高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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；本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
高速公路瓦斯突出隧道超厚煤层揭煤防突施工工法
本专利技术涉及煤层揭煤防突施工
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，本专利技术具有以下有益效果：1，本专利技术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，本专利技术采用水力压裂增透，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，本专利技术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，本专利技术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是本专利技术的流程图；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专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。如图1所示，本专利技术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型煤矿用全本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：康卫，于海平，魏东，杨凯，刘闯，孙文书，黄志良，郝雪斌，蒋蕤，王敏，杨洋，樊则华，
申请(专利权)人：中国建筑第四工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44