1、复杂地质条件高瓦斯隧道施工浅析摘要：依托公司承建的紫坪铺地下导流及引水系统、家竹箐隧道及龙泉山 2#隧道工程，对高瓦斯隧道瓦斯控制进行了一定的总结，希望为类似工程施工提供一定借鉴。 关键词：高瓦斯隧道；施工安全 中图分类号：U45 文献标识码：A 1、前言 高瓦斯隧道施工不可预见因素多，安全隐患大，公司承建的紫坪铺地下导流及引水系统、家竹箐隧道及龙泉山 2#隧道工程无一例瓦斯事故，使我局瓦斯隧道的施工技术和管理水平日臻成熟。复杂地质高瓦斯隧道施工过程中通过利用超前地质预报、施工监测、瓦斯区段防突等措施，对瓦斯进行全方面系统的监测与控制，该施工技术有安全上可靠、技术上可行、经济上合理、操作性强等
2、特点。 2、隧道瓦斯超前预报探测 针对隧道赋存的天然气，在隧道施工中遵循“动态设计、动态施工、先判断后处理”原则，首先从超前预报入手。超前预报主要采用 TSP 雷达波地质超前预报、地质素描法、地质水平超前钻探等手段，三者间预报相互验证，以提高超前预报的准确性。 2.1 TSP 地震波超前地质预报 TSP 超前地质预报由外业工作和内业整理两部分组成。 外业工作包括在施工现场布设炮孔、安装接收器，设置仪器采集参数、激发震源同时收集并记录数据，数据采集时，采用 X-Y-Z 三分量同时接收，采用无爆炸延迟时的瞬发电雷管激发地震波，防水乳化炸药，药量为 50100g 左右。如表 1 表 1 TSP 超前
3、预报炮孔与接收器孔布设参数 项目 接 收(检波) 器 孔 炮孔 数量 1 个，位于隧道线路方向右测边墙 24 个，位于隧道线路方向右侧边墙 直径 4245mm 钻头钻孔 3238mm 钻头钻孔 深度 2m 1.5m 定向 垂直隧道轴向，上倾 510 垂直隧道轴向，下倾 1020 高度 离隧道底高 1m 离隧道底高 1m 位置 距离掌子面 57m 第 1 个炮点离同侧检波器 15m，炮点距 1.5m 内业整理主要是采用系统自带的数据处理软件 TSPwin 进行地质解译，以 P 波剖面资料为主对岩层进行划分，结合横波资料对地质现象进行解译。 2.2 地质超前钻探 为充分验证地质素描及 TSP 超前
4、地质预报的准确性，采取超前钻探检测方式。超前钻探分为深孔水平钻和浅孔水平钻两种。 2.2.1 深孔水平钻 开挖前，在隧道开挖掌子面处施工 3 个 89 长 40m 的地质超前钻孔，初步确定钻孔长范围内天然气赋存情况。深孔水平钻 35m 一个循环，搭接长 5m。 采用 SL-808A 天然气、液化石油气检测仪现场测定，仪器报警范围为 51000ppm，用泵吸式吸入钻孔孔内气体进行检测，确定有无天然气及溢出的含量。测试间距和要求：砂岩段，每 2m 检测一次，泥岩每 5m检测一次，破碎带节理裂隙发育段每 1m 检测一次。泥浆中有气泡、油膜则每 1m 检测一次。完孔后清孔、封孔 3 小时后再检测 3
5、次，每隔 5分钟检测一次。布置情况见图 1 图 1 瓦斯隧道超前预报深孔布置图 2.2.2 浅孔水平钻孔 当采用深孔超前钻初步探明存在天然气突出可能或长时间大量涌出时，在距离瓦斯突出可能位置 20m 左右增设超前水平钻浅孔（即验证孔和定位孔）进行验证和定位，并收集探孔施作过程中的天然气动力现象。验证孔：上、下台阶分别在距离预测瓦斯位置 20m（垂距）处的开挖面上部和下部各打 2 个 89 超前验证探孔，若与已进行的地质综合预报异棠，则在开挖工作面上增加 1 个探测孔进行验证。在验证孔钻探过程中也需进行天然气测试，测试仪器和要求同深孔。 定位孔：在距瓦斯富集带 10m 垂距处的隧道上下台阶掌子面
6、各施作 3 个 89 探测孔，准确探测开挖工作面前方上部及左右瓦斯富集带位置，掌握并收集瓦斯动力现象。在钻探过程中也需进行天然气测试，测试仪器和要求同深孔。见图 2 图 2 瓦斯隧道瓦斯区段超前预报验证孔布置图和超前预报定位孔布置图 3、瓦斯区段防突 3.1 瓦斯排放 在距预测瓦斯突出位置 5m 垂距的掌子面处向瓦斯突出段布设 89排放钻孔，位置应超过瓦斯突出面 0.5m，隧道上台阶设 5 个钻孔，下台阶设 4 个钻孔。具体见图 3 图 3 瓦斯隧道瓦斯区段防突排放孔布置图 对于瓦斯突出区段，宜采用上下半断面长台阶法开挖，利用上部台阶排放下部台阶的部分瓦斯，其台阶长度应根据通风需要和隧道结构安
7、全性、围岩稳定性综合考虑确定。下部台阶瓦斯排放应采取下列措施： 可在上部台阶底部打俯角孔排放；孔距与排距宜为 1.0m；每排排放钻孔连线应与煤层走向平行；排放孔施作前应加强排放工作面已开挖段的支护，防止塌方造成瓦斯突出。 3.2 揭露瓦斯富集带及后续施工 上台阶在经防突效果检验合格并采取有关安全防护措施后，才能进行揭除瓦斯富集地带的工作，上台阶向前开挖的长度应保证隔离瓦斯的围岩最小厚度不小于 2m，一次性揭穿含有瓦斯气囊的围岩最大长度为1m。上台阶揭开瓦斯富集带后，应检验开挖工作面前方 10m 上、中、下、左和右范围内瓦斯突出的危险性，如瓦斯压力或钻孔瓦斯涌出速度达到或超过临界值时，应采取钻孔
8、排放措施，直至防突有效，应始终保持工作面前方有 5m 的安全区。下台阶参照上台阶的方法施工。 4、瓦斯监测 瓦斯检测采用人工监控与自动监控相结合，人工检控采用手持式移动检测仪，自动监控采用 KJ101 煤矿安全综合监控系统。在掌子面、模板台车顶部的上隅角设置便携式甲烷检测报警仪，在检测到瓦斯浓度0.5%时报警，瓦斯浓度1%时，命令切断作业区电源，工人停止作业，并撤出作业人员。对需人工检测的部位，保证每 30 分钟检测一次。在洞口测风站配备手动式测风仪，定期测定回风巷的风流速度。 4.1 监控要求 含瓦斯区段每班应按规定检查，低瓦斯区段每班不少于 2 次，不含瓦斯区段每班应检查 1 次，异常情况
9、时应随时检测。每个断面应检查 6个点，即拱顶、两侧拱脚、两侧墙脚和仰拱底中点各距坑道周边 20cm 处。瓦斯传感器、风速传感器检测设置地点及范围应符合下列要求：开挖工作面风流、回风流中；爆破地点附近 20m 内的风流中及局部塌方冒顶处；局扇附近 10m 内的风流中；坑道总回风流中；各种作业台车和机械附近 20m 内的风流中；电动机及开关附近 20m 内的风流中；隧道洞室中，如变电所、水泵房、水仓、车洞、人洞等处；上、下台阶开挖作业面，仰拱及仰拱填充作业面，二衬作业面煤线或接近地质破碎带处。 4.2 人工检测 人工检测采用 AZJ-2000 型甲烷检测报警仪和光干涉式甲烷测定仪。 （1）瓦斯检测
10、实行 24 小时不间断轮流流动检测隧道内各处瓦斯浓度。 （2）检测段内瓦斯浓度含量在 0.5以下时，每隔 0.5h 至 1h 检查一次，0.5%以上时，应随时检查，不得离开掌子面，发现异常及时报告，并采取有效措施保证施工过程安全。 （3）当瓦斯浓度大于 2%，应加强通风稀释后方可进行检查。加强对洞内死角，尤其是隧道上部、坍塌洞穴、避人（车）洞等各个凹陷处通风不良、瓦斯易积聚的地点的检测。 （4）瓦检员按煤矿安全规程 （2004）要求进行各部位瓦斯浓度检测，作好记录，并在洞口瓦斯牌上公布，整理后送项目指挥部，以上人员及设备应保持固定，不得随意更换。 （5） “一炮三检”指装药前、放炮前、放炮后，
11、必须分别进行瓦斯检查。执行中主要是避免在瓦斯超限的情况下放炮作业，并在放炮后加强放炮点通风和瓦斯检查。 4.3 综合安全综合监控系统 瓦斯隧道施工过程中的安全自动监控系统一般采用 KJ101 煤矿综合安全监控系统，主要由地面监控站、井下监控分站、各种传感器和控制执行器等组成。 地面监控站由监控主机 1 台、备用一台、打印机 1 台、UPS 电源一台、传输接口机 2 台（备用 1 台）避雷器 1 对等组成。每一个洞口设一个监控分站。传感器包括甲烷传感器、一氧化碳传感器、开停传感器、烟雾传感器、粉尘传感器等组成。见图 4 图 4 KJ101 隧道施工环境监测系统结构示意图 本系统主要是采集隧道的瓦
12、斯浓度和风机运行参数，在地面机房进行 24 小时不间断监测；并在出现异常的情况下自动报警，切断工作电源，达到隧道安全生产目的。 4.3.1 洞内瓦斯浓度限值及超限处理措施 洞内瓦斯浓度限值及超限处理措施对照表表 2 序号 地点 限值 超限处理措施 1 巷道总回风流中 0.5% 立即查明原因，进行处理 2 瓦斯区段任意处 0.5% 超限处 20m 范围立即停工，查明原因，加强通风监测 3 局部瓦斯积聚（体积大于 0.5m3） ，重点检查隧道顶部作业处，尤其是检测塌空区、拱顶、脚手架顶、台车顶等易于形成瓦斯积聚且风流不易达到的地方 2.0% 超限处附近 20m 范围停工，断电，撤人，进行处理，加强
13、通风 4 开挖工作面风流中 1.0% 停止钻孔作业 1.5% 超限处停工，撤人，切断电源，查明原因，加强通风等 5 回风巷或工作面回风流中 1.0% 停工，撤人，处理 6 放炮地点附近 20m 风流中 1.0% 严禁装药、放炮 7 放炮后工作面风流中 1.0% 继续通风，不得进入 8 局扇及电气开关 10m 范围 0.5% 停机，通风，处理 9 电动机及开关附近 20m 范围 1.5% 停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理 10 竣工后洞内任何处 0.5% 查明渗漏点，进行整治 5、 瓦斯隧道通风 高瓦斯区段和瓦斯突出区段，施工通风方式宜采用巷道式。高瓦斯公路隧道一般为双线洞，在两洞间车行横
14、通道未贯通之前，一般采用压入式通风，贯通后，调整为巷道式通风。当高瓦斯隧道为单线隧道时，采取在主洞旁施工一条辅洞，作为主洞巷道式通风的进风巷道。 图 5 巷道式通风平面布置图 隧道通风注意事项： 各开挖工作面必须采用独立通风，严禁任何两个之间申联通风。 瓦斯隧道施工中，对瓦斯易于积聚的空间和衬砌模板台车附近区域，采用空气引射器、气动风机等设备，实施局部通风方法，消除瓦斯积聚。 采用平行导坑作回风道时，除用作回风的横通道外，其他不用应及时封闭。留作运输的横通道应设两道风门，防止风流短路。 瓦斯区段，必须有一套同等性能的备用通风机，并保持良好的使用状态。 瓦斯突出隧道掘进工作面附近的局部通风机，均实行专用变压器、专用开关、专用线路供电、风电闭锁、瓦斯电闭锁装置。 瓦斯隧道应采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖工作面的距离应小于 5m，风管百米漏风率不应大于 2%。 供风风管必须采用阻燃、抗静电软风管。风机必须采用防爆型风机。 6、小结 瓦斯是近几年来铁路和公路隧道频繁出现的一种危害较大的地质灾害，本文通过超前预报探测、瓦斯区段防突、瓦斯监测及隧道通风等手段，密切监视瓦斯浓度，保障了施工安全，希望能对相关工作有一定的参考和借鉴作用。
