瓦斯隧道防突防爆施工技术研究

1工程概况
林家屋基隧道位于贵州省六盘水市盘县境内的英武乡,
起讫里程D1K925+465~D1K931+300,中心里程D1K928+372.5,隧道全长5835m ,设计为双线隧道,单面坡,其中,D1K925+465~D1K926+000段535m 为平坡段,D1K926+000~D1K931+300段5300m 坡度为20译,设计为上坡,隧道最大埋深400m 。

进口D1K925+465~D1K925+930段为高瓦斯段。

根据现场调查,有煤线出露,当地于三四十年前曾有过小煤窑开采,村庄迁居此地后停止。

近年来,英武乡曾规划开采煤矿,后因高铁施工停止。

隧道区基岩大多裸露,为三叠系下统永宁镇组二段、永宁镇组一段、关岭组二段、关岭组一段、飞仙关组、龙潭组。

隧道进出口及缓坡地带有少量覆土,地层由新到老如下:粉质黏土、碎石土、黏土、关岭组二段、关岭组一段、飞仙关组、龙潭组、三叠系下统永宁镇组二段、永宁镇组一段。

不良地质为岩溶与岩溶水、危岩落石、断层破碎带、煤层瓦斯及采空区。

隧道进口D1K925+465~D1K925+930段为高瓦斯地段。

地下水主要为第四系松散土层孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水。

2
施工方法及施工工艺
2.1
超前地质预报
隧道施工时,严格遵循“超前探、管超前、短进尺、弱(不)
爆破、强支护、勤量测、紧衬砌”的原则。

超前地质预报采用平行导坑超前、循环施工中增加超长炮眼探孔提前解拟前方地质状况,同时聘请专业预测单位负责专项地质预报工序。

施工中引入TSP 探测系统、地质雷达探测系统、PRD －150型多功能地质钻机、HY -303型红外线探
【作者简介】翟耀斌（1989~），男，山西晋城人，工程师，从事瓦斯隧道
施工研究。

瓦斯隧道防突防爆施工技术研究
Research on Construction Technology of Outburst and
Explosion Prevention of Gas Tunnel
翟耀斌
（中铁二十二局集团第四工程有限公司，天津301700）
ZHAI Yao-bin
(China Railway 22nd Bureau Group Fourth Engineering Co.Ltd.,Tianjin 301700,China)
【摘要】以沪昆客专贵州段林家屋基隧道进口段高瓦斯段施工为例，通过介绍该地区的地质情况、煤层分布、煤系说明、地勘、揭
煤方案、防突效果检验、通风方案、含煤地段掘进、瓦斯排放系统、隧道施工防火、施工方法等，论文总结了高瓦斯隧道的施工经验，对施工过程中的关键项目控制点进行分析，并制定有效管控措施，以加快瓦斯隧道施工进度，确保施工安全。

【Abstract 】Taking the construction of the high gas section in the entrance section of Linjiawuji Tunnel in Guizhou section of Hukun
high-speed railway as an example,through the introduction of the region geology,coal seam distribution,coal system,geological exploration,coal stripping scheme,anti-outburst effect inspection,ventilation scheme,coal section excavation,gas discharge system,tunnel construction fire prevention,construction method etc.,the paper ssummarizes the construction experience of high gas tunnel,analyzes the key project control points in the construction process,and formulates effective control measures to speed up the construction progress of gas tunnel and ensure the construction safety.
【关键词】高瓦斯隧道；防突防爆；揭煤；通风；瓦斯排放
【Keywords 】high gas tunnel;outburst and explosion prevention;coal;ventilation;gas discharge 【中图分类号】U455.49
【文献标志码】A
【文章编号】1007-9467（2023）11-0143-03
【DOI 】
10.13616/ki.gcjsysj.2023.11.247
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水仪等先进手段进行预报,以探测瓦斯含量、压力、煤与瓦突出、煤层位置、产状、煤层厚度,防止误穿煤层,同时对是否存在采空区及采空区规模、性质及岩溶涌水等进行预报[1]。

2.2防突方案及防突措施效果检验
为了预防瓦斯突出危险,揭煤前应进行瓦斯排放,排放后
进行瓦斯排放效果检验,当各项检测指标都在突出危险临界值以下时,则措施有效,否则,应采用延长排放时间、增加排放孔数量、瓦斯抽放等补救措施,直至效果检验有效为止。

2.2.1
揭煤方案
根据超前地质预报,结合煤与瓦斯突出相关规范规定,本项目选择煤层前10m 到通过煤层后10m 为揭煤段长度,揭煤段应严格按照揭煤方案进行施工。

在距煤层最小法向距离5m 时,掌子面布设ϕ75mm 排放钻孔,穿过煤层不小于0.5m ,孔底间距2m 。

排放后进行瓦斯排放效果检验。

揭煤前,煤层与工作面保留足够安全岩柱,石门工作面距离预测煤层垂直距离不小于2m 。

再次进行瓦斯突出预测验证,如有突出危险,采取补救措施(如钻孔排放或瓦斯抽放等措施)。

确认无煤与瓦斯突出危险后,设置钢架、超前支护等防护措施,然后进行爆破揭煤。

采用湿式钻孔,煤破作业采用煤矿许用雷管及煤矿许用含水炸药,电力起爆。

本项目为缓倾煤层,一次全断面揭开岩柱。

放炮时洞内停电,洞外起爆,洞口50m 以内杜绝一切火源。

当石门揭穿后,工作面始终保持前方安全区不得小于5m 。

2.2.2
防突效果检验
检验工作面前方瓦斯排放效果,需布置检验孔,上、中、下、左、右各1个,共5个。

当检验效果指标小于临界值时,即排放效果有效,反之则为无效。

若在打检验孔时发现顶钻、夹钻、喷孔现场,也视为排放措施无效,必须采取补救措施。

钻屑指标法防突措施效果检验临界值见表1。

表1
钻屑指标法防突措施效果检验临界值表
煤样孔隙气压变化Δh 2/Pa 钻屑瓦斯解吸指标K 1/（mL ·g -1·min -1/2）
干煤湿煤
200160
0.50.4
注:K 1为用特定仪器测定钻屑试样在卸压初期一段时间(5min )瓦斯解吸曲线的斜率。

2.2.3揭煤安全措施
1)项目部成立揭煤领导小组,现场统一指挥协调,组织人
员、物资设备、车辆、通信系统使用、调度工作。

现场施工揭煤过程中,救护人员及救护设备在洞口随时待命,一旦发生险情立即抢救。

2)瓦斯隧道施工全体人员须进行岗前安全、技术培训,考核合格后持证上岗。

安设专职瓦斯监测员3名,24h 监测瓦斯,掌握突出预兆。

3)建立高效、安全、可靠的通风系统。

隧道进口安设了大功率防爆通风机,并配有备用通风机,独立双向回路电源。

揭煤施工前,专人检查通风系统各设备。

4)各个分部开挖断面需一次揭煤,如不能一次揭开,剩余部分施工时,同样须要采取防突措施。

5)放炮30min 后,专职瓦检员检查通风、瓦斯、煤尘。

当检查瓦斯浓度小于1%、二氧化碳浓度小于1.5%后,解除警戒,工作人员进洞施工。

2.2.4
通风方案
隧道正洞与平导均采用压入式通风,平导与正洞贯通形成巷道式通风。

在瓦斯容易聚集部位,如衬砌台车附近,设置空气引射器及气动风机等设备,使局部风速大于1m/s ,预防瓦斯聚集发生危险。

建立通风管理质量评估系统,定期对隧道通风情况进行检查及评估。

改善通风效果不佳情况确保通风效果况,防止发生瓦斯局部聚集和瓦斯突然涌出造成瓦斯超限。

2.2.5
含煤地段掘进
开挖方法采用大拱脚台阶+临时仰拱法施工,如图1、图2所示。

系统径向锚杆（L =3~4m ）
ϕ22mm 超前锚杆（L =3.5m ）ϕ42mm 超前小导管（L =3.5m ）
型钢钢架或格栅钢架
锁脚锚杆L=4~6m
锁脚锚杆L=4~6m
I20b 斜撑
I18横撑
大拱脚
I20b 斜撑I18横撑
隧道中线
钢板
I20b 工字钢
100cm ×30cm
图1大拱脚台阶法开挖示意图
144
a I20b斜撑示意图b大拱脚示意图
图2大拱脚示意图
先进行超前小导管注浆施工,加固围岩。

挖掘机开挖①部,然后施作①部的初期支护和临时支护:初喷4cm厚混凝土,铺设钢筋网,安设大拱脚钢架(见图2)及I8临时钢架,在拱脚处打锁脚锚杆,径向锚杆施作后需要复喷混凝土至设计厚度。

喷射仰拱混凝土,施作临时仰拱。

从开挖开始至装渣作业期间,开启高压水喷头喷雾,防止瓦斯突出爆炸及装渣产生火花危险。

在煤层中掘进时,揭开煤层后,检查开挖工作面前方10m 处上、中、下、左、右范围内煤与瓦斯突出的危险,如各项指标均符合要求,可掘进5m,再检验10m,再掘进5m,即始终保持工作面前方有5m的安全区。

本工程根据设计要求,V级围岩正洞钢架设计为0.6m 一榀,故开挖每循环进尺采用0.6m。

每个开挖面附近的20m 风流中,瓦斯浓度须小于1%。

开挖同时,仰拱及时跟进,保证安全步距,同时须铺装瓦斯隔离板,且瓦斯隔离板封闭成环。

衬砌预留注浆孔,衬砌施工完成后压浆,填充空隙,防止瓦斯外溢。

2.2.6盲沟排水瓦斯排放系统
根据本隧道设计,正洞排水、排气系统由纵向盲沟、环向盲沟及水气分离室组成。

正洞全封衬砌背后的水气通过衬砌背后的纵向盲管,将水气混合体引入水气分离室,分离出来的水通过横通道侧沟排入平导侧沟,分离出来的瓦斯气体从洞口水气分离装置排出。

2.2.7瓦斯隧道施工防火
原则上,高瓦斯隧道内不应进行电焊、气焊、切割等作业。

当情况特殊不可避免时,须严格执行动火申请制度。

1)须进行动火申请的工序:电气焊、瓦斯隔离板焊接、其他可能产生高温和明火的特殊工序(由总工程师根据施工具体情况,组织相关部门予以确定)。

2)动火作业必须经专职安全员、瓦检员批准。

3)在动火作业地点前后各20m范围内,风流中瓦斯浓度不得大于0.5%。

4)作业区两端各设一个供水阀门、灭火器,作业人员工班长随身携带手持瓦检仪,并保证状态良好。

5)作业过程中,瓦检员需全程旁站检测瓦斯浓度,一旦出现浓度超标,立即停止作业,加强通风。

6)作业完成前,应由瓦检员检查、确认无残火后,方可结束作业。

3施工重难点控制
从隧道开挖之前先进行超前地质预报,探明前方围岩情况,以指导后续施工。

超前水平钻孔不仅可以准确地探测前方围岩情况,还可以作为瓦斯排气孔,提前释放裂隙中瓦斯,降低开挖作业风险。

开挖时,要根据原图纸设计要求、掌子面围岩情况,以及隧道沉降观测情况决定开挖尺寸,保证隧道净空及二次衬砌厚度。

由于掌子面多为煤层及弱风化灰岩,开挖时采用挖机开挖掘进,为防止发生意外,开挖同时安排专人进行掌子面洒水工作,不仅可以防止摩擦起火,还可以起到降尘作用,防止粉尘爆炸;洒水同时还要做好上台阶排水工作。

隧道内24h通风,保证空气流通,防止瓦斯聚集发生危险。

初期支护过程中,需严格执行项目部及监理单位制定的瓦斯隧道动火申请制度,保证隧道内安全施工。

开挖同时,还要注意安全步距要求,保证二次衬砌及时封闭成环。

为减少洞内电焊次数,钢筋焊接应在洞外钢筋加工厂进行,洞内钢筋采用绑扎形式连接、固定。

由于衬砌端头为瓦斯聚集地,为防止意外发生,衬砌施工前需用高压风吹散瓦斯后再进行施工。

衬砌混凝土选用气密性混凝土,以防止瓦斯渗漏。

4结语
林家屋基隧道进口段高瓦斯段施工中,现场采取的揭煤方法及施工工艺安全、快速地通过了高瓦斯段,此施工方法为今后类似施工提供了成功范例。

【参考文献】
[1]国家铁路局.铁路瓦斯隧道技术规范:TB10120—2019[S].北京:中国铁道出版社,2019.
【收稿日期】
2023-07-21
145。