煤與瓦斯防突預(yù)測(cè)技術(shù)在白楊林隧道的應(yīng)用

蒲吉見(jiàn)

(中鐵二局第二工程有限公司， 四川成都 610031)

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煤與瓦斯防突預(yù)測(cè)技術(shù)在白楊林隧道的應(yīng)用

蒲吉見(jiàn)

(中鐵二局第二工程有限公司， 四川成都 610031)

高瓦斯隧道在修建過(guò)程中經(jīng)常遇到瓦斯穿越煤層的情況，為保證隧道施工安全，隧道在穿越煤層前需要對(duì)煤層進(jìn)行防突預(yù)測(cè)，以明確掌子面前方煤層中的瓦斯賦含量，從而制定相應(yīng)的防突措施。文章結(jié)合成貴客運(yùn)專線白楊林高瓦斯隧道的施工，主要介紹了瓦斯壓力法與鉆屑指標(biāo)法在高瓦斯隧道防突預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)煤層是否可能發(fā)生突出危險(xiǎn)做出準(zhǔn)確判斷，對(duì)于高瓦斯隧道的揭煤施工具有一定的參考意義。

高瓦斯隧道； 防突預(yù)測(cè)； 鉆屑指標(biāo)法

我國(guó)煤炭資源的分布主要集中在西北、西南、東北等地區(qū)，交通線路在上述地區(qū)選線鋪設(shè)時(shí)不可避免的要穿越煤系地層和瓦斯賦含區(qū)。近年來(lái)隨著鐵路向西南山區(qū)發(fā)展，穿越煤系地層的隧道越來(lái)越多，由于西南山區(qū)多為煤系地層，因此就出現(xiàn)了更多的煤與瓦斯突出隧道。

煤與瓦斯突出是高瓦斯隧道施工中一項(xiàng)重大的危險(xiǎn)源，瓦斯是一種危險(xiǎn)氣體，燃燒界限低于5 %，而隧道在施工過(guò)程的機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備又不免會(huì)產(chǎn)生火星或者電火花，因此，控制隧道中的瓦斯含量是瓦斯隧道施工的重中之重。在做好施工通風(fēng)的同時(shí)，在掌子面到達(dá)煤層之前，通過(guò)瓦斯防突預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)前方瓦斯儲(chǔ)量，釋放瓦斯壓力，防止煤與瓦斯突出造成瓦斯?jié)舛人查g升高，避免工程事故。

我國(guó)成功修建的高瓦斯隧道不多，煤與瓦斯的作用機(jī)理研究尚不明確，工程施工大多通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)和類比進(jìn)行瓦斯隧道的修建，因此，本文通過(guò)白楊林隧道煤與瓦斯的防突預(yù)測(cè)成功應(yīng)用，為其它高瓦斯隧道的修建提供一定的借鑒作用。

1 工程概況

成貴鐵路白楊林高瓦斯隧道起訖里程為：DK473+030～D3K474+810 m，全長(zhǎng)1 780 m。隧道進(jìn)口270 m為平坡，其余為25 ‰的單面上坡。隧道最大埋深約206 m。隧道以IV級(jí)、V級(jí)圍巖為主，占隧道長(zhǎng)度78.6 %，其次為III級(jí)圍巖，占隧道長(zhǎng)度21.4 %。隧道DK473+600～D3K474+420 m段為高瓦斯工區(qū)，其余地段為低瓦斯工區(qū)，斷層帶及泥巖頂板等附近也有瓦斯聚集的可能性。白楊林高瓦斯隧道瓦斯涌出量為4.55 m3/min，涌出量較小。白楊林隧道穿越龍?zhí)督M煤層，隧道沿線有煤線及少量煤層分布。

2 白楊林隧道防突預(yù)測(cè)施工方法

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，巷道掘進(jìn)至含煤地層時(shí)，需進(jìn)行區(qū)域防突預(yù)測(cè)以及局部防突預(yù)測(cè)。區(qū)域防突預(yù)測(cè)主要以瓦斯含量和瓦斯壓力作為預(yù)測(cè)指標(biāo)，局部防突預(yù)測(cè)方法分為綜合指標(biāo)法、“R”指標(biāo)法、鉆屑指標(biāo)法。

為確定煤層位置、大小、厚度以及突出危險(xiǎn)性，白楊林隧道施工組在DK474+171 m處施作揭煤鉆孔，進(jìn)行煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)以及確定前方煤層位置。

2.1 鉆孔布置

揭煤鉆孔直徑均為76 mm，其在掌子面空間位置如圖1所示。

(a) 揭煤鉆孔掌子面布置(單位:cm)

(b) 揭煤鉆孔縱斷面布置圖1 DK474+185m處揭煤鉆孔布置

ZK1、ZK2、ZK3見(jiàn)煤距離分別為13 m、12 m、11 m，水平穿越煤層長(zhǎng)度為11 m；ZK4位于隧道中心線拱頂以下5 m，俯角孔向下俯角8°，鉆孔揭示在8.5～18 m處為煤層。

2.2 鉆芯取樣

為進(jìn)一步探測(cè)煤層產(chǎn)狀，在DK474+185 m處另施作一水平取芯孔，取芯結(jié)果顯示在DK474+174～163.5 m處為煤層，煤層取樣全部為粉狀(圖2)。

圖2 DK474+185m處鉆芯取樣

2.3 前方煤層與隧道位置關(guān)系

根據(jù)隧道內(nèi)探煤、預(yù)測(cè)鉆孔及俯角孔分析，煤層厚度約3.9 m(水平穿越長(zhǎng)度約11 m)，傾角21°，與隧道呈66°交角, 煤層將在隧道洞身DK474+191 m～DK474+149 m段出露。隧道將以頂板揭煤方式穿越煤層，隧道見(jiàn)煤段埋深約100 m。目前掌子面里程為DK474+183 m，距離煤層最小法向距離為5 m。掌子面前方煤層與隧道位置關(guān)系如圖3所示。

(a)煤層縱斷面

(b)煤層平面圖3 煤層與隧道空間位置關(guān)系(單位:cm)

3 防突預(yù)測(cè)結(jié)果

利用瓦斯解吸儀等現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)儀器，對(duì)揭煤探孔煤樣進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1、表2所示。

表1 瓦斯含量及壓力測(cè)試值

表2 鉆屑指標(biāo)值

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，煤與瓦斯防突預(yù)測(cè)指標(biāo)中任何一項(xiàng)指標(biāo)超限，均視為有突出危險(xiǎn)。從表中看來(lái)，無(wú)論是從瓦斯壓力指標(biāo)還是鉆屑指標(biāo)，其測(cè)試值均已超限，所以判斷掌子面前方DK474+171煤層存在瓦斯突出危險(xiǎn)，需采取瓦斯防突措施。

4 結(jié)論

揭煤鉆孔是瓦斯防突預(yù)測(cè)的主要施工方法，通過(guò)各個(gè)瓦斯鉆孔的煤樣分析可以大致判斷出煤層的走向及方位，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤樣分析，可以測(cè)試出瓦斯防突的各項(xiàng)指標(biāo)，判斷煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。白楊林高瓦斯隧道DK474+171 m處煤層的防突預(yù)測(cè)技術(shù)是瓦斯壓力法與鉆屑指標(biāo)預(yù)測(cè)方法在瓦斯隧道里的又一次成功應(yīng)用，為后續(xù)的防突措施提供了較為準(zhǔn)確的依據(jù)。

[1] 張飛陽(yáng)，程祖輝，黃鑫.鐵路隧道揭煤施工中超前鉆探的應(yīng)用[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，32(10)：289-292.

[2] 陳發(fā)東. 隧道瓦斯防突技術(shù)探討[J].山西交通科技，2011(2)：69-71.

[3] 王彩燕. 瓦斯突出隧道危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)及防突效果檢驗(yàn)技術(shù)[J].設(shè)備與技術(shù)，2016(5)：87-89.

蒲吉見(jiàn)(1969～)，男，高級(jí)工程師，從事隧道施工技術(shù)工作。

U456.3+3

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[定稿日期]2017-02-21