玉京山隧道中厚煤層瓦斯抽放技術(shù)

彭宇峰， 田 亮， 楊東升， 康湘輝， 黃 澤， 孫云華， 譚 俊

(1. 中鐵五局集團(tuán)第四工程有限責(zé)任公司， 廣東 韶關(guān) 512031； 2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院， 北京 100083)

玉京山隧道中厚煤層瓦斯抽放技術(shù)

彭宇峰1， 田 亮2， 楊東升1， 康湘輝1， 黃 澤1， 孫云華1， 譚 俊1

(1. 中鐵五局集團(tuán)第四工程有限責(zé)任公司， 廣東 韶關(guān) 512031； 2. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院， 北京 100083)

成貴高鐵玉京山隧道進(jìn)口工區(qū)C5煤層為瓦斯突出煤層，為保證隧道施工安全，避免發(fā)生瓦斯事故，確定采用穿層網(wǎng)格預(yù)抽法進(jìn)行消突。通過(guò)方案比選，確定在平行導(dǎo)坑輪廓線左側(cè)設(shè)置鉆場(chǎng)，平行導(dǎo)坑與正洞整體一次抽放，并確定瓦斯抽放控制范圍、開孔間距及終孔間距。防突流程分為區(qū)域防突、局部防突和石門防突3個(gè)過(guò)程，利用瓦斯解吸指標(biāo)K1值和瓦斯含量來(lái)驗(yàn)證消突效果。根據(jù)KJ83N安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)瓦斯體積分?jǐn)?shù)、風(fēng)速等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，采用雙風(fēng)機(jī)獨(dú)頭壓入式通風(fēng)可以滿足通風(fēng)要求。玉京山瓦斯突出隧道通過(guò)采用系統(tǒng)的瓦斯抽放技術(shù)，消突效果顯著，為揭煤和穿越煤系地層施工提供了安全保障。

鐵路隧道； 瓦斯抽放； 穿層網(wǎng)格法； 壓入式通風(fēng)； 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

0 引言

針對(duì)瓦斯隧道的施工，文獻(xiàn)[1-3]根據(jù)公路瓦斯隧道規(guī)范，開展瓦斯隧道施工技術(shù)工業(yè)試驗(yàn)并取得良好的應(yīng)用，而鐵路隧道目前仍然采用2002年鐵道部頒布的TB 10120—2002《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》，該規(guī)范主要參考《煤礦安全規(guī)程》和《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》編制。由于鐵路隧道斷面大、服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，與煤礦巷道區(qū)別較大，其揭煤方式、通風(fēng)方法、抽放范圍、檢驗(yàn)指標(biāo)等參數(shù)并不完全適用于鐵路瓦斯隧道的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。

針對(duì)瓦斯抽放工藝技術(shù)，許多工程人員及學(xué)者開展了大量研究及實(shí)踐工作，黃雄軍[4]以四川某隧道為例，從超前預(yù)報(bào)、瓦斯監(jiān)測(cè)、施工通風(fēng)、安全管理等方面探討了瓦斯隧道的技術(shù)及要點(diǎn)；以天坪隧道為背景，文獻(xiàn) [5-7]介紹了在平行導(dǎo)坑中施工穿層網(wǎng)格式瓦斯集中抽放技術(shù)，瓦斯抽放鉆孔孔徑75 mm，終孔距離4 m，抽排控制范圍為頂板及兩側(cè)各14 m，底板8 m；新涼風(fēng)埡隧道[8-11]工程施工采用水力壓裂增透技術(shù)，極大減少了鉆孔數(shù)量，鉆孔孔徑75 mm，間距優(yōu)化為5 m×5 m，控制范圍為隧道輪廓線上下、左右各14 m，順利穿過(guò)9層煤系地層；張忠義[12]詳細(xì)闡述了斗磨隧道揭煤防突步驟及瓦斯參數(shù)測(cè)定，確定瓦斯抽放范圍為輪廓線外5 m，鉆孔孔徑90 mm；徐文平等[13]提出區(qū)域措施先行、局部措施補(bǔ)充的瓦斯防突思想，合理控制瓦斯抽放范圍和瓦斯抽放孔間距；昆明恩甲隧道[14]的揭煤施工強(qiáng)調(diào)了準(zhǔn)確超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重要性；方斗山隧道[15]、圓梁山隧道[16]采用瓦斯解吸指標(biāo)輔以瓦斯初散速度的方法判定是否具有瓦斯突出危險(xiǎn)，其鉆孔孔徑為90～110 mm，抽放半徑為1 m，控制范圍為隧道輪廓線上方5 m、左右4 m和底板2 m；烏蒙山1號(hào)隧道[17-18]采用巷道式混合通風(fēng)安全穿越20多個(gè)煤系地層，其瓦斯排放半徑為75 cm，控制范圍為頂板12 m，左右?guī)?2 m，底板6 m。英國(guó)、波蘭在有突出危險(xiǎn)的煤層進(jìn)行作業(yè)時(shí)，采用震動(dòng)放炮的方法；比利時(shí)使用大直徑超前鉆孔；匈牙利則是在煤層內(nèi)打超前鉆孔進(jìn)行水力沖刷；捷克近幾年采用了藥壺爆破法，炮眼深約5～8 m。

上述文獻(xiàn)僅對(duì)常規(guī)瓦斯抽放工藝及應(yīng)用效果進(jìn)行了一般性敘述，并未考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性與影響。本文以中鐵五局集團(tuán)施工的玉京山瓦斯突出隧道為工程背景，針對(duì)C5中厚傾斜煤層及雞窩煤，研究了穿層網(wǎng)格預(yù)抽法在玉京山平行導(dǎo)坑、正洞整體一次抽放的工藝流程及參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果，討論了煤層透氣系數(shù)對(duì)瓦斯鉆孔數(shù)量、有效孔深等的影響，并進(jìn)一步探討了鉆孔參數(shù)對(duì)瓦斯抽放效果及圍巖穩(wěn)定性的影響，以期為同類工程及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供參考。

1 工程概況

1.1 隧道概況

玉京山隧道屬于新建成都—貴陽(yáng)高速鐵路客運(yùn)專線，位于云南省威信縣境內(nèi)，隧道進(jìn)口里程D3K277+860，出口里程D1K284+164，全長(zhǎng)6 304 m，為鐵路雙線隧道，30‰單面坡，線間距4.6 m。為了加快施工進(jìn)度，隧道增設(shè)玉京山橫洞，將隧道劃分為玉京山進(jìn)口工區(qū)、橫洞工區(qū)和玉京山出口工區(qū)3部分。

玉京山隧道進(jìn)口工區(qū)C5煤層超前鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)噴孔現(xiàn)象，測(cè)得煤層瓦斯含量最高為10.81 m3/t，瓦斯壓力為2.42 MPa，瓦斯放散初速度為3.6 kPa，煤的破壞類型為Ⅲ類，判定玉京山隧道C5煤層為瓦斯突出煤層。該隧道為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育且存在瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)，是成貴客運(yùn)專線的控制性工程之一。

進(jìn)口工區(qū)正洞長(zhǎng)2 555 m，包括高瓦斯段71 m，瓦斯突出段439 m，低瓦斯段710 m，如圖1所示。正洞右側(cè)35 m設(shè)置平行導(dǎo)坑，長(zhǎng)2 665 m。正洞揭煤里程為D3K279+061，距離洞口1 201 m；平行導(dǎo)坑揭煤里程為PDK279+090，距離洞口1 230 m。

圖1 玉京山隧道進(jìn)口工區(qū)平面圖(單位： m)

1.2 工程難點(diǎn)及重點(diǎn)

1) C5煤層為中厚煤層，隧道軸線與煤層斜交，且煤層傾斜，水平穿煤距離較長(zhǎng)；

2) 隧道斷面較大，圍巖條件差，不能像煤礦巷道一樣，一次全斷面揭露煤體；

3) 瓦斯含量高、壓力大，存在極高的瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)；

4) 多次爆破引起煤巖體擾動(dòng)，裂隙發(fā)育，降低圍巖穩(wěn)定性，誘發(fā)瓦斯突出的危險(xiǎn)性增大；

5) 煤層透氣系數(shù)低，屬于較難抽放煤層，增加了瓦斯抽放時(shí)間與難度。

2 煤與瓦斯地質(zhì)概述

2.1 煤層產(chǎn)狀及地質(zhì)情況

玉京山隧道進(jìn)口工區(qū)主要穿越二疊系長(zhǎng)興組P2C地層和二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督MP2I地層。P2C段主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r夾頁(yè)巖和煤，煤體為深灰色，厚層狀，質(zhì)硬性脆。P2I段煤層黃鐵礦結(jié)核很發(fā)育，硫分高，頂板多為泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、泥質(zhì)鐵質(zhì)膠結(jié)。

在C5煤層法距30 m前，經(jīng)過(guò)5個(gè)循環(huán)的超前水平鉆孔，測(cè)得煤層產(chǎn)狀及煤樣特性。隧道進(jìn)口工區(qū)主要穿越C1、C4、C5、C6、C10煤層，C5煤層為當(dāng)?shù)刂鞑蔁o(wú)煙煤層，平均真厚度2.43 m，水平厚度3.43 m，煤層真傾角37°，與隧道呈52°斜交。穿越C5煤層區(qū)域埋深約140 m，如圖2所示。C5煤層堅(jiān)固性系數(shù)為0.3，揭煤段圍巖為Ⅴ級(jí)破碎巖體，節(jié)理、含水裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較軟，圍巖整體較差。其他煤層為薄煤層、煤線或雞窩煤。

圖2 C5煤層相對(duì)位置(單位： m)

2.2 煤層特性參數(shù)

由重慶煤科院測(cè)得的隧道正洞C5煤層瓦斯參數(shù)見(jiàn)表1，瓦斯含量為8.88～10.81 m3/t，超過(guò)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中規(guī)定的瓦斯突出臨界值(8 m3/t)。通

過(guò)反算，正洞C5煤層瓦斯壓力為1.20～2.42 MPa，超過(guò)規(guī)范規(guī)定的臨界值(0.74 MPa)。根據(jù)瓦斯指標(biāo)及附近煤礦瓦斯突出情況，判定C5煤層具有突出危險(xiǎn)性。C5煤層透氣性系數(shù)和鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)分別為0.001 02 m2/(MPa2·d)和0.126 d-1，認(rèn)為玉京山隧道C5煤層屬于較難抽放煤層。

隧道附近礦區(qū)在采掘期間均發(fā)生過(guò)瓦斯突出事故，最近2起分別是2003年11月15日發(fā)生在柳尾壩煤礦和2011年5月17日發(fā)生在南風(fēng)煤礦的瓦斯突出事故。附近2個(gè)礦區(qū)主采C5煤層瓦斯參數(shù)見(jiàn)表2，可以看出C5煤層瓦斯含量、瓦斯壓力及放散初速度都遠(yuǎn)大于臨界值。

表1 隧道正洞C5煤層瓦斯參數(shù)

表2 附近煤礦C5煤層瓦斯參數(shù)

3 瓦斯抽放

3.1 瓦斯抽放方案

3.1.1 防突措施與抽放方法調(diào)查

隧道的主要防突措施有： 震動(dòng)性放炮、多排鉆孔排放、管噴支護(hù)法、水力沖孔法、超前鉆孔法、漸進(jìn)式防突技術(shù)、深孔松動(dòng)爆破以及平行導(dǎo)坑超前抽排法。

預(yù)抽煤層瓦斯是國(guó)內(nèi)外使用較多的方法，但由于我國(guó)大部分煤層透氣性差，在具備條件的區(qū)域常常要考慮采用強(qiáng)化措施增加煤層透氣性。目前強(qiáng)化瓦斯抽采的增透措施主要有密集鉆孔、深孔預(yù)裂爆破、水力沖孔、水力割縫和水力壓裂等。

對(duì)比分析以上幾種增透方法的優(yōu)劣點(diǎn)可知: 水力措施工藝復(fù)雜，技術(shù)水平及投入較高，割縫及裂隙發(fā)育難以掌握，對(duì)于小范圍、短期性增透不適用； 密集鉆孔容易實(shí)施、施工成本及技術(shù)要求較低，瓦斯排放網(wǎng)格終孔間距采用2.0 m。

3.1.2 玉京山隧道瓦斯抽放方案

根據(jù)工期及現(xiàn)場(chǎng)條件，確定平行導(dǎo)坑與正洞煤層瓦斯整體一次抽放，采用穿層網(wǎng)格法瓦斯抽放技術(shù)。在平行導(dǎo)坑PDK279+048～+060段隧道輪廓線左側(cè)開挖12 m×6.2 m×6 m(長(zhǎng)×高×深)的鉆場(chǎng)，如圖3所示。正洞排放孔直徑75 mm，設(shè)計(jì)開孔間距35 cm，終孔間距2.0 m。平行導(dǎo)坑分為掌子面、左幫和右?guī)?個(gè)區(qū)域，開孔間距0.5 m，終孔間距2.0 m。抽放孔孔底深入煤層底板長(zhǎng)度不小于0.5 m。

考慮到玉京山隧道揭煤斷面較大，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層突出危險(xiǎn)性大，平行導(dǎo)坑揭煤區(qū)域?yàn)樗淼垒喞€外上、左、右?guī)?5 m，底板12 m。預(yù)抽鉆孔最短為20 m，最長(zhǎng)為65.8 m，共計(jì)460個(gè)鉆孔，平均長(zhǎng)度約34.7 m，共計(jì)15 962 m。

圖3 平行導(dǎo)坑鉆場(chǎng)示意圖

正洞通過(guò)鉆場(chǎng)施工預(yù)抽鉆孔，揭煤區(qū)域?yàn)檩喞€外上、左幫15 m，右?guī)?3 m，底板12 m。共需布置575個(gè)鉆孔，平均長(zhǎng)度為49 m，共計(jì)28 175 m。

圖4示出平行導(dǎo)坑內(nèi)開孔布置及瓦斯排放管路連接的現(xiàn)場(chǎng)圖片。采用水泥砂漿封孔，封孔長(zhǎng)度不小于8 m。瓦斯抽放管之間的相互連接可以采用法蘭盤。為確保瓦斯管路的安全可靠和有效運(yùn)行，按照相關(guān)規(guī)程的要求，瓦斯抽放系統(tǒng)需安設(shè)放水裝置、防爆防回火裝置、控制流量裝置、放空和避雷裝置。瓦斯抽放泵置于洞外安全位置，且需要專業(yè)的瓦斯抽放管理員記錄設(shè)備運(yùn)行情況。

3.2 瓦斯防突流程

嚴(yán)格按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》、《煤礦安全規(guī)程》及《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范要求開展相應(yīng)的防突工作，采用“四位一體”措施： 突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、具體防突措施實(shí)施、防突效果檢測(cè)和安全防護(hù)措施綜合使用。包括區(qū)域“四位一體”措施和局部“四位一體”措施。

選取瓦斯含量和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值2個(gè)指標(biāo)來(lái)確定抽放效果。瓦斯含量包括損失瓦斯量與殘存瓦斯量，采用地勘鉆孔解吸法測(cè)定，兩者之和相加不超過(guò)界限值8 m3/t，則可進(jìn)入下一循環(huán)施工。K1值反映煤層瓦斯含量及卸壓初期瓦斯解吸速度的大小，采用WTC瓦斯突出參數(shù)測(cè)試儀確定。干煤樣的K1臨界值為0.5 cm3/g·min1/2，濕煤樣的K1臨界值為0.4 cm3/g·min1/2。

圖5示出玉京山隧道防突揭煤工藝流程，包括區(qū)域防突、局部防突和石門防突3部分。遵循“區(qū)域措施先行，局部措施補(bǔ)充”的防突原則，在距煤層法距7 m、5 m和2 m時(shí)分別對(duì)區(qū)域防突效果和局部防突效果進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)于玉京山隧道進(jìn)口工區(qū)C5中厚煤層，詳細(xì)防突流程如下。

3.2.1 區(qū)域防突

在距離煤層法距不小于30 m時(shí)，施作超前鉆孔，每循環(huán)的搭接長(zhǎng)度為20 m，基本確定煤層里程及相關(guān)參數(shù)。

(a) 鉆孔布設(shè)

(b) 封孔

(c) 抽放孔管路布設(shè)

(d) 抽放主管與支管布設(shè)

在距離煤層法距不小于10 m時(shí)，施作層位鉆孔，明確煤層產(chǎn)狀及其與隧道的相對(duì)位置關(guān)系，確定煤層瓦斯參數(shù)；同時(shí)制定瓦斯抽放方案及布孔參數(shù)，施工瓦斯抽放孔，并進(jìn)行瓦斯抽放。

在距離煤層法距不小于7 m時(shí)，施工區(qū)域措施校驗(yàn)孔，測(cè)定煤層瓦斯含量，如果瓦斯含量低于8 m3/t，則掘進(jìn)至距離法距5 m；反之則補(bǔ)充抽放孔，延長(zhǎng)抽放時(shí)間，直至瓦斯含量低于8 m3/t。

圖5 防突工藝流程

3.2.2 局部防突

在距離煤層法距不小于5 m時(shí)，施工局部措施校驗(yàn)孔，測(cè)定煤層瓦斯含量和瓦斯解吸指標(biāo)K1值，如果瓦斯含量低于8 m3/t且K1值低于0.5 cm3/g·min1/2，則掘進(jìn)至法距2 m；如果瓦斯含量高于8 m3/t或K1值高于0.5 cm3/g·min1/2，則補(bǔ)充抽放孔，直至瓦斯突出指標(biāo)降至臨界值以下。

3.2.3 石門防突

在距離煤層法距不小于2 m時(shí)，施工局部措施校驗(yàn)孔，測(cè)定煤層瓦斯解吸指標(biāo)K1值，如果K1值低于0.5 cm3/g·min1/2，則采取超前加固措施和安全措施，準(zhǔn)備揭開煤層；如果K1值高于0.5 cm3/g·min1/2，則補(bǔ)充抽放孔，自然排放直至瓦斯指標(biāo)低于臨界值，然后采取相應(yīng)措施，揭穿煤層。

3.3 瓦斯抽放效果

平行導(dǎo)坑設(shè)計(jì)瓦斯抽放量為39 791 m3，從2015年12月1日開始抽排，截至2016年3月9日，平行導(dǎo)坑共計(jì)抽放44 296 m3，完成比例約為111.3%；正洞設(shè)計(jì)瓦斯抽放量為54 079 m3，截至 2016年6月13日，正洞共計(jì)抽放61 661 m3，完成比例約為114%。

根據(jù)斷面形狀和施工工藝，布置5～7個(gè)檢驗(yàn)孔，按照上中下、左中右的布置原則，全面檢測(cè)斷面各處瓦斯參數(shù)。由于C5煤層為難抽放煤層，正洞在法距5 m和2 m時(shí)K1值超標(biāo)，需補(bǔ)充抽放孔來(lái)增大煤層透氣系數(shù)。距離平行導(dǎo)坑法距2 m時(shí)K1值的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3，記錄每米鉆孔的鉆屑解吸指標(biāo)?？梢钥闯?，4#、5#孔指標(biāo)較高，最大K1值為0.42 cm3/g·min1/2，低于臨界值0.5，可以揭開煤層。指標(biāo)較大的鉆孔位于平行導(dǎo)坑與正洞之間，可能處于鉆孔布設(shè)的盲區(qū)或者排放孔較少的位置。所以檢測(cè)孔布置應(yīng)多循環(huán)且盡量涵蓋多的位置、深度，保證消突效果的有效性、準(zhǔn)確性。

表3平行導(dǎo)坑瓦斯解吸指標(biāo)K1值(法距2 m)

Table 3 Values of gas desorption indexK1(vertical distance of 2 m)

4 其他輔助措施

4.1 瓦斯體積分?jǐn)?shù)監(jiān)測(cè)

采用重慶煤科院提供的KJ83N煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)瓦斯體積分?jǐn)?shù)、CO體積分?jǐn)?shù)、風(fēng)速等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作。

揭煤期間瓦斯體積分?jǐn)?shù)見(jiàn)圖6。由圖6可知： 在爆破作業(yè)或鉆孔施工后，瓦斯體積分?jǐn)?shù)普遍升高。平行導(dǎo)坑揭煤從4月6日開始，正常情況下，平行導(dǎo)坑掌子面風(fēng)流中的瓦斯體積分?jǐn)?shù)為0.06%～0.16%。4月5日至6日，由于一開始揭露煤體面積較小，瓦斯釋放量較少，瓦斯體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較低；隨著上下臺(tái)階同時(shí)揭開煤層，煤體揭露面積增加，4月7日至14日，瓦斯釋放量增加，這期間的瓦斯體積分?jǐn)?shù)也達(dá)到較高水平，最大值2.61%；4月15日之后，由于新揭露的煤體體量越來(lái)越小，前期揭露部分基本噴混凝土封閉，瓦斯體積分?jǐn)?shù)基本在報(bào)警值0.5%以下。

對(duì)實(shí)時(shí)瓦斯體積分?jǐn)?shù)監(jiān)測(cè)曲線分析可知，在風(fēng)速為 0.5～1.0 m/s 時(shí)，平行導(dǎo)坑掌子面瓦斯消散到日常穩(wěn)定體積分?jǐn)?shù)的平均時(shí)間約為22 min，滿足瓦斯隧道施工要求。

圖6 揭煤期間瓦斯體積分?jǐn)?shù)(2016年)

Fig. 6 Values of gas concentration during cutting through coal seam(in 2016)

4.2 施工通風(fēng)

平行導(dǎo)坑斷面23.1 m2，使用2臺(tái)型號(hào)為SDF(C)、功率2×110 kW風(fēng)機(jī)，一臺(tái)風(fēng)機(jī)接φ1.6 m風(fēng)筒布，另一臺(tái)接φ1.2 m風(fēng)筒布。正常施工時(shí)1臺(tái)供風(fēng)、1臺(tái)備用，揭煤期間2臺(tái)同時(shí)供風(fēng)。由平行導(dǎo)坑瓦斯體積分?jǐn)?shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，瓦斯抽放后，采用雙風(fēng)機(jī)獨(dú)頭壓入式通風(fēng)，可以滿足1 200 m瓦斯隧道的通風(fēng)要求。

進(jìn)口工區(qū)正洞選用2臺(tái)型號(hào)為SDF-No.13軸流風(fēng)機(jī)，功率為2×132 kW (1臺(tái)備用)，與直徑1.8 m螺旋雙抗風(fēng)管匹配。根據(jù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，滿足隧道正洞獨(dú)頭1 200 m瓦斯通風(fēng)要求。

4.3 隧道變形分析

平行導(dǎo)坑和正洞每5 m布設(shè)1個(gè)隧道變形監(jiān)測(cè)斷面、1條拱頂下沉量測(cè)線、2條兩幫收斂量測(cè)線，測(cè)得拱頂下沉量及兩幫收斂量，計(jì)算得到平均變形速率。通過(guò)對(duì)揭煤前20 m至過(guò)煤后10 m區(qū)段各個(gè)斷面的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出：離煤層越近的斷面，其變形量受開挖影響越早，變形越大。非煤區(qū)域的隧道幫部收斂量大于拱頂下沉量，拱肩位置收斂量最大；煤層區(qū)段的拱頂下沉量偏大，主要是由于幫部煤體松散，隧道潛在跨度增加，導(dǎo)致拱頂下沉量增大。石門前后由于2種巖性不同，存在接觸面，受開挖影響，應(yīng)力重分布導(dǎo)致應(yīng)力集中，因此石門段必須采取超強(qiáng)支護(hù)?？傮w而言，揭煤期間隧道平行導(dǎo)坑和正洞沒(méi)有出現(xiàn)較大變形及片幫、冒頂現(xiàn)象。

為保證揭煤的順利進(jìn)行，還采取了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、加深炮孔、無(wú)動(dòng)火作業(yè)、煤礦安全生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)措施。高瓦斯及瓦斯突出工區(qū)洞內(nèi)電氣設(shè)備采用防爆型，所有內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備進(jìn)行防爆改裝。

5 結(jié)論與討論

通過(guò)穿層網(wǎng)格預(yù)抽法在玉京山瓦斯突出隧道的成功應(yīng)用，取得了幾點(diǎn)有意義的經(jīng)驗(yàn)：

1)穿層網(wǎng)格預(yù)抽法施工簡(jiǎn)便、有效，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)煤系地層(包括C5煤層、雞窩煤、松散煤體)整體一次抽放，避免了單個(gè)煤層逐一抽放的重復(fù)性施工。

2)借助平行導(dǎo)坑鉆場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)平行導(dǎo)坑和正洞瓦斯抽放一次完成，共用1套抽放系統(tǒng)，保證了各工序平行作業(yè)，為正洞的順利施工節(jié)省了大量時(shí)間。

3) 采用雙風(fēng)機(jī)匹配雙抗風(fēng)管獨(dú)頭壓入式通風(fēng)，可以滿足1 200 m大斷面瓦斯突出隧道通風(fēng)要求。

雖然穿層網(wǎng)格預(yù)抽法在玉京山隧道揭煤施工中得到了成功應(yīng)用，但仍有很多地方需要改進(jìn)：由于該煤層透氣系數(shù)較低，前期并沒(méi)有采取相應(yīng)措施來(lái)增加煤層透氣系數(shù)，僅僅通過(guò)密集布孔來(lái)實(shí)現(xiàn)瓦斯抽放，會(huì)造成鉆孔工作量偏大，施工時(shí)間增長(zhǎng)；大量瓦斯抽放孔、校驗(yàn)孔、補(bǔ)充措施孔及加深炮孔等的施作，嚴(yán)重破壞了隧道圍巖的整體性，造成掌子面圍巖布滿鉆孔，給后期的爆破掘進(jìn)造成較大的困難，影響爆破效率。瓦斯抽放范圍及參數(shù)仍需優(yōu)化，平行導(dǎo)坑打設(shè)至正洞的瓦斯抽放孔深度為49～90 m，在煤體內(nèi)及圍巖破碎帶容易塌孔，鉆孔抽放的有效深度有待進(jìn)一步優(yōu)化，以避免鉆孔參數(shù)的單一性。

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GasDrainageTechnologyforMedium-thicknessCoalSeaminYujingshanTunnel

PENG Yufeng1, TIAN Liang2, YANG Dongsheng1, KANG Xianghui1, HUANG Ze1, SUN Yunhua1， TAN Jun1

(1.The4thConstructionCo.,Ltd.ofChinaRailwayNo.5EngineeringGroup,Shaoguan512031,Guangdong,China; 2.SchoolofMechanicsandCivilEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China)

The coal seam C5 in entrance section of Yujingshan Tunnel on Chengdu-Guiyang High-speed Railway is determined to be risky because of gas outburst. In order to ensure the construction safety and avoid gas accidents, the gas drainage technology of penetrating meshy boreholes is adopted. By comparison among several schemes, the drilling field is set in left side of parallel heading, gas drainage of parallel heading and main tunnel is carried out at the same time and the control range, borehole span and endhole span of gas drainage are decided. The gas outburst elimination includes three parts, i.e. regional outburst prevention, local outburst prevention and rock outburst prevention. The value of the gas desorption indexK1and gas concentration are used to testify the effect of gas outburst elimination. The real-time monitoring results about gas concentration and air velocity based on KJ83N on-line system show that by using deadend forced ventilation with two fans, the air-conditioning requirements can be met. The systematic technology of gas drainage used in Yujingshan Tunnel is successful; and the effect of gas outburst elimination is obvious, so as to guarantee the construction safety of tunnel crossing coal seam.

railway tunnel; gas drainage; penetrating meshy boreholes; forced ventilation; real-time monitoring

2017-05-17;

2017-07-07

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2010YL09)

彭宇峰(1974—)，男，湖南汨羅人，2003年畢業(yè)于湖南大學(xué)，機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)，本科，高級(jí)工程師，主要從事鐵路工程施工及管理方面的工作。E-mail: tonglicz@sohu.com。

10.3973/j.issn.2096-4498.2017.12.014

U 45

B

2096-4498(2017)12-1600-07