隧道通風(fēng)斜井穿越瓦斯地層施工技術(shù)方案

周金邦

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550003)

1 工程概況

春天門隧道左線運營通風(fēng)采用斜井送排式通風(fēng)，右線正常運營采用全射流風(fēng)機(jī)縱向式通風(fēng)，火災(zāi)時采用斜井排除式縱向通風(fēng)。左右隧道共采用一座斜井，斜井采用中隔墻分隔為送風(fēng)和排風(fēng)斜井。斜井長455.809 m，平面投影長度429.264 m，斷面采用單心圓斷面，內(nèi)輪廓線半徑為4.0 m，凈高5.2 m，凈寬7.63 m。

斜井為巖質(zhì)斜井，斜井圍巖體涉及地層為三疊系中統(tǒng)雷口坡組白云質(zhì)灰?guī)r，三疊系上統(tǒng)須家河組泥巖、砂巖、頁巖。圍巖巖性較軟，強(qiáng)度低，抗風(fēng)化能力差，地表多風(fēng)化呈巖屑狀，層間發(fā)育，層間結(jié)合較差，斜井橫穿須家河組一、二、三、四、五段為煤系地層，可能出現(xiàn)瓦斯，因此，本工程必須將對瓦斯氣體濃度等監(jiān)測，通風(fēng)，避免瓦斯局部積聚，產(chǎn)生燃燒、爆炸等危害做為工作的重點和難點。

2 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

(1)由于斜井是過煤系地層掘進(jìn)施工，必須安裝一套隧道安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對隧道掘進(jìn)工作面的瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、風(fēng)量、CO、局部通風(fēng)機(jī)的運行狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測監(jiān)控，有利于隨時了解隧道掘進(jìn)施工過程中的安全生產(chǎn)的現(xiàn)狀，及時排除各種隧道掘進(jìn)施工過程中出現(xiàn)的不安全因素，以保證隧道的掘進(jìn)施工安全、順利進(jìn)行。

(2)斜井煤系地段內(nèi)的有毒有害氣體除了煤層及圍巖瓦斯(CH4)、二氧化碳(CO2)外，還有CO、SO2、H2S、NO2、NH3等，其來源通常是爆破產(chǎn)生的炮煙、礦物氧化、火災(zāi)、爆炸以及柴油機(jī)工作產(chǎn)生的廢氣、穿過采空區(qū)有毒有害氣體泄出等。斜井工作面風(fēng)流中，氧氣濃度應(yīng)不低于20%，二氧化碳濃度不超過0.5%。

(3)當(dāng)隧道過煤系地段期間，隧道內(nèi)有毒有害氣體濃度超過規(guī)定充許時，對隧道內(nèi)作業(yè)人員將造成中毒、窒息。氧氣濃度低于12%時，時間稍長即有生命危險。

(4)隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境必須滿足以下要求：

①坑道內(nèi)溫度不得高于28 ℃；

②瓦斯(CH4)不大于0.5%；

③粉塵濃度：含1.0%以上游離二氧化硅的粉塵，每立方米空氣不得大于2 mg；含10%以下游離二氧化硅的粉塵，每立方米空氣不得大于4 mg。

3 瓦斯地層的綜合處理方案

3.1 超前鉆孔布置

在距所揭煤層最小垂距10 m處的開挖工作面上鉆5個超前鉆孔，分別探測開挖工作面前方上部及左右部位煤層位置，并采取煤樣和氣樣進(jìn)行物理、化學(xué)分析和煤層瓦斯參數(shù)測定，在現(xiàn)場進(jìn)行瓦斯含量、涌出量、壓力等測試工作。

3.2 超前鉆孔施工應(yīng)滿足下列條件

(1)在距離初探煤層位置10 m(垂直)處掌子面打3個超前孔，并取巖(煤)芯，探孔采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔徑為80 mm。巖(煤)取芯應(yīng)完整，進(jìn)入煤層后采用干鉆取樣。

(2)每個探孔穿透煤層并進(jìn)入頂(底)板0.5 m以上。

3.3 超前鉆探鉆機(jī)選型

根據(jù)鉆孔數(shù)量和鉆孔成孔速度，配備4200L型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)或同等能力鉆機(jī)。

3.4 分析預(yù)測瓦斯突出危險性

對煤與瓦斯突出危險性預(yù)測對煤與瓦斯突出危險性預(yù)測一般采用打孔測壓、測瓦斯涌出的初速度、測鉆屑量、測鉆屑溫差、測煤的堅固系數(shù)等多種方式，其中只要有一項指標(biāo)超標(biāo)就視為該煤層具有煤與瓦斯突出危險性，就必須采取防突措施。

4 防止煤與瓦斯突出措施及措施效果檢查

(1)當(dāng)出現(xiàn)上述預(yù)兆時就必須先采取防止煤與瓦斯突出的措施。突出措施一般采取抽排卸壓，該煤層總體不厚，只采取鉆孔排放瓦斯以防止煤與瓦斯突出。

(2)瓦斯排放施工完畢，應(yīng)檢驗防突措施效果，達(dá)不到要求時，需要補(bǔ)打鉆孔或增加排放時間。直到消除了突出危險后方可揭露煤層。

5 隧道施工過煤系地層瓦斯防治

(1)揭煤前應(yīng)進(jìn)行石門揭煤設(shè)計，石門揭煤采用微震動爆破法，煤層掘進(jìn)檢驗工作面是否存在瓦斯突出，每循環(huán)進(jìn)尺不宜超過1.0 m。瓦斯段考慮瓦斯壓力，隧道襯砌結(jié)構(gòu)予以加強(qiáng)，為隔絕瓦斯，防止運營過程中瓦斯逸入隧道，瓦斯段采用全封閉襯砌，二次襯砌采用氣密混凝土。

(2)接近突出煤層前，對設(shè)計標(biāo)示的各突出煤層位置進(jìn)行超前探測，標(biāo)定各突出煤層準(zhǔn)確位置，掌握其賦存情況及瓦斯?fàn)顩r。防突措施實施后，進(jìn)行效果檢驗，確認(rèn)防突措施是否有效。防突措施效果檢驗在距煤層2.0 m垂距的巖柱以外進(jìn)行。防突效果檢驗指標(biāo)的臨界值應(yīng)根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定。

(3)鉆爆作業(yè)采用濕式鉆孔，炮眼深度不小于0.6 m，確保開挖面附近20 m風(fēng)流中瓦斯?jié)舛缺仨毿∮?.5%，爆破地點20 m內(nèi)，風(fēng)流中瓦斯?jié)舛缺仨毿∮?.0%，瓦斯工區(qū)的爆破作業(yè)必須采用電力起爆，并使用煤礦許用電雷管，嚴(yán)禁使用秒或半秒級電雷管。在低瓦斯工區(qū)進(jìn)行爆破作業(yè)時，爆破15 min后應(yīng)巡視爆破地點，檢查通風(fēng)、瓦斯、煤塵、瞎炮、殘炮等情況，遇有危險必須立即處理。只有在瓦斯?jié)舛刃∮?.5%，二氧化碳濃度小于0.5%，解除警戒后，工作人員方可進(jìn)入施工作業(yè)。

(4)通風(fēng)及檢查爆破效果。瓦斯隧道施工時應(yīng)連續(xù)通風(fēng)。瓦斯隧道應(yīng)采用抗靜電、阻燃的風(fēng)管。風(fēng)管口到開挖面的距離應(yīng)小于5 m，風(fēng)管百米漏風(fēng)率不應(yīng)大于2%，風(fēng)管若有破損，必須及時修補(bǔ)或更換。炮響5 min后恢復(fù)通風(fēng)，但不得向洞內(nèi)送電，人員暫不得進(jìn)洞。瓦檢員每10 min檢查一次回風(fēng)流中瓦斯含量并作好記錄。過1 h無異常情況后由瓦檢員、炮工兩人帶便攜式隔離自救器步行進(jìn)入斜井內(nèi)檢查。

(5)經(jīng)24 h后，掌子面無異情況，掌子面空氣中瓦斯含量和回風(fēng)流瓦斯含量均保持在0.5%以下，恢復(fù)向洞內(nèi)送電，恢復(fù)照明和進(jìn)行掌子面裝運碴，并要有專職瓦檢員在現(xiàn)場值班檢查瓦斯。否則繼續(xù)延長掌子面停歇時間，直到符合要求為止。

6 實施效果

施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行施工方案和相關(guān)規(guī)范，尤其嚴(yán)格執(zhí)行爆破方案、控制隧道洞室內(nèi)的瓦斯及其他氣體濃度，本項目通風(fēng)斜井目前以順利貫通，整個施工過程未發(fā)生安全事故。