1、坪子上隧道瓦斯突出综合防治设计浅析摘要：林歹南织金铁路控制工程坪子上隧道施工期间，出现瓦斯异常迹象，进过现场地质工作，该隧道最终判定为瓦斯突出隧道，根据以往铁路瓦斯隧道设计的经验，并借鉴了煤矿产业的相关成果，坪子上隧道首次将区域防突的概念引入铁路建设中来，采取了“区域防突为主，局部防突为辅”的措施，确保了隧道施工的安全，对同类型铁路隧道瓦斯突出的防治具有很大的借鉴作用。 关键词：铁路隧道;瓦斯突出;综合处理;区域防突；局部防突；施工安全 中图分类号：U45 文献标识码： A 1 工程概况 坪子上隧道位于织金县化起镇境内，进口里程 ZD1K34+650、出口里程 ZDK40+946，全长 629
2、6m，设计行车速度 120km/h，为电力牵引单线隧道。 该隧道出口工区穿越龙潭组（P2l）含煤地层，该段地层含煤层1117 层，部分为可采煤层，为高瓦斯隧道。施工组织将隧道划分为“进口 ZD1K34+650ZDK38+550 段为非瓦斯工区” 、 “出口ZD1K38+550ZDK40+946 段为高瓦斯工区” ，设计文件强调严禁越区施工，并要求施工阶段进一步开展煤与瓦斯突出危险性预测。2012 年 2 月，坪子上隧道出口平导施工至 PZDK40+362 里程，发现瓦斯动力迹象（钻孔顶钻、瓦斯喷孔） 。 图 1 掌子面瓦斯喷孔图 2 隧道瓦斯突出防治措施 由于自编 1 号、自编 2 号煤层经鉴
3、定为突出煤层，坪子上隧道成为近年来铁路建设较少遇见的瓦斯突出隧道。相对于煤矿瓦斯突出防治技术的发展，铁路在相关领域相对滞后，因此在坪子上隧道的瓦斯防治中，我院首先将煤矿的区域“四位一体”的综合防突措施首次引入到铁路隧道的设计中，在坪子上隧道的瓦斯突出防治中采取了“区域防突措施先行、局部防突措施补充”1的原则，立足于依靠区域防突措施来达到隧道施工的防突目标，而局部防突措施作为补充、辅助措施2。并根据该原则制定了坪子上隧道的防突作业流程： 图 2 防突作业流程图 2.1 坪子上隧道区域综合防突措施 2.1.1 区域突出危险性预测 根据坪子上隧道的施工图设计，施工中认真的进行超前地质预报工作，当超前
4、地质综合预报前方有煤层时，掌子面在距推测煤层 10m 垂距处，施作 89 探测孔和验证孔。探测孔及验证孔穿透煤层全厚且进入顶（底）板不小于 0.5m，以掌握煤层位置、走向、倾向、倾角、煤层厚度、瓦斯赋存情况。当瓦斯压力大于 0.74MPa 或瓦斯含量大于 8m3/t 时判定为突出煤层，应采取区域防突措施，如果上述指标没有超限，掌子面在施工到推测煤层 7m 垂距处仍需再次进行预测。通过预测，坪子上隧道施工中共发现 5 层突出煤层，由于提前进行了相关设计，并进行了人员培训等工作，上述 5 层煤的产状、厚度以及和瓦斯相关的参数均在保证安全距离的情况下成功获得，为消除施工风险提供了保证，同时为消突提供
5、了重要数据。 2.1.2 区域防治煤与瓦斯突出措施 经历 2 次预测（掌子面距推测煤层 10m、7m 垂距的预测）后，任何一次区域预测测定瓦斯压力或者瓦斯含量超限，隧道均应对相应煤层采取预抽煤层瓦斯的区域防突措施。坪子上隧道区域防突措施经过比选，最终采用瓦斯泵对瓦斯抽取，该方法加快瓦斯排放和煤体卸压速度。 根据具体的地质情况并结合施工单位现有的设备，瓦斯预抽钻孔直径为 89mm，孔底间距为 4.0m。控制范围为：开挖断面顶、底部分别为开挖轮廓线外 10m、6m，两帮为开挖轮廓线外 14m，同时满足控制边缘到巷道轮廓线的最小距离为 5m。隧道预抽钻孔施工结束后，及时连接所有瓦斯抽放钻孔进行抽放，
6、并按照规定的时间测定抽采瓦斯浓度、流量和抽采负压，计算该时间段的瓦斯抽采量，统计隧道预抽的瓦斯抽采量，瓦斯总体抽放浓度应大于 30%。 图 3 瓦斯抽放孔布置横剖面示意图 2.1.3 区域防突措施效果检验 坪子上隧道区域效果检验采用煤层瓦斯压力和瓦斯含量作为检验指标，对预抽瓦斯钻孔完工和瓦斯抽采情况进行评估，计算该区域的瓦斯抽采率。抽采率大于 30%，并且瓦斯压力 P0.74MPa 且瓦斯含量Q8m3/T，表示抽采有效。煤层瓦斯压力大于等于 0.74MPa 或瓦斯含量大于 8 m3/t 时，措施无效，区域仍为突出危险区，必须继续对该区域进行瓦斯抽放，直到措施经效果检验有效方可进行下一步施工，目
7、前坪子上隧道均按上述参数指导施工，突出煤层经过治理措施并经检验合格后，没有再发生突出迹象。 2.2 坪子上隧道局部综合防突措施 在区域防突措施的前提下，坪子上隧道坚持局部防突措施作为补充，进行了详细的局部防突设计，以便在需要进行局部防突时采用。 2.2.1 工作面突出危险性预测 区域防突措施经效果检验有效达标后，掘进至煤层与掌子面法向距离 5m 时，施做钻孔定位煤层，利用钻孔实测瓦斯压力、瓦斯含量、煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度等基础参数，采用综合指标法和钻屑瓦斯解吸指标法对工作面进行突出危险性预测。 2.2.2 工作面防突措施 当预测工作面具有突出危险时，采用工字钢（工 16）形成网格骨架封
8、闭工作面（间距等要考虑排放钻孔的需要） ，骨架用锚杆等植入岩体中，在网格骨架后方设两榀工字钢架，完成上述工作后，工作面防突采用施工排放钻孔、水力冲孔、煤体固化等措施。 2.2.3 工作面措施效果检验 对工作面措施效果进行检验，检验工作面防突措施是否达到了设计要求和满足相关的规章和标准，各检验指标的测定和主要数据应选择在钻孔密度相对较小，孔间距相对较大的位置，并远离周围各防突措施钻孔或尽可能与周围各防突措施钻孔保持等距离，在地质构造复杂段应增加检验孔。工作面防突采用钻屑指标对效果进行检验。 2.2.4 揭煤前的准备工作 （1）负责防突措施检验的防突预测人员下井前，必须认真学习仪器使用说明书，严格
9、执行防突工操作规程 ，并在地面进行试操作，对各种仪器仪表做好全面检查，满足测试要求方可下井。 （2）揭煤前施工队所有参与揭煤的人员要掌握突出征兆，同时技术人员对压风自救装置的使用要进行培训，使作业人员熟练操作。 （3）作业人员必须携带经检验合格的隔离式化学氧自救器和人员定位识别卡，经检身房检查未携带或携带的自救器不合格，严禁入井作业。（5）距工作面 2540m 的位置安设一组压风自救系统。 （6）正洞及平导放揭煤炮时，按煤矿救护规程的规定，在炮后30 分钟后瓦检员和班组长进入工作面，首先利用电话和监控中心进行联系，只有在工作面瓦斯探头 T1、回风流瓦斯探头 T2 小于 0.8%时方可进入，确认
10、无隐患后通知施工单位。 （7）揭煤时，必须严格执行远距离放炮安全防护措施，掘进期间每次放炮前警戒位置及撤人地点必须按照放炮期间安全注意事项执行。 3 结论 在坪子上铁路隧道实行揭煤与防突处理措施后，通过现场的实际施工反馈，得出以下结论： （1）区域突出危险性预测可以较为准确的对突出煤层进行判断，为区域防突提供了比较详细的地质情况和煤层突出参数。 （2）将区域防突的“四位一体”引入铁路隧道瓦斯突出治理，充分吸收了煤矿产业的先进经验，保证了施工安全，瓦斯区域抽放的效果较好。 （3）经过区域防突措施后，突出煤层的瓦斯压力和含量大幅降低，大大减少了局部防突的工作量，除自编 2 号煤层外，其余煤层仅采用区域防突措施即满足了相关要求。 目前该隧道已经顺利通过 5 层突出煤，由于措施得力，没有发生任何安全事故，该隧道瓦斯突出的综合治理措施经实际检验效果显著，其区域防突措施为首次在铁路隧道采用，对其它铁路隧道的瓦斯突出综合治理具有一定的参考价值。 参考文献： 1 防治煤与瓦斯突出规定读本 煤炭工业出版社, 2009. 2 姜德义 公路隧道全断面揭煤防突技术 岩土力学学报, 2005. 作者简介：何昌国， （1982） ，男，中国中铁二院工程集团有限责任公司，工程师，主要从事铁路隧道设计，
