天城壩隧道進(jìn)口近距離揭煤層群開挖方式安全可行性論證

于海平 陳興燚 陳毅 歐顯文

摘 要：天城壩隧道進(jìn)口左線近距離揭煤層群，含煤9～13層，自上而下編號為C5、C6、C7（含C7-1、C7-2、C7-3）、C8（含C8-1a、C8-1b、C8-2）、C11和C12。該段含煤地層段為突出煤層，為確保瓦斯抽采治理效果，分多輪次對煤層群進(jìn)行瓦斯抽采治理。由于各煤層層間距較近，確保安全垂距的前提下，根據(jù)隧道大斷面開挖特點(diǎn)，制定了多臺階開挖方式并確保了安全垂距。實(shí)踐證明，多臺階開挖方式是安全可靠的。

關(guān)鍵詞：近距離煤層群;開挖方式;安全垂距;瓦斯治理

中圖分類號：TD823.81 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）31-0074-02

The Coal Seam Group is Uncovered Near The Entrance of Tianchengba Tunnel， and the Safety And Feasibility of the Excavation Method is Demonstrated

YU Haiping1 CHEN Xingyi2 CHEN Yi2 OU Xianwen2

（1. Civil Engineering Co.， Ltd.， China Construction Fourth Engineering Dixision Corp. Ltd.， Xiamen Fujian 361010;2.Chongqing Energy Investment Group Technology Co.， Ltd.，Chongqing 400060）

Abstract： Tianchengba tunnel entrance on the left line of the coal seam group， coal-bearing layers 9 ～ 13 are numbered C5、C6、C7（including C7-1、C7-2、C7-3）、C8（includingC8-1a、C8-1b、C8-2）、C11 and C12 from top to bottom. The coal-bearing strata in this section are outburst coal seams. In order to ensure the effect of gas drainage， the coal seams were treated by gas drainage in several rounds. Due to the close distance between each coal seam and the premise of ensuring safe vertical distance， according to the characteristics of large cross-section tunnel excavation， the multi-step excavation was made and the safety vertical distance is ensured. The excavation method is safe and reliable.

Keywords： close-distance coal seam group;excavation method;safety vertical distance;gas control

在前些年的隧道揭煤開挖過程中，所經(jīng)歷的揭煤層間距都具有足夠的煤層安全垂距，保證在安全垂距的前提下進(jìn)行瓦斯抽采治理達(dá)標(biāo)后，正常按照隧道掌子面上、下兩臺階的方式進(jìn)行開挖作業(yè)。

天城壩隧道進(jìn)口左線近距離揭煤層群開挖，各煤層傾角為30°，在開挖第一層煤層時(shí)，若還采用上、下兩臺階的方式進(jìn)行開挖作業(yè)，極易導(dǎo)致第二煤層的安全距離不夠，而第一層煤正在過煤門。因此，本文提出采取多臺階開挖方式，確保第二煤層抽采治理的效果，既保證第一層煤的安全開挖，又確保掌子面的抽采鉆孔布置在巖層中。

1 天城壩隧道概況

天城壩隧道按左、右線分離式設(shè)計(jì)。其進(jìn)口工區(qū)16標(biāo)段左線隧道里程樁號ZK108+255～ZK110+485，長2 230m;右線隧道里程樁號K108+210～K110+460，長2 250m。隧道左線最大埋深509.19m（里程ZK110+660），右線最大埋深518.41m（里程K110+630）。

根據(jù)《貴州省習(xí)水縣天成煤礦資源儲量核實(shí)與補(bǔ)充地質(zhì)勘探報(bào)告》，天城壩隧道工程區(qū)內(nèi)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖夾數(shù)層薄層灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、燧石灰?guī)r和煤層及鋁質(zhì)泥巖組成，屬海陸過渡帶局限海碳酸鹽臺地潮坪成煤環(huán)境。煤系厚度54.22～70.95m，平均62.65m，厚度變化不大。含煤9～13層，自上而下編號為C5、C6、C7（含C7-1、C7-2、C7-3）、C8（含C8-1a、C8-1b、C8-2）、C11和C12。含煤總厚6.28～13.65m，平均10.40m;含煤系數(shù)10.02%～21.81%，平均16.81%?？刹擅簩訉訑?shù)為3～4層，一般是4層，編號為C6、C7-2、C8-1、C8-2;可采煤層純煤總厚4.38～10.67m，平均7.80m。主要煤層發(fā)育于煤系中部，即B5底界至B4底界。該段含煤地層段為突出煤層，易產(chǎn)生CH4、CO2、SO2等有毒有害氣體。

2 多臺階開挖方式的必要性及安全可靠性

2.1 多臺階開挖方式的必要性

由于天城壩隧道揭煤屬近距離煤層群揭煤，于2019年7月1日在C6煤層2m垂距地質(zhì)初探了C7、C8煤層。經(jīng)地質(zhì)初探分析，距C7煤層還有16.5m垂距，如果繼續(xù)開挖至C7煤層7m垂距位置時(shí)，C6煤層恰恰在過煤門期間，C6煤層剛好在掌子面中上部位置。經(jīng)現(xiàn)場勘察以及后期對C7、C8煤層群的聯(lián)合抽采進(jìn)行區(qū)域瓦斯治理，特別是C8-2煤層真厚達(dá)13.14m，屬強(qiáng)突出煤層。經(jīng)研究，必須將掌子面中上部C6-2煤層過完至掌子面頂部，確保C7、C8煤層群聯(lián)合抽采鉆孔不布置在C6煤層上，保障抽采鉆孔的成形和封孔的氣密性，確保不垮塌孔或少塌孔，有利于C7、C8煤層聯(lián)合抽采治理瓦斯達(dá)到理想效果。

此外，在C6煤層過煤門期間，局部有小構(gòu)造導(dǎo)致煤巖層不穩(wěn)定，碳質(zhì)泥巖多，這主要是因?yàn)镃6煤層由薄變厚（揭開煤時(shí)中部真厚只有0.3m，右?guī)瓦_(dá)2.0m，過煤門至中上部時(shí)，煤厚達(dá)到2.5m真厚）。煤巖層有垮塌現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場研究決定，開挖采取了三臺階[1]（上部臺階、中部臺階、下部臺階）小斷面開挖的方式，先將上部臺階C6煤層開挖至掌子面頂部，以及時(shí)將小導(dǎo)管支護(hù)跟攏掌子面，防止因大斷面開挖帶來的進(jìn)一步大面積垮塌甚至是跨冒誘導(dǎo)C6煤層突出事故的發(fā)生，從而確保C6煤層安全過煤門。

通過上述分析足以證明，實(shí)施多臺階開挖方式，開挖C6煤層過煤門至掌子面頂部勢在必行。

2.2 多臺階開挖方式的安全可靠性

經(jīng)地質(zhì)初探計(jì)算和分析，C6煤層開挖至掌子面頂部時(shí)，距C7煤層垂距位置還有6m，大于5m垂距，執(zhí)行下一步的防突措施是安全可靠的，實(shí)施抽采鉆孔布置也是可行的。

天城壩隧道進(jìn)口左線C6煤層于2019年7月4日上午09：00成功揭煤。監(jiān)控系統(tǒng)顯示，最大瓦斯?jié)舛冗_(dá)3.1%。C6煤層過煤門期間放炮瞬間瓦斯達(dá)2.6%。為確保掌子面C6煤層過煤門期間安全，將C6煤層開挖至掌子面頂部是非常安全可靠的。

由于C6煤層過煤門期間，局部有小構(gòu)造導(dǎo)致煤巖層不穩(wěn)定，C6煤層頂部巖層局部垮塌，必須在永久支護(hù)跟攏掌子面后，施工超前小導(dǎo)管。對掌子面進(jìn)行噴漿，噴漿厚度達(dá)0.2m，對C6煤層頂部垮塌冒落區(qū)域注漿填實(shí)，共計(jì)充填砂漿86m3，現(xiàn)場頂板進(jìn)行了砂漿充填，澆筑支護(hù)是安全可靠的。后期，C7、C8煤層鉆孔施工澆筑了5m的上平臺施工鉆場（3 200mm×1 0000mm×5 000mm），下部設(shè)置12m的澆筑平臺，下平臺厚度均達(dá)到0.3m以上。確保后期布置C7、C8煤層抽采鉆孔的施工要求。

C6煤層揭煤期間，各項(xiàng)預(yù)測預(yù)報(bào)指標(biāo)均不超標(biāo)，現(xiàn)場通風(fēng)、監(jiān)測、瓦斯等數(shù)據(jù)24小時(shí)上傳到監(jiān)控室監(jiān)測，人員24小時(shí)在監(jiān)控值班，完善“六大系統(tǒng)”，嚴(yán)格執(zhí)行遠(yuǎn)距離放炮斷電撤人（洞內(nèi)所有人員全部撤至地面放炮）。這也確保了后期施工C7、C8煤層抽采鉆孔的安全保障性。

實(shí)施多臺階開挖方式，開挖C6煤層過煤門至掌子面頂部，確保距C7煤層垂距位置6m是安全可靠的。

3 結(jié)語

①開挖采取了多臺階（上部臺階、中部臺階、下部臺階）小斷面開挖的方式，確保了C6煤層安全開挖至掌子面頂部，不將C7、C8煤層抽采鉆孔布置在掌子面煤層中是非常必要的。

②開挖C6煤層至掌子面頂部，確保了支護(hù)可靠，并注漿充填，鉆孔施工不再對C6煤層進(jìn)行擾動，確保了C6煤層過煤門期間的安全。C7煤層大于5m垂距，確保了執(zhí)行防突措施是安全可行性，決定開挖至該位置進(jìn)行C7、C8煤層瓦斯治理也是安全可靠的。

參考文獻(xiàn)：

[1]智文中.三臺階法隧道開挖施工工法[J].科技資訊，2014（4）：87-89.