寶鼎二號隧道瓦斯等級劃分分析

范云沖,熊靈陽

摘 要：通過對攀大路寶鼎二號隧道瓦斯等級的定性分析，介紹了公路隧道瓦斯等級的劃分方法及注意事項，其研究思路可以為其它類似隧道工程瓦斯等級鑒定及隧道瓦斯分類提供一定的經(jīng)驗和參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道;瓦斯;分類分級;瓦斯壓力;絕對瓦斯涌出量

1 概述

寶鼎二號隧道位于攀枝花市仁和區(qū)境內(nèi)，該隧道左洞全長8 775 m，右洞全長8 762 m，隧道最大埋深約647 m，該隧道為攀大高速公路（四川境）的控制性工程。由于全隧穿越三疊系煤系地層，線路附近煤礦開采歷史久遠，該隧道為瓦斯隧道，隧道瓦斯類型對工程投資及施工工期影響較大，成為攀大項目業(yè)主最關(guān)心的問題之一。

2 研究思路

為確定寶鼎二號隧道的瓦斯等級及瓦斯工區(qū)段落，我院首先對隧址區(qū)含煤地層進行了1/1萬和1/2 000的地質(zhì)調(diào)查和煤礦資料收集，并編制完成了該隧道《煤層采空區(qū)及瓦斯專項調(diào)查報告》[1]。

同時，該隧道共完成了9個詳勘鉆孔，在鉆孔中進行了有害氣體測試及瓦斯原位測試，并取煤樣進行了煤質(zhì)分析試驗。

通過上述調(diào)查和試驗，再依據(jù)《公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》（四川省地方標(biāo)準(zhǔn)DB51/T2243-2016）[2]附錄E，計算隧道開挖過程中的絕對瓦斯涌出量Q絕，根據(jù)不同煤層的絕對瓦斯涌出量及該規(guī)程第5章隧道瓦斯分類，確定瓦斯隧道類型、瓦斯工區(qū)段落及是否存在瓦斯突出煤（巖）層。

3 隧道瓦斯等級劃分分析

3.1 隧道區(qū)煤系地層概況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查報告及區(qū)域地質(zhì)資料，隧道區(qū)穿越的主要地層為三疊系上統(tǒng)大蕎地組（T3d）和大箐組（T3dq）。大蕎地組分布于隧道進口及洞身段（左右洞分別長5 725 m和5 680 m），共分為十一段，可采煤層73層，可采煤層總厚度52.28 m，為測區(qū)主要含煤地層。大箐組分布于洞身及出口段（左右洞分別長3 050 m和3 082 m），共分兩段，僅第二段含薄煤層或煤線，煤層總厚為0.1 m～1.55 m，測區(qū)無人開采本組煤層。

3.2 瓦斯涌出量計算及瓦斯地層判斷

公路隧道以石門形式揭露煤層，不存在采煤問題，瓦斯涌出量按獨頭坑道計算，其絕對瓦斯涌出量計算公式詳見《公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》附錄E：

Q絕=Q1+Q2+Q3 （公式1）

式中：Q1——隧道開挖掌子面爆落煤塊瓦斯涌出量（m3/min）;

Q2——隧道新暴露工作面瓦斯涌出量（m3/min）;

Q3——隧道施作噴混凝土地段洞壁瓦斯逸出量（m3/min）。

Q1、Q2、Q3的計算公式及相關(guān)參數(shù)的選取詳見該規(guī)范附錄E相關(guān)內(nèi)容，部分參數(shù)數(shù)據(jù)由試驗單位提供。通過計算，該隧道穿越的主要煤層瓦斯絕對涌出量見表1：

根據(jù)上述計算結(jié)果，按《公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》第5章表1可知，該隧道進口及洞身穿越的大蕎地組含煤地層絕對瓦斯涌出量均大于1.5 m3/min，屬高瓦斯地層。

另外，該隧道穿越的大箐組含煤地層僅第二段含薄煤層，煤層厚度薄，地質(zhì)調(diào)查及鉆孔均未揭示煤層，鉆孔檢測瓦斯含量較低，故施工圖設(shè)計時將洞身及出口段穿越的大箐組地層定性為低瓦斯地層。

3.3 煤與瓦斯突出判斷

根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》（AQ1024-2006）[3]，確定礦井是否具有煤與瓦斯突出危險，主要以實際發(fā)生的動力現(xiàn)象為依據(jù)（礦井在采掘過程中只要發(fā)生過一次經(jīng)鑒定屬于煤與瓦斯突出的動力現(xiàn)象，該煤層即定為突出煤層，該礦井即定為突出礦井），當(dāng)動力現(xiàn)象的特征不明顯時，可根據(jù)煤的破壞類型、瓦斯放散初速度指標(biāo)（ΔP）、煤的堅固性系數(shù)（f）和煤層瓦斯壓力（P），進行綜合分析，作出最后鑒定結(jié)論，其臨界值應(yīng)根據(jù)相鄰?fù)怀龅V井實測資料確定，如無實測資料時，可參考下表（表2）所列數(shù)據(jù)劃分。只有全部指標(biāo)值達到或超過臨界值時，方可劃為突出煤層。

根據(jù)收集的攀枝花煤業(yè)集團相關(guān)勘探地質(zhì)報告可知，測區(qū)煤的堅固性系數(shù)、瓦斯放散初速度及瓦斯壓力見表3。

根據(jù)測試成果，區(qū)內(nèi)測定的最大煤層瓦斯壓力3.62 MPa，最大瓦斯放散初速度19.355，煤的堅固性系數(shù)f值在0.2～0.7，煤與瓦斯突出危險性評價參數(shù)最大值均超過了突出的臨界值，其中瓦斯壓力>0.74 MPa共71層次，占79%;根據(jù)勘探鉆孔取出煤芯樣，大多呈碎塊狀、粉末狀，煤芯斷面擦痕明顯，且煤層揉皺現(xiàn)象明顯，構(gòu)造煤破壞程度較嚴重。

根據(jù)表3，區(qū)內(nèi)煤層煤與瓦斯突出危險性評價參數(shù)的瓦斯壓力、瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數(shù)最大值均超過了突出的臨界值，有煤與瓦斯突出危險性;同時與隧道鄰近的礦井-桐麻灣煤礦（原沿江礦）為瓦斯突出礦井，該煤礦多次發(fā)生瓦斯突出事故，故在本次隧道瓦斯等級判斷中應(yīng)加以重視。

桐麻灣煤礦位于隧道北側(cè)，距線路約7 622 m;桐麻灣煤礦（原沿江礦）為突出礦井，該礦主要開采大蕎地組二段煤層，雖煤礦瓦斯涌出較小，但由于該礦小構(gòu)造發(fā)育，在煤礦開采過程中曾發(fā)生過動力現(xiàn)象，有記錄的動力現(xiàn)象16次，其中強度最大為250 t，瓦斯涌出量最多為4 188 m3，發(fā)生地點距地表的最小深度為192 m。動力現(xiàn)象具體情況詳見表4。

4 隧道瓦斯分級結(jié)論

由于“44-中～46-下”號煤層發(fā)生過煤與瓦斯突出的動力現(xiàn)象，根據(jù)《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》可判斷上述煤層為瓦斯突出煤層，寶鼎二號隧道在大蕎地背斜及寶鼎背斜核部穿上述煤層的地段應(yīng)為瓦斯突出工區(qū)段，該隧道可定性為瓦斯突出隧道。

根據(jù)上述分析及計算結(jié)果，將該隧道穿“44-中～46-下”的地段劃分為瓦斯突出地段，將其余穿大蕎地組地段劃分為高瓦斯地層，將洞身及出口段穿越的大箐組地段定性為低瓦斯地層。根據(jù)該劃分原則對隧道左右洞瓦斯地層進行劃分，其結(jié)果為全隧低瓦斯地層約35%，高瓦斯地層約51%，瓦斯突出地層約14%。

寶鼎二號隧道目前已經(jīng)通車，通過施工過程中瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控分析報告看，該隧道瓦斯工區(qū)段落劃分與設(shè)計基本一致，另外在大蕎地組44-46號煤層開挖揭煤時，曾發(fā)生過瓦斯動力現(xiàn)象，由此可見該隧道瓦斯等級劃分的方法是合適的，該隧道定性為瓦斯突出隧道是合理的。

參考文獻：

[1]四川煤田地質(zhì)一三七總公司.攀枝花至大理（四川境）高速公路寶鼎二號隧道煤層采空區(qū)及瓦斯專項調(diào)查報告 [D].達州.2016.8.

[2]李玉文，王聯(lián)，等.公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程（四川省地方標(biāo)準(zhǔn)DB51/T2243-2016）.四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，2016.08.18.

[3]胡千庭，等.煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范（AQ1024-2006）.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布，2006.11.02.