瓦斯隧道论文

瓦斯隧道施工中揭煤及防治煤与瓦斯突出
铁二十局三处张沱
一、概论
在煤系地层施工铁路和公路隧道，瓦斯是一种较大的病害。

瓦斯是指在隧道掘进和煤矿生产过程中，从煤层和围岩中泄出的一种多成份的混合气，它是有害气体总称，其中以甲烷含量为主。

煤和瓦斯突出是发生在地下巷道中突然排出巨量的瓦斯及粉碎的煤，同时在煤体中形成形状特殊的空洞，喷出的粉煤被瓦斯携带运动，形成强大的动力效应，具有很大的破坏性，给隧道施工中造成灾害和事故。

如何采取措施，防止煤与瓦斯突出，安全揭煤，是煤层段隧道施工中要解决的一大难题。

笔者结合在南昆线天生桥瓦斯隧道施工的经验和体会，对瓦斯隧道施工中揭煤方法及防煤与瓦斯突出问题作一论述。

二、揭煤及防治煤与瓦斯突出设计原则
瓦斯隧道施工中，一般在煤层地段均设有平行导坑，以便超前探明煤层情况，另外，便于形成循环通风系统及瓦斯排放。

1、平行导坑超前于正洞施工，采用全断面开挖，一次揭煤，正洞分上、下长台阶法施工，分上、下半断面两次揭煤，以减少发生煤与瓦斯突出的危险，并有利于施工通风。

2、在平导揭煤前，应进行煤层突出危险性预测。

平导的预测结果基本上可以代表正洞通过该煤层的突出危险性。

但当平导预测无危险时，正洞上半断面揭煤前仍需另行进行突出预测。

3、预测为有突出危险的煤层，从掘进工作面距突出危险煤层垂直距小于10m处开始，至穿过煤层底板2m的全部施工过程中，都必须采取防突措施。

对于预测为无突出危险的煤层，揭煤时也需采取安全防护措施。

4、无论有无突出危险，在揭煤施工过程中，均应采用光面爆破，严格控制超欠挖。

三、揭煤防突施工作业流程（见图1）
平行导坑，正洞在煤层地段施工过程中，按如下作业流程组织实施。

四、超前钻孔、预测孔
为了确切掌握煤层的层位、倾角、厚度、顶底板岩性、地质构造等煤层赋存情况，并预测该煤层瓦斯突出的危险性，为安全揭穿煤层提供可靠的基础资料，当平行导坑掘进至距煤层垂直距离20m处打2个超前钻孔，掘进至煤层垂距10m处打3个超前钻孔，均应详细记录岩芯资料。

正洞穿煤前，应至少打一孔超前钻孔核实煤层情况。

当掘进至距煤层垂距3m之前，至少打2个穿透煤层全厚的预测孔。

超前钻孔的施钻角度需保证各终孔点在巷道开挖轮廓外5m线的范围内。

超前钻孔采用MYZ-150型或具相似能力的水平钻机施钻，钻孔直径为75毫m，详见图2。

一般情况，煤层厚度大于0.30m，揭煤前均应进行煤层突出危险性预测工作。

当掘进工作面距煤层垂距3m处，至少打2个穿透煤层全厚的预测钻孔。

预测钻孔直径为50mm，其见煤点应在巷道周边以外1.5m范围内，见煤后改用电煤钻打穿煤层，详见图3。

对于近距煤层，间距小于5m或层间岩层破碎时，可考虑同时预测各煤层综合突出危险性。

对于预测为突出危险煤层，在采取适当防突措施后，应再打不少于2个检验孔，检验孔应穿透煤层全厚，并在煤层采取防突措施范围内，检验孔的直径和打孔方法、检验方法均与预测孔相同。

图1
揭煤防突作业流程图
1、仪器测定法
为准确掌握煤层的情况，确保安全揭煤，在打预测孔时，收集粒度在1～3mm的钻屑，用ATY瓦斯突出预测仪测定K1值，K1值突出危险临界值应根据实测值确定，如无实测数据，可参照下列表所列临界值预测。

南昆线天生桥瓦斯隧道施工中即采用此种
2、瓦斯指标判别法
A、瓦斯压力
一般认为，P<0.196Mpa时无突出危险；P=0.196Mpa～0.98Mpa 时可能有突出危险；P>0.98Mpa时有突出危险。

B、钻孔瓦斯涌出特征
在工作面正头打直径为40～50mm的超前孔，孔深5～10m完孔后用封孔器由内向外，或由外向内逐段封孔，测量并记录每次封孔长度t i和对应的瓦斯涌出量Q i，计算出瓦斯涌出量梯度T i= Q i/ t I，选出其中最大的梯度值Tmax作为预测突出和检查防突措施效果的指标。

该突出指标的突出危险临界值对不同地质和不同的煤层是不相同的。

C、掘进巷道瓦斯涌出变化
掘进工作面发生突出前，瓦斯浓度忽高忽低，在掘进工作面30m处定时测瓦斯浓度，如果放炮后15min所测瓦斯浓度超过平时的2.5倍时就有突出危险。

3、煤的结构指标判别法
A、煤的筛分指数C
指天然煤样中小于0.5mm的煤粒占总煤样的重量百分比，C<2时，无突出危险；C=2～7时可能有突出危险；C>7时，有突出危险。

B、煤的瓦斯放散指数ΔP
它表示充有瓦斯的煤放散瓦斯的快慢程度，与煤的微孔隙结构有关，煤体破坏程度越高ΔP值一般越大，ΔP>15～25时可能有突出危险。

C、煤的坚固系数f
通常采用落锤法测定。

从现场煤样中选取块度为10～15mm 分成5份，每份重40g，将各份煤样分次倒入铁圆筒中，用重2-4Kg 的锤自一定高度自由下落，撞击煤样，每份试样落锤冲击1～5次。

5份煤样全部捣碎后，倒入0.5mm孔径的筛中，将小于0～5mm的筛下物倒入直径23mm量筒中，测量粉未高度e，并按下式计算煤的坚固系数。

f=20n/e
式中n—落锤撞击次数
e—量筒内粉未高度
若f>1.2时无突出危险，f<0.6～0.8时，有突出危险。

六、防突措施及效果检验
采用瓦斯排放措施，揭煤时用金属骨架支护。

1、隧道排放瓦斯设计（详见图4）
采用在平行导坑内沿煤层向正洞钻孔排放瓦斯。

排放钻孔形成的保护范围分布于正洞断面周边外，保护范围与断面开挖轮廓间距为：顶部及两侧4m，下方1.5m。

排放孔孔径为φ25，孔深15～30m，当煤层厚度小于1m时布臵1排，大于1m时布臵2排。

钻孔在保护范围内均匀布臵，且钻孔孔底间距不得大于3m。

排
放钻孔应在平导衬砌以后进行，以策安全。

2、隧道揭煤金属骨架（详见图5）
当煤层厚度大于0.3m且经预测有突出可能性时，采用金属骨架作为防突措施，必要时配合其它措施联合使用。

施工作业顺序和操作要点为：
A、开挖钻场：为施钻水平钻孔，须把原巷道每边扩挖50cm 作为水平钻机场地，扩挖长度为3m，钻场前方距煤层应当有不小于2m的安全岩柱。

B、施钻水平钻孔
钻孔直径φ75，长度需超过煤层进入岩层0.5m，钻孔间距250mm外插角2°，沿平导开挖周边外侧施钻。

C、插入φ50钢管并灌浆
在钻孔中插入钢管，然后自里向外灌入水泥砂浆，待震动放炮揭穿煤后，再衬上边墙单元钢架，所有钢架均固定在锚杆端部。

D、刷斜面
为使揭煤震动放炮前安全岩柱厚度基本一致，需按煤层产状刷成虚线。

E、打锚杆、立钢架
在刷斜面过程中，边掘进边打锚杆，并架立钢架，第一榀钢架含边墙和拱部单元，以后几榀暂只架立拱部单元。

F、喷砼
钢架架立之后应及时喷砼加固，覆盖岩面，以减少瓦斯溢出，并作为初期支护。

采用钻孔排放瓦斯的煤层，在排放约2个月以后，由掌子面打检验钻孔，检验孔应位于排放瓦斯的保护范围内，排放钻孔之间测定K1值，如在判定煤层突出危险临界值以下，认为措施有
效，否则应延长排放瓦斯时间，增加排放孔数量或采取其它补救措施。

七、石门揭煤方法
用震动放炮法揭煤。

接近煤层时，要严格掌握尺寸，不得超掘，也不得欠掘。

放炮至少半小时后，方准瓦斯员进入洞内检查，根据检查结果确定通风，排除瓦斯，恢复送电等具体措施。

如果震动放炮未能一次揭穿煤层，在开挖剩余部分时也必须采取震动放炮法继续揭煤。

震动爆破设计可按下列规定进行。

A、炸药量计算
Q=SLC
式中：Q——炸药量（Kg）
S——隧道断面面积（m2）
L——爆破及进尺深度（m）
C——震动性放炮单位岩体炸药消耗量（Kg/m3）
C=1.36f1.2 K/30.75
f——岩石坚固系数，煤系地层一般取4～8
K——煤层厚度对单位岩体炸药消耗的影响修正系数一般取0.98
2、震动放炮炮眼布臵数目计算
N=5〃S2〃f2
N——炮眼数目
S——隧道断面面积m2
f——岩石坚固系数
八、安全防护措施
1、施工人员必须进行岗前培训，方能上岗，并组建矿山救护队，以防万一，必须设专职瓦斯检查员，经常检查，监测瓦斯，
掌握突出预兆。

2、建立稳定可靠的通风系统。

揭煤施工前，应全面检查风门、风管、风机及电源等，保证风机的正常运转，备用风机亦应保持良好状态。

3、揭煤前，工作面与煤层之间要留足安全岩柱，其最小垂直距离不小于2m，若围岩松弱破碎，还应适当增加。

4、平行导坑，正洞上、下断面应尽量一次性揭开煤层，若不能一次揭开煤层全厚，在施工剩余部分时，也必须采取防突措施及安全措施。

5、无论预测煤层突出与否，均采用震动放炮揭煤。

震动放炮须根据煤层具体情况，参照有关规定办理。

6、揭煤以及在煤层中掘进时，放炮地点应设在洞外，平行导坑，正洞同时停电，全部人员撤至洞外，人员及机电设备不要正对洞口，洞口附近绝灭火源。

7、瓦斯设防段施工时，应及时进行喷射气密性砼封闭岩层，正洞上半断面开挖后，其底面铺设10cm厚气密性砼进行临时铺底。

8、平行导坑，正洞上半断面揭煤时，应设压风自救系统。

第一组压风自救器距工作面的距离一般为30～50m，以后每隔50m设一组，每组压风自救器的数目，应根据工作面最多施工人数确定，每人供风量不小于0.1m3/min。

9、洞内应设避难所，避难所利用平行导坑与正洞之间的横通道设臵，其长度应根据同时避难的最多人数确定，每人占用面积不小于0.5m2，避难所必须设外面开启的严密的隔离门，并设有与地面值班室直通的防爆电话，以及供给空气的设施，每人供风量不小于0.3m3/min，如用压缩空气供风时，应有减压装臵及
带阀门的呼吸嘴。

10、进入有突出危险掘进工作面人员应佩戴隔离式自救器。

11、煤层地段掘进工作面应设臵风水喷雾装臵，浮煤应浇水并及时运出洞外，防止煤尘爆炸。

12、建立可靠的通风系统，保持良好的通风状况，提供足够的风量是瓦斯隧道施工及揭煤防突技术关键之一，必须预以充分考虑和重视。

——〈完〉
瓦斯隧道施工中
揭煤及防治煤与瓦斯突出铁二十局三处张沱
一九九九年三月
图2 隧道煤层超前钻孔布臵示意图图3 隧道瓦斯预测孔布臵图
图4 隧道排设瓦斯图
图5 隧道揭煤金属骨架图
11。