本發明涉及隧道瓦斯治理，更具體地說是涉及一種隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法及瓦斯抽采方法。
背景技術：
1、受限于復雜的山地地形，在一些地區的交通基礎設施建設中不可避免地需要穿越山體，部分大斷面隧道甚至還需穿越高瓦斯碎軟煤層。碎軟煤層物理結構破碎松散、易變形、透氣性差，常規增透技術在碎軟煤層內形成的裂隙網絡很難長期穩定保持，煤層增透和瓦斯抽采效果較差。此外，由于隧道斷面大，施工過程中對煤層的擾動范圍廣、強度高，相較于煤層瓦斯抽采技術領域，隧道瓦斯治理過程中更易誘發含瓦斯煤巖動力災害，導致隧道建設面臨“揭煤難、穿越慢”的工程難題。
2、實際工程中，針對部分已經確定開挖方向的隧道，其開挖過程中會出現穿越下伏高瓦斯煤層的情況，即在穿越煤層前隧道掌子面位于煤層頂板巖層中。此時，若要進行瓦斯抽采或消突工作，則需采用垂直于煤層的下向鉆孔。然而，碎軟煤層鉆孔施工過程中，進入煤層的抽采或消突用水難以快速排出，遇水軟化的煤體易造成鉆孔發生卡鉆、塌孔和堵孔等事故。同時，受鉆具自重下垂等因素的影響，下向鉆孔的施工軌跡難以精確控制，造成鉆孔成孔偏離目標區域，使得瓦斯抽采效率低、效果差、風險高。
3、爆破增透技術多借鑒煤礦井下常規的致裂設計思路，雖受地質條件的制約較小，但未充分考慮隧道斷面大、圍巖穩定性要求高和留設時間長的特殊工程條件，導致爆破產生的能量除用于致裂煤層，還會向隧道輪廓線外的圍巖無序傳遞，造成圍巖裂隙發育失控，甚至誘發拱頂沉降等變形問題，大幅增加隧道開挖過程中的支護難度與后期運維成本。
技術實現思路
1、本發明是為避免上述現有技術所存在的不足，提供一種隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法及瓦斯抽采方法，利用沿開挖方向施工的各類鉆孔，先后進行水力沖孔與爆破增透作業，借助隧道輪廓線內水力沖孔作業所形成爆破自由面的導向作用，在實現爆破增透的同時，避免爆破作用對隧道圍巖的損壞，以期縮短隧道揭煤和穿越煤層的工期。
2、本發明為實現發明目的采用如下技術方案：
3、本發明隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法的特點是在隧道輪廓線以內，平行于隧道開挖方向進行鉆孔布局，是以中心鉆孔為核心，向外分布半徑遞增的多道環線，所述多道環線至少為三道，自中心鉆孔向外依次為：內環線、中環線和外環線，各環線上間隔布設鉆孔；布設在內環線和外環線上的鉆孔均為穿層水力孔，布設在中環線上鉆孔和中心鉆孔均為爆破孔；利用穿層水力孔進行水力沖孔，并在水力沖孔后進行瓦斯抽采；利用爆破孔進行爆破，以爆破能量實現隧道輪廓線內的煤層區域性疏松和增透；并在爆破后針對所有的鉆孔進行聯網瓦斯抽采，實現隧道高瓦斯煤層區域的可控爆破強化瓦斯抽采。
4、本發明隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法的特點也在于：根據隧道輪廓的大小，將所述內環線設置為相間隔且內外相鄰的兩道環線，分別是處在外道、且半徑為3.0-4.0m的第一內環線，以及處在內道、且半徑為2.5-3.0m的第二內環線，所述第一內環線和第二內環線的間距為0.5~1.0m。
5、本發明隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法的特點也在于：所述外環線是以隧道輪廓線為基準，內錯0.5m，布設在外環線上的各穿層水力孔形成外圈穿層水力孔；布設在所述中環線上的爆破孔形成中圈爆破孔；布設在所述第一內環線上的穿層水力孔形成第一內圈穿層水力孔；布設在所述第二內環線上的穿層水力孔形成第二內圈穿層水力孔；以中心鉆孔作為中心爆破孔。
6、本發明隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法的特點也在于：設置各鉆孔的終孔位置分別為：所述外圈穿層水力孔的終孔位置為進入煤層底板0.2~0.5m位置處；所述中圈爆破孔的終孔位置為進入煤層底板2~3m處；所述第一內圈穿層水力孔的終孔位置為進入煤層底板1~1.5m位置處；所述第二內圈穿層水力孔的終孔位置為進入煤層底板1~1.5m位置處；所述中心爆破孔的終孔位置為進入煤層底板2~3m處。
7、本發明隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法的特點也在于：相鄰兩道環線中的鉆孔徑向交錯分布，且：所述外圈穿層水力孔的鉆孔間距為4-5m；所述第一內圈穿層水力孔的布孔數為10-12個；所述第二內圈穿層水力孔的布孔數為6-8個；所有鉆孔的初始鉆孔直徑均設置為94mm，以便于施工。
8、根據本發明隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法實施的瓦斯抽采方法是按如下步驟進行：
9、步驟1、以隧道輪廓線內錯0.5m作為外環線，沿線間隔布置穿層水力孔，終孔位置為進入煤層底板0.2~0.5m位置處，形成外圈穿層水力孔；采用水力沖孔對所有外圈穿層水力孔進行沖孔作業，沖孔作業完成后，將所有外圈穿層水力孔聯網進行瓦斯抽采；
10、步驟2、在隧道掌子面中心施鉆形成中心爆破孔，終孔位置為進入煤層底板2~3m處；
11、步驟3、在中心爆破孔的外圍分別施工第一內圈穿層水力孔和第二內圈穿層水力孔，終孔位置均為進入煤層底板1~1.5m位置處，采用水力沖孔針對所述第一內圈穿層水力孔和第二內圈穿層水力孔進行沖孔作業，沖孔完成后，將所有第一內圈穿層水力孔和第二內圈穿層水力孔聯網進行瓦斯抽采；
12、步驟4、在中環線上沿線間隔布設鉆孔形在中圈爆破孔，終孔位置為進入煤層底板2~3m處；
13、步驟5、在所述中心爆破孔和中圈爆破孔內裝填爆破藥柱，將所有爆破藥柱編組后同時起爆；
14、步驟6、對所有穿層水力孔和爆破孔聯網進行瓦斯抽采，實現可控爆破強化瓦斯抽采。
15、本發明瓦斯抽采的方法的特點也在于：所述各穿層水力孔的沖孔作業均沿拱頂至底拱方向順序進行，水力沖孔壓力為5~15mpa，沖孔水量為200~500l/min；所述中心爆破孔和中圈爆破孔的裝藥位置為自煤層厚度1/2位置起，向前延伸至進入煤層底板2~3?m的巖層段。
16、與已有技術相比，本發明有益效果體現在：
17、1、本發明提出平行于隧道開挖方向的鉆孔布局模式，不僅有效解決傳統下向鉆孔易塌孔、排渣排水難的問題，還能縮短單個鉆孔的施工長度，既降低了鉆孔成孔偏離目標區域的風險，確保抽采范圍覆蓋目標煤層，又減少了鉆孔揭露煤層后瓦斯向掌子面逸散的路徑，一定程度上達實現成孔效率與安全效益的統一；
18、2、本發明提出“水力沖孔、分區爆破”的強化瓦斯抽采方法，先采用水力沖孔的方式，在目標煤層中構建爆破增透自由面；再通過合理設計鉆孔鉆進深度與炸藥布設位置，實現爆破能量的高效分配與利用，促使爆破能量充分作用于煤層，形成連通性好、覆蓋范圍廣的裂隙網絡，實現煤層的區域性增透，有效應對單一增透方式下瓦斯抽采效果的局限性問題；
19、3、本發明形成了“外層防護、內層控能”的防護體系，通過間隔布置穿層水力孔和爆破孔，充分發揮穿層水力孔的能量導向作用，將爆炸產生的能量集中作用于隧道輪廓線內的煤體，促進爆破裂隙與水力沖孔自由面的連通，實現了強化抽采與圍巖保護的雙重優化，解決了傳統抽采方法下隧道“揭煤難、穿越慢”的難題。
1.一種隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法，其特征是在隧道輪廓線以內，平行于隧道開挖方向進行鉆孔布局，是以中心鉆孔為核心，向外分布半徑遞增的多道環線，所述多道環線至少為三道，自中心鉆孔向外依次為：內環線、中環線和外環線，各環線上間隔布設鉆孔；布設在內環線和外環線上的鉆孔均為穿層水力孔，布設在中環線上鉆孔和中心鉆孔均為爆破孔；利用穿層水力孔進行水力沖孔，并在水力沖孔后進行瓦斯抽采；利用爆破孔進行爆破，以爆破能量實現隧道輪廓線內的煤層區域性疏松和增透；并在爆破后針對所有的鉆孔進行聯網瓦斯抽采，實現隧道高瓦斯煤層區域的可控爆破強化瓦斯抽采。
2.根據權利要求1所述的隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法，其特征是：根據隧道輪廓的大小，將所述內環線設置為相間隔且內外相鄰的兩道環線，分別是處在外道、且半徑為3.0-4.0m的第一內環線，以及處在內道、且半徑為2.5-3.0m的第二內環線，所述第一內環線和第二內環線的間距為0.5~1.0m。
3.根據權利要求2所述的隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法，其特征是：
4.根據權利要求3所述的隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法，其特征是：設置各鉆孔的終孔位置分別為：
5.根據權利要求3所述的隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法，其特征是：
6.根據權利要求2?所述的隧道高瓦斯煤層可控爆破的鉆孔布局方法實施的瓦斯抽采方法，其特征是按如下步驟進行：
7.根據權利要求6所述的瓦斯抽采方法，其特征是：所述各穿層水力孔的沖孔作業均沿拱頂至底拱方向順序進行，水力沖孔壓力為5~15mpa，沖孔水量為200~500l/min；所述中心爆破孔（6）和中圈爆破孔（3）的裝藥位置為自煤層厚度1/2位置起，向前延伸至進入煤層底板2~3?m的巖層段。