对煤层进行区域预测，若有突出危险则实施区域防突措施，所述区域防突措施包括增透措施和煤层瓦斯抽采，所述增透措施包括水力压裂增透，在隧道的左洞与右洞之间设横通道，水力压裂增透时将压裂泵组置于其中一个洞中，通过压裂泵组对另一个洞的煤层进行压裂；压裂结束后，远程操控压裂泵组进行泄压。

进一步的，所述增透措施还包括水力割缝泄压增透，在水力压裂结束后，施工抽采钻孔期间，在煤层抽采钻孔中选取部分钻孔采取水力割缝。

进一步的，区域防突措施后，进行区域防突措施效果检验，区域防突措施效果检验合格后施工至煤层5m垂距进行区域验证；

若区域验证指标不超标，则施工至煤层2m垂距再次进行区域验证；若区域验证指标超标则执行局部综合防突措施。

进一步的，若区域预测无突出危险，则施工至煤层2m垂距进行区域验证，若区域验证指标超标则执行局部综合防突措施；

若2m区域验证指标不超标，则对隧道轮廓线周边进行帷幕注浆加固，然后采用渐进式揭煤方式揭开煤层。

或者，若区域预测无突出危险，则施工至煤层2m垂距进行区域验证，若2m区域验证指标超标则执行局部综合防突措施；若2m区域验证指标不超标，则沿隧道开挖轮廓线左帮、上部和右帮的外围钻多个穿过煤层的骨架钻孔，向骨架钻孔内均插入无缝钢管，通过无缝钢管向孔内注浆；

金属骨架施工完成并凝固后，采用渐进式揭煤方式揭开煤层。

或者，若区域预测无突出危险，则施工至煤层2m垂距进行区域验证，若2m区域验证指标超标则执行局部综合防突措施；若2m区域验证指标不超标，则对隧道轮廓线周边进行帷幕注浆加固并施工金属骨架；

所述帷幕注浆加固的施工步骤包括：隧道轮廓线的周边围岩上从内到外同心钻多组穿过煤层的帷幕注浆钻孔，向帷幕注浆钻孔内均插入无缝钢管，通过无缝钢管向孔内注浆；

所述金属骨架施工步骤包括：沿隧道开挖轮廓线左帮、上部和右帮的外围钻多个穿过煤层的骨架钻孔，向骨架钻孔内均插入无缝钢管，通过无缝钢管向孔内注浆；

帷幕注浆加固和金属骨架施工完成并凝固后，采用渐进式揭煤方式揭开煤层。

优选地，骨架钻孔由内而外有两排，两排骨架钻孔在径向方向错开。

优选地，无缝钢管的插入深度至少超过煤层底板5m。

进一步的，沿隧道开挖轮廓线左帮、上部和右帮的内围设有锚梁。

进一步的，锚梁顶部有支护体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1，本发明压裂完成后远方操作先将其卸压，再安排人员进入检查，避免了可能事故对操作人员造成伤害，彻底消灭了带压进人的安全隐患；

2，本发明采用水力压裂增透，使储层内原来的闭合裂隙被贯通，增加煤层渗透性，为瓦斯的流动创造条件，从而可增加煤层透气性，利于提高瓦斯抽采效果；

3，本发明方法在水力压裂结束后施工抽采钻孔期间，在煤层抽采钻孔中选取部分钻孔采取水力割缝，高压水射流有切割力，增大煤层横向暴露面，达到对煤层的切割、卸压增透，提高瓦斯排放和瓦斯抽采效果，可加快瓦斯抽采达标进程；

4，本发明将帷幕注浆与超前大管棚有效结合，对隧道轮廓线周边进行注浆加固，达到隔离外部瓦斯的作用，提高煤层的稳定系数，在施工金属骨架时，有效防止塌孔，保证施工安全，极大提高作业效率。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是抽采钻孔的封孔示意图；

图3是区域措施效果检验钻孔布局示意图；

图4是帷幕注浆钻孔横断面示意图；

图5是帷幕注浆钻孔纵断面示意图；

图6是金属骨架钻孔横断面示意图；

图7是金属骨架钻孔纵断面示意图；

图8帷幕注浆或金属骨架钻孔封堵示意图；

图9是压裂泵组及管路铺设示意图；

图10是泵组布置示意图；

图11是图10中A处的剖视图；

图12是泵组的PID图；

图13是煤层压裂钻孔的平面示意图；

图14是煤层压裂钻孔的剖面示意图；

图15是压裂钻孔封孔示意图；

图16是花管段的结构示意图；

图17是左洞水力割缝时高压水力割缝系统的示意图；

图18是水力割缝设备的结构示意图；

图19是煤层水力割缝钻孔示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明公开的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，包括以下步骤；

S1,20m锤距初探煤层位置：

探明隧道煤系地层的瓦斯赋存情况及地质情况，确切掌握煤层的层位、倾角、厚度、顶板岩性、地质构造等煤层赋存情况。

S2,区域预测：10m锤距取芯、测定瓦斯基本参数。

若有突出危险，则执行步骤S3；若无突出危险，则执行步骤S8。

瓦斯参数主要测定煤层原始瓦斯压力P、软分层煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度Δp和煤的坚固性系数f等指标以及施工过程中的瓦斯动力现象，用以判断煤层的突出危险性。

突出煤层鉴定的单项指标临界值见下表1所示：

表1突出煤层鉴定的单项指标临界值

S3，实施区域防突措施：包括增透措施和煤层瓦斯抽采。

增透措施包括水力压裂增透和水力割缝卸压增透；

水力压裂增透：利用高压泵组通过钻孔向储层压入压裂液，液体压入的速度远远超过储层的自然吸水能力时，由于流动阻力的增加，进入储层的液体压力就会逐渐上升，当超过储层的破裂压力时，储层内原来的闭合裂隙就会被贯通，煤层渗透性就会增加，为瓦斯的流动创造条件，从而达到增加煤层透气性、提高瓦斯抽采效果的目的。

其中，水力压裂适用条件：煤体结构类型Ⅰ～Ⅳ类、f值≥0.2、顶底板无含水层和压裂范围内无透水型地质构造的煤岩层。

在水力压裂结束后施工抽采钻孔期间，在煤层抽采钻孔中选取部分钻孔采取水力割缝，高压水通过密封钻杆到达煤层位置，通过高压旋转接头带切割喷头高速旋转，产生高速射流束(200-500m/s)喷出高度集中水流，对煤层进行切割破坏，对煤层段人为再造裂缝，增大煤体在空气中的暴露面积，形成瓦斯流动通道，加快瓦斯解吸，提高煤层透气性，增大瓦斯释放速度，提高煤层的可抽性，最终起到卸压作用，达到瓦斯抽放达标目的。

其中，水力割裂适用条件：松软低透气性煤层。

煤层瓦斯抽采方法如下：

(1)施工设备

抽采钻孔施工设备选用ZDY-2300型煤矿用全液压坑道钻机配套Φ63mm×760mm普通钻杆和Φ76mm PDC金刚石复合片钻头。ZDY-2300型煤矿用全液压坑道钻机，钻机转速(r/min)70/160、扭矩(N·m)2300/1000、最大钻进深度可达300m。地面安设两台ZWY-30/55-G型移动抽采泵(一台备用)对该隧道煤层瓦斯进行抽采。

(2)囊袋式注浆封孔法工艺如下：

第一步，如图2所示，使用封孔器快速、简便、将封孔器完全插入钻孔内；

第二步，将封孔器与注浆泵压力源连通；

第三步，打开气动搅拌器，搅拌均匀后开始注浆，出浆口压力控制在2MPa，从而实现带压式密封；

第四步，注浆一段时间后，注浆泵自动停止，说明封孔完成；

第五步，打开泄压阀，断开注浆管，清洗注浆泵。

(3)抽采参数测定

钻孔封堵完成并接入抽采系统后，每天测定总体抽采情况，每星期测定一次单孔抽采情况，并做好详细记录。

根据煤层原始瓦斯含量与瓦斯抽采过程中所测定的抽采参数计算煤层的残余瓦斯含量，当计算残余瓦斯含量小于8m³/t，即可进行区域防突措施效果检验。

S4，区域防突措施效果检验：

区域防突措施效果检验采用测定残余瓦斯压力或测定残余瓦斯含量或钻屑瓦斯解析指标进行检验。

如图3所示，检验孔3分别位于要求预抽区域内的上部、中部和两侧，并且至少有1个检验测试点位于要求预抽区域内距边缘不大于2m的范围，钻孔孔径Φ76mm。预抽区域内矩阵布置有多个抽放孔2，检验孔3位于最小矩阵单元的四个抽放孔2的中央。本实施方式中相邻两个抽放孔2的中心距为4m。预抽区域上部的其中一个检验孔3位于预抽区域内距边缘的2m范围内。位于预抽区域右侧的其中一个检验孔3位于预抽区域内距边缘的2m范围内。本实施例在预抽区域的下部设有至少一个检验孔3。

当测定煤层残余瓦斯压力均小于0.74MPa或残余瓦斯含量均小于8m³/t或钻屑瓦斯解析指标不超标，且施钻过程中无顶钻、卡钻、喷孔及其他明显突出预兆，则可进行S5，区域验证。

若残余瓦斯压力≥0.74MPa或残余瓦斯含量≥8m³/t，即或钻屑瓦斯解析指标超标或施钻过程中有顶钻、卡钻、喷孔及其他明显突出预兆，则说明预抽防突效果无效，预抽区域仍为突出危险区，应补充施工煤层抽放钻孔抽放瓦斯直至效果检验达标。

S5，区域验证：

煤层经区域防突措施效果检验合格后，开挖至隧道上导距煤层5m最小法向距离进行区域验证。区域验证采用工作面突出危险性预测方法进行。

若5m垂距区域验证指标不超标，则执行步骤S8；

若5m锤距区域验证指标超标，则执行步骤S6；

S6，实施5m局部综合防突措施；

S7，5m锤距效果检验：

检验有风险则执行步骤S5，若无危险则执行步骤S8。

S8，2m锤距验证：

若有危险，则执行步骤S9，若无危险，则执行步骤S11；

S9，实施2m局部防突措施；

S10，2m锤距效果检验：

检验有风险则执行步骤S9，若无危险则执行步骤S11。

S11，2m锤距施工帷幕注浆、金属骨架；

先进行帷幕注浆钻孔并注浆加固煤层，然后进行金属骨架钻孔并进一步注浆加固煤层，具体方法如下：

首先，如图4、5所示，在隧道轮廓线61的周边围岩上从内到外同心钻有多组帷幕注浆钻孔62，帷幕注浆钻孔62穿过煤层。本实施方式中，在隧道轮廓线61上设有第一组帷幕注浆钻孔，第一组帷幕注浆钻孔外围有三组帷幕注浆钻孔。相邻两组帷幕注浆钻孔的径向中心距为4m，同一组帷幕注浆钻孔的周向中心距为4m。帷幕注浆钻孔62孔径76mm。孔深每组不小于50m，控制隧道轮廓线61的上方、下方及左右两边各12m，以实现对隧道轮廓线61周边12m范围进行注浆加固。

如图6、7所示，沿隧道开挖轮廓线61左帮、上部和右帮的外围钻多个骨架钻孔72，骨架钻孔72穿过煤层。骨架钻孔72由内而外有两排，两排骨架钻孔72在径向方向错开。两排骨架钻孔72的径向中心距为0.2m，同一排的骨架钻孔72的周向中心距为0.4m。骨架钻孔72的孔径为89mm。

沿隧道开挖轮廓线61左帮、上部和右帮的内围设有锚梁71，锚梁71顶部有支护体73。

如图8所示，帷幕注浆钻孔62和骨架钻孔72钻孔施工完成后，立即向孔内插入DN50mm无缝钢管，无缝钢管63前端设有筛孔631。无缝钢管63的插入深度以超过煤层底板5m处为准。在钻孔孔口设置一根Φ4mm分注浆管64，并采用棉纱66+水泥砂浆65或AB胶将孔口封堵。待孔口部分凝固后，采用封孔泵向孔内注浆，直至水泥砂浆从管内返出为止。

本发明对隧道轮廓线周边进行注浆加固，达到隔离外部瓦斯的作用，提高煤层的稳定系数，在施工金属骨架时，有效防止塌孔，保证施工安全，极大提高作业效率。

其中，帷幕注浆结合金属骨架的适用条件：煤层松软或受地质构造影响易垮冒煤岩体。

S12，安全防护措施渐进式揭煤；帷幕注浆和金属骨架钻孔施工完成并凝固后，采用渐进式揭煤方式揭开煤层；

S13，煤门预测：有危险，若有危险，则执行步骤S14，若无危险，则执行步骤S16；

S14，实施局部防突措施；

S15，煤门局部措施效果检验：检验有风险则执行步骤S14，若无危险则执行步骤S16。

S16，过完煤层至5m锤距外。

其中，对于倾斜煤层，一次揭煤深度宜为1m-1.3m，隧道过煤系地层段开挖应采用台阶法施工，每循环进尺不宜超过1.0m。钻爆开挖应采用控制爆破，减少超欠挖。

下面详细介绍本发明的水力压裂工艺，包括以下步骤；

步骤1，如图9所示，在隧道的左洞101与右洞102之间设横通道103，可在横通道103的两端安装防爆门104构成避险硐室。

步骤2，如图13-15所示，洞内穿层钻孔用作水力压裂钻孔，水力压裂钻孔内安装孔内压裂管42并封孔。

具体操作要求如下：水力压裂钻孔41应设计有一定仰角，钻孔倾角设计10°，孔径Φ76mm，施工至煤层底板0.5m，采用孔内压裂管42预埋至煤层底板处。为保证压裂效果，水力压裂钻孔41必须封孔至C6煤层顶板处。如图15所示，孔内压裂管42和封孔注浆管43伸进压裂孔41内，孔内压裂管42与压裂孔41孔壁间有封孔段44，封孔段44由孔口封孔至煤层顶板处。

孔内压裂管42前端有花管段45，花管段45前端越过煤层区，在花管段45外壁绑结马尾巴46实现封孔段44内端的封堵，在封孔段44外端采用聚氨酯47封堵。

孔内压裂管42管内径为φ40mm，壁厚8mm的无缝钢管，每根长2m，用相应接头进行连接，孔内压裂管42前端为2m-4mm的花管段45。如图16所示，花管段45上注水孔451的直径为8mm。相邻注水孔的轴向中心距为200mm。花管段45一端有螺纹端452，以便于连接。

封孔注浆管43采用φ4分铁管加工，长2m，封孔注浆管43前端止于封孔段44内，封孔注浆管43后端伸出孔外并连接球阀；

另加工一根一头带梯形笋子尖、一头为丝扣的φ4分铁管，用来连接注浆泵与封孔注浆管43，注浆时开启球阀，注浆结束后及时关闭球阀。

封孔段4内端采用马尾巴46封堵，其方法是将马尾巴46绑结实在孔内压裂管42上，当花管段45穿过煤层时停止送管，向孔外方向拉动孔内压裂管42，马尾巴46收缩，起到封堵水泥砂浆及过滤水的作用。马尾巴46长度不小于1m，条数以与孔壁较紧密接触为准，为与孔内压裂管2绑捆结实。可在孔内压裂管42外壁绑结马尾巴46的区域焊接小齿。马尾巴46后方留50cm左右的花管，用纱布48缠绕。封孔段4外端采用注入聚氨酯47封堵的办法，聚氨酯47的封堵段长度不小于1.5m。封孔段44通过封孔注浆管43注入水泥砂浆填充封孔，注浆液要求抗压强度不小于40MPa，抗收缩能力强，主料为标号不小于425#水泥，配料为膨胀水泥。

步骤3，压裂泵组就位，并连接好电气系统及高压管路。本实施方式中水力压裂选用BYW78/400型压裂泵组，该泵组主要由压裂泵、液力变速器、防爆电机、控制阀组、润滑冷却系统、一次仪表、控制系统及监视系统组成。

如图9所示，以对左洞101进行水力压裂操作为例进行举例说明，将压裂泵组1置于右洞102中，压裂泵组1的出口连接高压软管14，高压软管14穿过横通道103连接左洞101内的孔内压裂管42。

如图10、11、12所示，本实施方式中压裂泵组1包括压裂泵11、电动机12、液力变速器13、控制阀组和润滑系统2。电动机12通过液力变速器13与压裂泵11连接。

本实施方式中压裂泵11选用卧式电动往复泵，压裂泵减速箱的齿轮、轴承，传动箱的曲轴、连杆、十字头、轴承、导向套等重要部件都采用强制润滑，泵组配有1套独立完善的润滑系统，为各个部件供油。

泵组的动力端柱塞填料、润滑系统都需要冷却，冷却采用开式冷却，从压裂泵11泵的进口流量计前取水，到各个冷却点，然后直接排放。

本系统采用液力变速器13调速的换挡方式来实现调速。液力变速器有5个档位，系统根据泵出口的压力系统压力变化切换档位，通过检查液力变速器13的输出转速来确定档位是否正确，确保泵处于最佳的工作状态。液力变速器13的泵轮、涡轮动力传递采用润滑油，齿轮、轴承需要润滑油润滑、冷却，因此液力变速器13的内部传递部分设置1台机械油泵，给各个点供油，对外有润滑油输出、回流的冷却接口，泵组为其配上1台冷却器对润滑油冷却。

润滑系统2包括润滑油泵21、过滤器22和冷却器23，润滑油泵21入口连接油箱24，润滑油泵21出口设过滤器22。润滑油泵21选择润滑螺杆泵，冷却器23选择板式冷却器。

电气系统分为数据监控系统3和视频监视系统。数据监控系统3包括PLC控制柜31、计算机32、仪表和软启动柜33，可对润滑油泵21、电动阀、液力变速器13和主泵进行就地、远程操作，能实时显示系统内所有检测元件的参数，并能对这些参数进行归档、保存，以便查阅。检测元件包括压裂泵进口压力表、压裂泵出口压力表、压裂泵进口流量计、压裂泵旁路流量计、液力变速器输出速度传感器、液力变速器油压表、润滑油温度计、孔口压力表等。

PLC控制柜31是整个数据监控系统的核心，它负责采集监测仪表的参数，经计算、比较等各种处理后，对控制对象发出相应指令。

计算机32通过通讯电缆与PLC连接，可对各控制对象进行远程操作；对不同的泵头进行配方设置；能显示设备的实时状态和参数的实时值；形成温度、流量、压力的历史曲线；并能对重要数据及报警记录进行归档保存，以便查阅。

视频监视系统由防爆高清摄像头、硬盘录像机、硬盘及液晶显示器组成。

软启动柜33、润滑油泵21、控制阀组和计算机32均与PLC控制柜31电连接，软启动柜33与电动机12电连接。

如图10、11所示，压裂泵11、液力变速器13安装在1台平板车15上，电动机12、泵出口调节阀、软启动柜33及PLC控制柜12安装在另一台平板车15上。电动机12通过电机用万向联轴器121与液力变速器13连接，液力变速器13通过泵用联轴器111与压裂泵11连接，可以完全消除2台平板车在使用现场安装的位置误差，使泵组具有高压力、大排量、小体积的特点，有利于洞内运输、安装及压裂施工。

两台平板车15置于右洞102中。压裂泵11的进口接外来输水管，高压软管14上设有止回阀18，高压软管14通过三通连接有泄压管路，泄压管路上安装有电动泄压阀16。电动泄压阀16和止回阀18安装在孔口阀组平车17上，孔口阀组平车17置于左洞101的孔口。以远程操作井口泄压，同时防止输出管路管路时泄压高压；S4，检查泵组管路连接状况，回流阀全部打开；

步骤5，将压裂泵11调整到空档位置空载启动压裂泵；

步骤6，检查电机运行正反；

步骤7，调整电源方向；

步骤8，逐步关闭回流阀；

步骤9，开始压裂：外接来水通过压裂泵11加压后对煤层气进行压裂；液体压入的速度远远超过储层的自然吸水能力时，由于流动阻力的增加，进入储层的液体压力就会逐渐上升，当超过储层的破裂压力时，储层内原来的闭合裂隙就会被贯通，煤层渗透性就会增加，为瓦斯的流动创造条件，从而达到增加煤层透气性、提高瓦斯抽采效果的目的。

在压裂的过程中，压裂泵不断向煤层注水，克服煤岩体的破裂压力，随着压裂的进行，煤层裂缝的间歇不断减小，岩体的破裂压力不断增加，因而此过程中不断增泵的出口压力，以确保压裂过程顺利进行。

本实施方式中压裂泵为容积式泵，泵的输出流量是恒定的，泵的压力增加，就造成柱塞泵的柱塞的推力增加，电机的输出功率增加，当泵柱塞推力，电机的功率增加到设计值时，通过降低泵转速来减小泵的流量，满足泵的压力增加。

水力压裂压裂时对压裂泵供水要求35m3/h以上，且持续稳定。供电要求1140V和660V两种电压，功率要求400KW以上。压裂泵组运行参数见表2。

表2 BYW78/400型压裂泵组运行参数表

步骤10，结束压裂，将泵组档位回到空档，停泵并远程打开卸压阀卸压。

其中，压裂参数计算方法如下：

①破裂压力的确定依据公式：

p_f≥σ₁+σ₃-2(σ₁-σ₃)cos2θ+R_t (1)

其中：p_f—为破裂压力，MPa；σ₁，σ₃为最大最小水平主应力，MPa；θ为目标方向角；R_t为煤岩体抗拉强度，MPa，取2.6。

其中：H为埋深，单位为m。

②总注水量

注水量的确定依据公式：

ν_水＝ν_体k

ν_体＝abh (3)

其中：ν_体—注水影响体体积，m³；k—为影响体孔隙率；a—为影响体长度，m；超前地质预报小组监控量测小项组现目场总副工数经程据理师分析处理小组现场综合小组—为影响体宽度，m；h—为影响体高度，m；

在注水形成压力之前，需充填压裂泵组至压裂孔的管道已经压裂孔，此处需要的水量约为：

ν_c＝ν_g+ν_k

ν_g＝πγ_g ²h_g

ν_k＝πγ_k ²h_k

其中：ν_c为充填管道和压裂孔所需水量，m3；

ν_g、γ_g、h_g分别为充填管道所需水量、管道半径和管道长度；

ν_k、γ_k、h_k分别为充填压裂孔所需水量、压裂孔半径和压裂孔长度。

下面详细介绍本发明的水力割缝系统。

如图18所示，本发明采用的水力割缝设备包括水箱51、高压泵52、割缝高压软管53和钻具，钻具包括高压旋转接头54、钻机58、钻杆56、钻头及切割头总成57。

如图17所示，当对左洞101进行水力割缝操作时，钻具置于左洞101内，将高压泵52安装在右洞102距掌子面500m处，高压泵52入口连接水箱51，高压泵52的出口连接割缝高压软管53的一端，割缝高压软管53从泵站沿横通道103铺设至左洞101的割缝地点并与高压旋转接头54的一端连接，高压旋转接头54另一端连接钻杆56，钻头及切割头总成57安装在钻杆56前端。割缝高压软管53与高压旋转接头54间设有泄压阀55。

当对右洞102进行水力割缝操作时，则将高压泵52安装在左洞距掌子面500m处，割缝高压软管53从泵站铺设至割缝地点。如此布置，进行远程操作，可提高施工的安全性。

水力割缝施工方法如下：

如图19所示，施工抽采钻孔期间，在煤层抽采钻孔中选取部分钻孔采取水力割缝，形成水力割缝钻孔510。

工作时，钻机58带动钻杆56旋转并钻入煤岩层中；钻头及切割头总成57在钻杆56的旋转带动下自轴旋转；流体通过高压泵52和高压旋转接头54进入钻杆56的内腔随后进入钻头及切割头总成57。

选取水力割缝钻孔时，钻场奇数选取奇数号钻孔，钻场偶数选取偶数号钻孔。割缝的总煤量(t)数值不得小于煤层厚度(m)的20倍。割缝时对割缝泵供水要求125L/min以上，且持续稳定。供电要求1140V和660V两种电压，割缝泵功率250KW，割缝高压软管53的承压能力不低于98MPa。

割缝时，KFS98-65型钻孔水射流式煤层割缝形成装置主要技术参数见表3。

表3

本发明在水力压裂结束后施工抽采钻孔期间，在煤层抽采钻孔中选取部分钻孔采取水力割缝，高压水通过密封钻杆到达煤层位置，通过高压旋转接头带切割喷头高速旋转，产生高速射流束(200-500m/s)喷出高度集中水流，对煤层进行切割破坏，对煤层段人为再造裂缝，增大煤体在空气中的暴露面积，形成瓦斯流动通道，加快瓦斯解吸，提高煤层透气性，增大瓦斯释放速度，提高煤层的可抽性，最终起到卸压作用，达到瓦斯抽放达标目的。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，首先对煤层进行区域预测，若有突出危险则实施区域防突措施，所述区域防突措施包括增透措施和煤层瓦斯抽采，其特征在于：所述增透措施包括水力压裂增透，在隧道的左洞与右洞之间设横通道，水力压裂增透时将压裂泵组置于其中一个洞中，通过压裂泵组对另一个洞的煤层进行压裂；压裂结束后，远程操控压裂泵组进行泄压。

2.根据权利要求1所述的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，其特征在于：所述增透措施还包括水力割缝泄压增透，在水力压裂结束后，施工抽采钻孔期间，在煤层抽采钻孔中选取部分钻孔采取水力割缝。

3.根据权利要求1所述的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，其特征在于：区域防突措施后，进行区域防突措施效果检验，区域防突措施效果检验合格后施工至煤层5m垂距进行区域验证；

若区域验证指标不超标，则施工至煤层2m垂距再次进行区域验证；若区域验证指标超标则执行局部综合防突措施。

4.根据权利要求1或3所述的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，其特征在于：若区域预测无突出危险，则施工至煤层2m垂距进行区域验证，若区域验证指标超标则执行局部综合防突措施；

若2m区域验证指标不超标，则对隧道轮廓线周边进行帷幕注浆加固，然后采用渐进式揭煤方式揭开煤层。

5.根据权利要求1或3所述的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，其特征在于：若区域预测无突出危险，则施工至煤层2m垂距进行区域验证，若2m区域验证指标超标则执行局部综合防突措施；若2m区域验证指标不超标，则沿隧道开挖轮廓线左帮、上部和右帮的外围钻多个穿过煤层的骨架钻孔，向骨架钻孔内均插入无缝钢管，通过无缝钢管向孔内注浆；

金属骨架施工完成并凝固后，采用渐进式揭煤方式揭开煤层。

6.根据权利要求1或3所述的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，其特征在于：若区域预测无突出危险，则施工至煤层2m垂距进行区域验证，若2m区域验证指标超标则执行局部综合防突措施；若2m区域验证指标不超标，则对隧道轮廓线周边进行帷幕注浆加固并施工金属骨架；

所述帷幕注浆加固的施工步骤包括：隧道轮廓线的周边围岩上从内到外同心钻多组穿过煤层的帷幕注浆钻孔，向帷幕注浆钻孔内均插入无缝钢管，通过无缝钢管向孔内注浆；

所述金属骨架施工步骤包括：沿隧道开挖轮廓线左帮、上部和右帮的外围钻多个穿过煤层的骨架钻孔，向骨架钻孔内均插入无缝钢管，通过无缝钢管向孔内注浆；

帷幕注浆加固和金属骨架施工完成并凝固后，采用渐进式揭煤方式揭开煤层。

7.根据权利要求5或6所述的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，其特征在于：骨架钻孔由内而外有两排，两排骨架钻孔在径向方向错开。

8.根据权利要求4、5或6所述的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，其特征在于：无缝钢管的插入深度至少超过煤层底板5m。

9.根据权利要求5或6所述的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，其特征在于：沿隧道开挖轮廓线左帮、上部和右帮的内围设有锚梁。

10.根据权利要求9所述的高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法，其特征在于：锚梁顶部有支护体。

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