隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗分析

摘要：為了減少隧道開挖過程中穿越瓦斯地層的施工安全風險，結(jié)合工程實例，對某隧道施工過程中的瓦斯突出區(qū)域，采用測定煤層殘余瓦斯含量進行預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施效果檢驗。通過對瓦斯突出區(qū)域防突效果檢驗孔進行設(shè)置，確定檢驗孔施工作業(yè)方法及瓦斯參數(shù)測定，最后對檢驗效果進行評價。結(jié)果表明：檢驗孔的設(shè)置，對檢驗數(shù)據(jù)的可靠度有直接影響，只有合理的設(shè)置檢驗孔，并采取有效的施工作業(yè)方法，才能確保隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：隧道;瓦斯突出區(qū)域;效果檢驗;評價

0" "引言

隧道規(guī)劃建設(shè)過程中，其選址應(yīng)盡量避開富含瓦斯等不良地質(zhì)段落。然而，隨著工程建設(shè)項目越來越多，隧道建設(shè)常常無法避開瓦斯不良地質(zhì)段，特別是在煤層及瓦斯分布廣泛的中國西南地區(qū)。瓦斯突出隧道施工過程中，需要采取有效措施來防止煤與瓦斯突出，并進行措施效果檢驗。

某隧道橫洞工區(qū)瓦斯壓力大、煤層瓦斯含量高，被確定為瓦斯突出工區(qū)。在瓦斯抽采達到設(shè)計要求數(shù)量后，根據(jù)隧道地質(zhì)情況、煤層情況、瓦斯抽排數(shù)量、瓦斯抽排均勻性、地下水、瓦斯抽排煤層層數(shù)、煤層間距等情況進行區(qū)域效果檢驗，通過后續(xù)隧道施工，檢驗該隧道橫洞工區(qū)采用的隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施檢驗技術(shù)準確、可靠。

1" "工程概況

1.1" "工程概況

某隧道全長1978.252m，隧道輔助坑道設(shè)置“平導(dǎo)+2斜井+橫洞（主、副井）”。其中，橫洞工區(qū)負責承擔DK128+234～DK125+100段正洞、PDK128+240～PDK124+640段平導(dǎo)的施工任務(wù)。橫洞（主、副井）位于線路前進方向左側(cè)，與正洞左線中線相交于PDK128+234里程處，主要用于正洞的開挖。橫洞（副井）與平導(dǎo)中線相交于PDK128+210里程處，橫洞（副井）主要用于平導(dǎo)的開挖，正洞開挖斷面130m²，平導(dǎo)開挖斷面42m²。隧道在DK127+710～DK127+850段穿越龍?zhí)督M煤系地層，橫洞工區(qū)為瓦斯突出工區(qū)。

1.2" 地質(zhì)情況

DK127+710～DK127+850段地層為二迭系上統(tǒng)龍?zhí)督M，主要為黏土巖、砂巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r，夾3～23層煤及多層菱鐵礦，底部常有高嶺土及黃鐵礦（含黃鐵礦黏土巖），厚約80m。

龍?zhí)督M上覆地層為二迭系上統(tǒng)-長興組灰?guī)r，下伏地層為二迭系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r，厚度約130m，隧道埋深340m。F12斷層位于下營堡一帶，設(shè)計DZ-7型鉆孔和超前探孔均發(fā)現(xiàn)該斷層，斷層錯動煤層，錯動距離為20～30m，為正斷層。

1.3" "煤與瓦斯情況

隧道DK127+710～DK127+850段穿越龍?zhí)督M煤系地層，龍?zhí)督M共有3～22層煤，煤層最薄為10cm，最厚可達3m，其中對隧道影響較大的為C3、C5、C6煤層，煤層傾角70°。

施工至PDK127+800進行鉆孔探測，檢測結(jié)果顯示，每噸煤瓦斯含量和瓦斯壓力均大于規(guī)范規(guī)定值（瓦斯壓力大于0.74MPa，每噸煤瓦斯含量大于8m³），故C6、C5、C3煤層均為瓦斯突出煤層。

橫洞工區(qū)平導(dǎo)先通過煤系地層，隨后正洞通過煤系地層，本文主要介紹平導(dǎo)通過煤系地層時隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施的效果檢驗。

2" "防突措施效果檢驗內(nèi)容

采用預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施時，應(yīng)當以預(yù)抽區(qū)域的煤層殘余瓦斯壓力或者殘余瓦斯含量為主要指標，或其他經(jīng)試驗證實有效的指標和方法進行措施效果檢驗。

C6、C5、C3煤層處發(fā)育F12正斷層，前期對瓦斯壓力的現(xiàn)場測定均失敗，采用直接測定煤層殘余瓦斯壓力的方法不適用。經(jīng)過分析，確定采用測定煤層殘余瓦斯含量進行預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施效果檢驗。

3" "防突措施效果檢驗孔設(shè)置分析

3.1" "防突措施效果檢驗孔數(shù)量確定

3.1.1" "根據(jù)煤層數(shù)量確定

區(qū)域措施采取的方式為同時進行C6、C5、C3煤層瓦斯抽排，瓦斯抽排孔將C6、C5、C3煤層穿透。隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗孔，需要同時完成三層煤的檢驗，與通常對一層煤進行效果檢驗時的檢驗孔數(shù)量有較大區(qū)別，檢驗孔數(shù)量將大幅增加。

區(qū)域效果檢驗孔首先考慮離平導(dǎo)掌子面最遠的C3煤層。然后根據(jù)C3煤層檢驗孔穿過C5煤層的情況，在C5煤層盲區(qū)增加2個檢驗孔。最后根據(jù)C3、C5煤層檢驗孔穿過C6煤層的情況，在C3煤層盲區(qū)增加2檢驗孔。每層煤至少1個檢驗測試點位于要求預(yù)抽區(qū)域內(nèi)距邊緣不大于2m范圍。

3.1.2" "根據(jù)煤層周圍地質(zhì)情況確定

F12正斷層將C6、C5、C3煤層錯動，錯動距離為20～30m。F12正斷層將煤層錯動后，煤層的情況變得復(fù)雜。如C5煤層根據(jù)鉆探資料顯示厚度變化大，厚度最薄處為0.8m，最厚處達2.5m。煤層變得復(fù)雜后，瓦斯分布也變得更加復(fù)雜，需要增加檢驗孔數(shù)量，以便準確掌握瓦斯抽排情況。

3.1.3" "根據(jù)隧道斷面情況確定

隧道相應(yīng)規(guī)范沒有對檢驗孔數(shù)量和位置進行規(guī)定，需參考煤礦的相關(guān)規(guī)定確定。鑒于煤礦普遍斷面小，預(yù)抽瓦斯范圍小，根據(jù)隧道斷面情況和預(yù)抽瓦斯范圍大小，需增加效果檢驗孔數(shù)量。

3.1.4" "根據(jù)煤層周圍地下水情況確定

前期設(shè)置了煤層與瓦斯定位、檢測孔17個，其中下俯孔3個，下俯孔均未取出煤樣（周圍煤礦調(diào)查情況反饋，下俯孔取出煤樣的難度非常大）。

原因為下俯孔處地下水發(fā)育且?guī)r層破碎，煤樣很難完整取出。根據(jù)周圍煤礦經(jīng)驗及理論分析論證，在平導(dǎo)底板以下布置38個密集排放鉆孔，孔底間距2 m，根據(jù)打鉆過程中是否發(fā)生噴孔、頂鉆、夾鉆及其他突出預(yù)兆，判斷區(qū)域措施效果。

綜合考慮各種因素，在防突預(yù)抽范圍內(nèi)，分別在C3煤層布置15個檢驗孔，該檢驗孔穿過C5、C6煤層;C5煤層盲區(qū)部位增補2個孔，計17個孔（該檢驗孔穿過C6煤層）;C6煤層盲區(qū)部位增補2個孔，共計鉆孔19個;平導(dǎo)底板以下布置38個密集排放鉆孔，孔底間距2m。鉆孔工程量根據(jù)煤層的實際位置確定，開孔直徑86mm，終孔直徑75mm。

3.2" "防突措施效果檢驗孔位置確定

3.2.1" "瓦斯抽采均衡性分析

以平導(dǎo)中心線為界，右側(cè)抽采量占總量的83%，左側(cè)占抽采總量的17%，抽采量分布極不均衡。

3.2.2" "下俯孔瓦斯抽排分析

鑒于下俯孔抽放效果較差，增加插管實驗，通過32d的測流觀測，初步判斷提高抽放效果不明顯。其中：大仰孔抽采量為651.57m³/孔，下俯孔抽采量為242.11m³/孔，其他孔抽采量933.05m³/孔。下俯孔抽采量為平均抽采量的27.4%。

根據(jù)瓦斯抽排均衡性和俯孔分析，隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗表明：平導(dǎo)右側(cè)好于左側(cè)，大仰孔和其他孔好于下俯孔，下俯孔效果最差。檢驗孔應(yīng)在平導(dǎo)左側(cè)和平導(dǎo)底板以下適當增加數(shù)量，以準確掌握區(qū)域措施效果。

隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗鉆孔，位于平導(dǎo)防突措施預(yù)抽范圍上部、中部和兩側(cè)，各煤層均有2個或以上檢驗測試點位于預(yù)抽區(qū)域內(nèi)距邊緣2m范圍內(nèi)。各檢驗測試點布置于鉆孔密度較小、孔間距較大、預(yù)抽時間較短的位置，盡可能遠離測試點周圍的各預(yù)抽鉆孔，并盡量與周圍預(yù)抽鉆孔保持等距離。

4" "防突措施效果檢驗孔施工及瓦斯參數(shù)測定

4.1" "防突措施效果檢驗孔施工作業(yè)

4.1.1" "人員組織

本項目請該地區(qū)煤礦的專業(yè)人員負責檢驗孔的施工及煤層取樣。

4.1.2" "鉆機選型及施工方法

選擇ZDY-2300型煤礦用液壓坑道鉆機2臺。其鉆進深度可達300m，開孔直徑86mm，終孔直徑75mm，施工傾角-90°～90°，鉆桿直徑為63mm，電機功率為37kW。依據(jù)隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗孔的布置及鉆機操作說明書，實施抽采鉆孔施工，開孔直徑為86mm，孔深5m后以直徑75 mm孔徑鉆進。

檢驗孔的孔深，由技術(shù)人員現(xiàn)場根據(jù)鉆進過程中揭示的地質(zhì)情況確定，以達到穿透煤層的要求（15個孔穿透C3煤層、17個孔穿透C5煤層、19個孔穿透C6煤層）。鉆孔必須穿透煤層全厚，且進入底板不小于0.5m，同時詳細記錄巖芯資料、鉆孔過程中瓦斯情況等。

4.2" "瓦斯參數(shù)測定

每個鉆孔通過煤層時，用煤芯采取器對該煤層進行取芯。采集煤芯時，一次取芯長度應(yīng)不小于0.4m，采樣時間越短越好，最長不得超過5min。將取出的煤芯裝入煤樣罐，共19個鉆孔，受到斷層的影響，其中C6煤層實際取出15個煤樣（設(shè)計應(yīng)取出19個煤樣），C5煤層實際取出16個煤樣（設(shè)計應(yīng)取出17個煤樣），C3煤層實際取出12個煤樣（設(shè)計應(yīng)取出15個煤樣）。

雖然未達到設(shè)計全部孔均取出煤樣要求，但取樣數(shù)量已經(jīng)滿足規(guī)范要求，取樣數(shù)量合規(guī)。樣取好后，立即派人送到“中科煤工集團重慶研究院有限公司”進行瓦斯含量檢測。

5" "措施效果評價分析

5.1" "抽采鉆孔有效控制范圍界定

抽采鉆孔實際有效控制范圍為，施工抽采鉆孔實際參數(shù)揭煤處巷道輪廓線外上14.1m、左右各14.3m、下8.1m。抽采鉆孔布孔均勻程度評價如下：施工開孔位置均勻，符合設(shè)計要求;鉆孔嚴格按設(shè)計參數(shù)施工，各煤層布孔滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

5.2" "區(qū)域措施效檢結(jié)果

平導(dǎo)校檢孔共計19個，施工過程中未出現(xiàn)噴孔等異?，F(xiàn)象。其中19個校檢孔成功取得煤樣，煤樣檢驗報告43個，煤樣指標均未超標。平導(dǎo)底板以下密集鉆孔檢驗及排放鉆孔已施工38個，此過程中無明顯異常現(xiàn)象。

煤瓦斯含量和平導(dǎo)底板以下密集鉆孔檢測合格后進行后續(xù)施工，施工結(jié)果證明，隧道隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗技術(shù)可靠、方法得當，能很好的指導(dǎo)施工。判定區(qū)域措施有效后，隧道施工進入下一步作業(yè)，即在采取安全防護措施后，實行邊探邊掘，并按專項施工設(shè)計及時進行支護，直至達到距C6煤層法向距離7m時，再次進行區(qū)域防突措施檢驗。

6" "結(jié)論與建議

6.1" "結(jié)論

為了減少隧道開挖過程中穿越瓦斯地層的施工安全風險，本文結(jié)合工程實例，對某隧道施工過程中的瓦斯突出區(qū)域，采用測定煤層殘余瓦斯含量進行預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施效果檢驗。

隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗，需保證瓦斯抽排達到設(shè)計數(shù)量，并對瓦斯排放孔的直徑、數(shù)量、孔深、角度、抽排時間、抽排壓力、抽排瓦斯數(shù)量等進行檢查合格后方可進行。煤層周圍有地質(zhì)構(gòu)造時，需根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造情況，增加隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗孔數(shù)量。

對穿層鉆孔預(yù)抽石門揭煤區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施進行檢查時，至少布置4個檢驗測試點。鐵路隧道和公路隧道斷面均比煤礦巷道大，需要在規(guī)定的基礎(chǔ)上增加檢驗孔數(shù)量，數(shù)量控制在60～80m2/孔。

根據(jù)瓦斯抽排時的均衡性，應(yīng)在抽排效果差的部位，增加隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗孔。采取具體的區(qū)域措施檢驗技術(shù)，應(yīng)根據(jù)超前鉆孔情況、煤層檢測相關(guān)參數(shù)、瓦斯抽排孔情況等情況綜合分析確定，以找到適合現(xiàn)場的隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗手段。

6.2" "建議

隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗孔在下俯孔有水的情況下，既不能測壓力，也很難直接取出煤樣?？刹扇〈蛎芗瘷z驗孔的方式進行瓦斯抽排效果檢驗，繼續(xù)自然排放瓦斯。

但由于此方法不能直接測得數(shù)據(jù)，導(dǎo)致底板以下瓦斯抽排情況不能量化。密集排放孔施工過程中，需技術(shù)人員全程跟蹤，掌握鉆孔過程是否存在頂鉆、噴孔、夾鉆等情況，據(jù)此判斷區(qū)域措施效果情況。

效果檢驗孔在布置時，需要根據(jù)瓦斯排放孔的布置情況進行針對性設(shè)計，盡量避免竄孔，并努力確保隧道瓦斯突出區(qū)域防突措施效果檢驗孔，位于瓦斯抽排孔中間，以提高檢驗數(shù)據(jù)的可靠度。

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