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曹家庄瓦斯隧道施工技术方案
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内容提示：首先论述了瓦斯隧道的施工技术特点,然后针对瓦斯的检测及预防提出了具体解决措施,并强调了瓦斯检测、预防在施工中的重要作用,以确保瓦斯隧道安全优质生产。
1 工程概况
玉蒙—蒙自铁路曹家庄隧道全长3882m,起止里程DK71+160~DK75+042,全隧共三种围岩:Ⅲ级围岩780m;Ⅳ级围岩1520m;Ⅴ级围岩1582m(其中,Ⅴ级浅埋地震设防段衬砌460m;Ⅴ级活动断裂带地震设防段衬砌260m)。（参考《建筑中文网》）
全隧根据设计要求共分三个工区施作:一工区为进口工区DK71+160~DK72+472,长1372m;二工区为斜井工区DK72+472~DK73+712,长1240m;三工区为出口工区DK73+712~DK75+042,长1330m;主要瓦斯施工区段为二工区斜井工区DK72+472~DK73+712段内,三工区出口工区DK73+712~DK75+042段内炭质页岩地段为疑似瓦斯地段,一并采取本瓦斯施工方案。
2 瓦斯地质情况描述
1)根据区域地质资料,三叠系上统火把冲组下段中含煤层,煤厚约0.8m。在云龙山附近见许多小煤窑,现已封闭,但见开采痕迹。据访问煤质较好,为无烟煤,开采规模小,煤洞长度20m~40m,用明挖开采。隧道DK72+690~DK73+576段,在穿越该地层时最大埋深约150m,应防瓦斯。另下远古界昆阳群美党组板岩中见炭质页岩及受构造挤压形成的板岩页岩炭化层可能会聚集有害气体。
2)隧道DK72+690~DK73+576段通过含煤地层,属溶蚀、剥蚀低中山地貌,地势左低右高,岩性为Fbr断层角砾,Th13砂岩夹泥岩及煤层,Tg2灰岩、白云岩中厚层。风化层厚度较大,岩石极为破碎,岩溶强烈发育,可能会揭示隐伏的溶洞和溶管道水、涌泥等问题,最大涌水量12900m3/d。李浩寨断层为活动断层中可能有瓦斯。DK74+200~DK75+042段岩性为Pt1m板岩夹炭质页岩,中薄层状。风化厚度大,岩质软,岩体破碎,局部有瓦斯聚集的可能。
3 瓦斯隧道施工技术方案
3.1 瓦斯检测预报
3.1.1 超前地质预报及超前探孔
含煤地层应采用TSP203地震波进行前方岩层界面预报定位。为详细掌握掌子面前方地质状况,探明前方是否过煤层、采空区及其大致位置,过煤系地层段增设超前探孔75mm,长30m,每断面3孔,每25m一循环,以判断前方是否遇煤层。
3.1.2 瓦斯探孔
瓦斯探孔直径为75,钻孔与煤层顶板交点应控制在衬砌开挖轮廓线外5.0m范围内。
瓦斯探孔及预测孔位置图见图1。
1)部工序:掘进工作面距煤层顶板垂距10m处,必须打至少3个穿透煤层全厚的超前钻孔,并进入顶板岩层不小于0.5m,详细记录岩心资料。2)部工序:掘进工作面距煤层底板垂距10m以上,必须再打至少2个穿透煤层全厚的超前钻孔,并进入顶板岩层不小于0.5m,详细记录岩心资料,结合上部工序的超前钻孔和开挖,推断煤层是否有畸变,同时进一步验证煤层有关参数。
3.1.3 瓦斯预测孔
根据设计拟采用钻屑指标法进行预测,当掘进工作面距煤层顶板垂距5m远时,打穿透煤层全厚的预测钻孔,见煤后改用电煤钻(钻头直径42)打穿煤层,每打1m煤孔,收集全部钻屑,按照《防治煤与瓦斯突出细则》规定,检测有关指标,判定其突出危险性。部至少打2个预测孔,预测煤层突出危险;部至少打1个预测孔,为检测性预测孔,以确定上部排放瓦斯时对本部煤体的影响,判定是否需要排放瓦斯。
3.1.4 瓦斯检测
采用便携式AZJ-91B型甲烷检测报警仪进行洞内瓦斯浓度监测,每一工作面配备三名专职瓦斯检查员(24h),对于关键工序的关键时刻(如钻眼放炮前、出碴过程中)和重点部位(如工作面顶部、电气开关附近)认真检测,若瓦斯浓度超限(进风侧为1%,回风侧为0.75%),立即停止工作,及时采取治理措施。
3.2 瓦斯的防治
1)保证洞内有足够的风量和风速。洞内设双机双管路通风,供电采用双回路电源。施工期间连续通风,瓦斯地段的风速最小不低于1m/s,最大不超过6.0m/s。2)机电配置。在瓦斯施工地段,所有机电设备配备防爆型。洞内各种机电设备严禁接零,严禁带电检修。3)爆破使用毫秒雷管和煤矿安全炸药。毫秒电雷管最后一段的延期时间不超过130ms,施工爆破另做特殊设计。工作面瓦斯浓度超过1%时禁止放炮。放炮时工作面内全部停电,洞内全部人员撤至洞外。4)爆破后,施工支护及时施作。衬砌根据设计按耐腐蚀混凝土灌注,抗渗不小于P9,衬砌紧跟开挖面,以便及时封闭瓦斯逸出。5)瓦斯浓度超过规定值,要进行瓦斯排放,排放前按照双通道回流抽压排放措施,有步骤地组织排放。
3.3 施工方法
3.3.1 开挖
为了便于隧道机械化施工,以及遇特殊地质施工方法转换方便,Ⅳ,Ⅴ级围岩采用正台阶法开挖,分上下两部分,尽量采用微台阶,长度以5m为宜。
开挖时,坚持超前钻探,分次起爆,随时支护,保证安全的原则。钻孔时采用湿式钻孔。装药采用正向连续装药结构,电雷管只许由药卷的顶部顶入,并全部插入药卷内,装药长度不得超过炮眼深度的1/2,管药以外全部用炮泥堵塞密实,电雷管的连线采取串联方式。
起爆前,应仔细检测瓦斯浓度,在放炮地点附近20m以内风流中,瓦斯气体浓度大于1%时,不能起爆。另外还要检查一下风量大小及方向,炮眼内有无异状,炮眼堵塞情况等。当各项检查符合起爆要求后,方能起爆。
爆破器材选用煤矿许用炸药和煤矿许用雷管,采用电力起爆方式。
3.3.2 穿越煤层
1)超前钻探。在距设计资料提供的煤层约30m处开始超前水平钻探,初步探明煤层位置。然后继续掘进,到距初步探明的煤层位置10m(垂直距离)处,再打至少2个钻孔,钻孔均穿透煤层并进入煤底板0.5m以上。2)煤层突出危险性预测。根据《煤矿安全规程》《防治煤与瓦斯突出细则》规定的方法,用取样法进行有关瓦斯参数的全面测定。3)揭煤方式。根据探测的瓦斯压力,在压力为0.6MPa~1.0MPa时,用震动放炮法揭穿煤层;小于0.6MPa时,正常掘进;大于1.0MPa时,停止施工,进行处理。采用震动法揭煤层时,开挖工作面到煤层间留有岩柱,岩柱大小依据岩石性质、煤层情况等确定,保证工作面距煤层之间的最小垂直距离不小于2.0m。
3.3.3 支护
瓦斯隧道爆破开挖之后,应及时进行架设钢架和喷混凝土支护,保证开挖段的安全稳定。进行支护作业时,应随时检测瓦斯浓度,重查拱顶、拱脚及超挖处,台架、少量坍塌面等易于形成瓦斯积聚的地方。施工中,首先在隧道拱部打设超前小导管,对拱部进行超前预加固,然后在超前小导管和注浆加固后的拱圈保护下,利用风镐、湿钻进行拱部开挖,架设格栅钢架,打设注浆锚杆和网喷初期支护。
3.3.4 衬砌
隧道洞内衬砌采用整体混凝土衬砌台车施工,拱墙一次成型。洞身开挖支护完成后,经施工监测各测试项目所显示的位移率明显减缓并已基本稳定;已产生的各项位移已达到预计位移量的80%~90%;水平收敛(拱脚附近)速率小于0.2mm/d或拱顶下沉速率小于0.15mm/d后进行边墙及拱部衬砌施工。当支护变形量大,支护能力又难以加强,变形有明显收敛趋势时,在报请监理工程师批准后,提前施作二次衬砌。
4 施工质量与效果评定
按照设计与规范要超前地质预报、超前探孔、瓦斯探孔、瓦斯预测孔、钻屑指标法临界值测定,精确测定瓦斯含量,为保证瓦斯隧道施工安全创造了条件。全隧施工过程安全稳定,无任何安全质量事故发生,总体质量达到了优。
5 结语
在瓦斯隧道施工中出现过很多瓦斯爆炸事故,给人民的生命财产和国家财产带来了不可估量的损失,很多事故的发生都是由于麻痹大意、检测不到位造成的,在瓦斯隧道施工中只要高度树立安全意识,严格按照设计及规范要求施工,加强培训、认真检测,就能够确保瓦斯隧道安全优质生产。
参考文献:
[1] 郑 涛.高瓦斯隧道施工通风设计[J].山西建筑,2008,34(13):329-330. 来源: 《建筑中文网》.
玉蒙—蒙自铁路曹家庄隧道全长3882m,起止里程DK71+160~DK75+042,全隧共三种围岩:Ⅲ级围岩780m;Ⅳ级围岩1520m;Ⅴ级围岩1582m(其中,Ⅴ级浅埋地震设防段衬砌460m;Ⅴ级活动断裂带地震设防段衬砌260m)。（参考《建筑中文网》）
全隧根据设计要求共分三个工区施作:一工区为进口工区DK71+160~DK72+472,长1372m;二工区为斜井工区DK72+472~DK73+712,长1240m;三工区为出口工区DK73+712~DK75+042,长1330m;主要瓦斯施工区段为二工区斜井工区DK72+472~DK73+712段内,三工区出口工区DK73+712~DK75+042段内炭质页岩地段为疑似瓦斯地段,一并采取本瓦斯施工方案。
2 瓦斯地质情况描述
1)根据区域地质资料,三叠系上统火把冲组下段中含煤层,煤厚约0.8m。在云龙山附近见许多小煤窑,现已封闭,但见开采痕迹。据访问煤质较好,为无烟煤,开采规模小,煤洞长度20m~40m,用明挖开采。隧道DK72+690~DK73+576段,在穿越该地层时最大埋深约150m,应防瓦斯。另下远古界昆阳群美党组板岩中见炭质页岩及受构造挤压形成的板岩页岩炭化层可能会聚集有害气体。
2)隧道DK72+690~DK73+576段通过含煤地层,属溶蚀、剥蚀低中山地貌,地势左低右高,岩性为Fbr断层角砾,Th13砂岩夹泥岩及煤层,Tg2灰岩、白云岩中厚层。风化层厚度较大,岩石极为破碎,岩溶强烈发育,可能会揭示隐伏的溶洞和溶管道水、涌泥等问题,最大涌水量12900m3/d。李浩寨断层为活动断层中可能有瓦斯。DK74+200~DK75+042段岩性为Pt1m板岩夹炭质页岩,中薄层状。风化厚度大,岩质软,岩体破碎,局部有瓦斯聚集的可能。
3 瓦斯隧道施工技术方案
3.1 瓦斯检测预报
3.1.1 超前地质预报及超前探孔
含煤地层应采用TSP203地震波进行前方岩层界面预报定位。为详细掌握掌子面前方地质状况,探明前方是否过煤层、采空区及其大致位置,过煤系地层段增设超前探孔75mm,长30m,每断面3孔,每25m一循环,以判断前方是否遇煤层。
3.1.2 瓦斯探孔
瓦斯探孔直径为75,钻孔与煤层顶板交点应控制在衬砌开挖轮廓线外5.0m范围内。
瓦斯探孔及预测孔位置图见图1。
1)部工序:掘进工作面距煤层顶板垂距10m处,必须打至少3个穿透煤层全厚的超前钻孔,并进入顶板岩层不小于0.5m,详细记录岩心资料。2)部工序:掘进工作面距煤层底板垂距10m以上,必须再打至少2个穿透煤层全厚的超前钻孔,并进入顶板岩层不小于0.5m,详细记录岩心资料,结合上部工序的超前钻孔和开挖,推断煤层是否有畸变,同时进一步验证煤层有关参数。
3.1.3 瓦斯预测孔
根据设计拟采用钻屑指标法进行预测,当掘进工作面距煤层顶板垂距5m远时,打穿透煤层全厚的预测钻孔,见煤后改用电煤钻(钻头直径42)打穿煤层,每打1m煤孔,收集全部钻屑,按照《防治煤与瓦斯突出细则》规定,检测有关指标,判定其突出危险性。部至少打2个预测孔,预测煤层突出危险;部至少打1个预测孔,为检测性预测孔,以确定上部排放瓦斯时对本部煤体的影响,判定是否需要排放瓦斯。
3.1.4 瓦斯检测
采用便携式AZJ-91B型甲烷检测报警仪进行洞内瓦斯浓度监测,每一工作面配备三名专职瓦斯检查员(24h),对于关键工序的关键时刻(如钻眼放炮前、出碴过程中)和重点部位(如工作面顶部、电气开关附近)认真检测,若瓦斯浓度超限(进风侧为1%,回风侧为0.75%),立即停止工作,及时采取治理措施。
3.2 瓦斯的防治
1)保证洞内有足够的风量和风速。洞内设双机双管路通风,供电采用双回路电源。施工期间连续通风,瓦斯地段的风速最小不低于1m/s,最大不超过6.0m/s。2)机电配置。在瓦斯施工地段,所有机电设备配备防爆型。洞内各种机电设备严禁接零,严禁带电检修。3)爆破使用毫秒雷管和煤矿安全炸药。毫秒电雷管最后一段的延期时间不超过130ms,施工爆破另做特殊设计。工作面瓦斯浓度超过1%时禁止放炮。放炮时工作面内全部停电,洞内全部人员撤至洞外。4)爆破后,施工支护及时施作。衬砌根据设计按耐腐蚀混凝土灌注,抗渗不小于P9,衬砌紧跟开挖面,以便及时封闭瓦斯逸出。5)瓦斯浓度超过规定值,要进行瓦斯排放,排放前按照双通道回流抽压排放措施,有步骤地组织排放。
3.3 施工方法
3.3.1 开挖
为了便于隧道机械化施工,以及遇特殊地质施工方法转换方便,Ⅳ,Ⅴ级围岩采用正台阶法开挖,分上下两部分,尽量采用微台阶,长度以5m为宜。
开挖时,坚持超前钻探,分次起爆,随时支护,保证安全的原则。钻孔时采用湿式钻孔。装药采用正向连续装药结构,电雷管只许由药卷的顶部顶入,并全部插入药卷内,装药长度不得超过炮眼深度的1/2,管药以外全部用炮泥堵塞密实,电雷管的连线采取串联方式。
起爆前,应仔细检测瓦斯浓度,在放炮地点附近20m以内风流中,瓦斯气体浓度大于1%时,不能起爆。另外还要检查一下风量大小及方向,炮眼内有无异状,炮眼堵塞情况等。当各项检查符合起爆要求后,方能起爆。
爆破器材选用煤矿许用炸药和煤矿许用雷管,采用电力起爆方式。
3.3.2 穿越煤层
1)超前钻探。在距设计资料提供的煤层约30m处开始超前水平钻探,初步探明煤层位置。然后继续掘进,到距初步探明的煤层位置10m(垂直距离)处,再打至少2个钻孔,钻孔均穿透煤层并进入煤底板0.5m以上。2)煤层突出危险性预测。根据《煤矿安全规程》《防治煤与瓦斯突出细则》规定的方法,用取样法进行有关瓦斯参数的全面测定。3)揭煤方式。根据探测的瓦斯压力,在压力为0.6MPa~1.0MPa时,用震动放炮法揭穿煤层;小于0.6MPa时,正常掘进;大于1.0MPa时,停止施工,进行处理。采用震动法揭煤层时,开挖工作面到煤层间留有岩柱,岩柱大小依据岩石性质、煤层情况等确定,保证工作面距煤层之间的最小垂直距离不小于2.0m。
3.3.3 支护
瓦斯隧道爆破开挖之后,应及时进行架设钢架和喷混凝土支护,保证开挖段的安全稳定。进行支护作业时,应随时检测瓦斯浓度,重查拱顶、拱脚及超挖处,台架、少量坍塌面等易于形成瓦斯积聚的地方。施工中,首先在隧道拱部打设超前小导管,对拱部进行超前预加固,然后在超前小导管和注浆加固后的拱圈保护下,利用风镐、湿钻进行拱部开挖,架设格栅钢架,打设注浆锚杆和网喷初期支护。
3.3.4 衬砌
隧道洞内衬砌采用整体混凝土衬砌台车施工,拱墙一次成型。洞身开挖支护完成后,经施工监测各测试项目所显示的位移率明显减缓并已基本稳定;已产生的各项位移已达到预计位移量的80%~90%;水平收敛(拱脚附近)速率小于0.2mm/d或拱顶下沉速率小于0.15mm/d后进行边墙及拱部衬砌施工。当支护变形量大,支护能力又难以加强,变形有明显收敛趋势时,在报请监理工程师批准后,提前施作二次衬砌。
4 施工质量与效果评定
按照设计与规范要超前地质预报、超前探孔、瓦斯探孔、瓦斯预测孔、钻屑指标法临界值测定,精确测定瓦斯含量,为保证瓦斯隧道施工安全创造了条件。全隧施工过程安全稳定,无任何安全质量事故发生,总体质量达到了优。
5 结语
在瓦斯隧道施工中出现过很多瓦斯爆炸事故,给人民的生命财产和国家财产带来了不可估量的损失,很多事故的发生都是由于麻痹大意、检测不到位造成的,在瓦斯隧道施工中只要高度树立安全意识,严格按照设计及规范要求施工,加强培训、认真检测,就能够确保瓦斯隧道安全优质生产。
参考文献:
[1] 郑 涛.高瓦斯隧道施工通风设计[J].山西建筑,2008,34(13):329-330. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201003/14303.htm
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