導語：煤層瓦斯隧洞施工技術分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］隨著水利工程建設的快速發(fā)展，隧洞群成為了水利工程的重要組成部分，由于地區(qū)不同，地質條件差異較大，煤層瓦斯隧洞頻繁地出現(xiàn)在水利工程中。瓦斯危害性大，達到一定濃度后遇火會燃燒和發(fā)生爆炸，給瓦斯隧洞施工帶來極大的安全隱患。夾巖水利樞紐及供水工程隧洞繁多，水打橋隧洞瓦斯含量大，給施工帶來了極大地安全隱患，工程參建各方認真研究分析，在隧洞通風、供電、設備改造、安全監(jiān)測等方面采取合理、科學的控制措施和施工方法，最終安全地完成了瓦斯洞段施工，保證合同工程工期。

［關鍵詞］煤層瓦斯；隧洞；技術措施；作業(yè)環(huán)境；安全產(chǎn)生

1工程概況

夾巖水利樞紐及供水工程，是一座以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主、兼顧發(fā)電、扶貧開發(fā)、改善生態(tài)環(huán)境的“國家重點水利工程”，供水區(qū)域涉范圍7個縣市區(qū)，渠道總長829000m。其中水打橋輸水隧洞總長20360m，埋深50～435m，隧洞進口位于鼎新煤礦附近，標段地質情況復雜、溝谷眾多、巖溶發(fā)育，隧洞穿越地層主要為二疊系至三疊系地層，洞線與巖層走向大角度斜交，地質報告中有煤層瓦斯出現(xiàn)，甚至會出現(xiàn)高瓦斯。

2水打橋隧洞瓦斯活動情況

根據(jù)設計地質預報，隧道進口里程0-25m～0+961m段洞身通過二疊系P3L中厚及薄層細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖夾粉質泥巖、泥巖等，含煤層，瓦斯絕對涌出量為1.86m3/min，屬于施工的高危區(qū)域,存在煤與瓦斯突出的安全風險。水大橋隧洞隧洞于2015年12月正式進行隧洞開挖，隧洞洞口覆蓋層只有3m厚度，經(jīng)過采用大管棚的施工方法順利通過，當進入隧洞內(nèi)就出現(xiàn)了不同程度的煤層瓦斯，開始瓦斯含量較低，濃度只有0.5%左右，當開挖達到200m以后瓦斯含量增高、濃度達到3%，監(jiān)理部及時組織召開專題討論會，會議相關方提出了治理方案措施，施工單位隨即開展了瓦斯專項技術治理工作。

3瓦斯隧洞施工技術措施

3.1加強隧洞通風，及時排出瓦斯。根據(jù)設計提供的地質預報并結合現(xiàn)場的實際情況，在水打橋隧洞進口距離洞口30m處安裝SDF（B）-4-No13型軸流式風機2臺，通風機采用風筒壓入式向隧道內(nèi)通風，風筒直徑1.8m，高效風量2691m3/min，既能滿足隧道施工風量要求亦能滿足在揭煤時最大斷面風速不小于0.3m/s；全壓930～5920Pa，通風機功率110kW。在隧洞的避車洞里安裝了通風局扇吹入，這樣能夠及時將一些通風死角部位進行通風回流，在隧洞開挖到300m以后，為保證長隧洞通風的流速和效果在隧洞中部每間隔200m安裝1臺射流風機，以確?？焖倥懦鏊淼劳咚?。3.2隧洞施工設備技術改造。根據(jù)《瓦斯隧道技術規(guī)范》規(guī)定，結合現(xiàn)場實際情況對電氣設備與作業(yè)機械使用防爆型，隧道開挖進入煤層瓦斯段，對所使用的機械設備進行防爆改裝，主要包括：挖掘機、裝載機、自卸汽車等，機械設備改裝選擇了有資質的專業(yè)公司對機械進行防爆改裝。針對瓦斯隧洞內(nèi)燃施工機械設備，選配了一套適合于車載的瓦斯自動監(jiān)測報警閉鎖系統(tǒng)，見表1。該系統(tǒng)安裝于內(nèi)燃施工機械設備上，實時監(jiān)測其周圍環(huán)境空氣中的瓦斯?jié)舛?，當環(huán)境瓦斯?jié)舛瘸^報警限值，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警；當濃度繼續(xù)上升時，超過斷電上限后，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出車輛自動斷油斷電信號，控制車輛的相關電子裝置實現(xiàn)自動斷電熄火功能。當環(huán)境瓦斯?jié)舛冉档桨踩拗狄韵聢缶獬?，該?nèi)燃施工機械設備方可再次進行啟動。3.3施工供電線路的鋪設。按照煤層瓦斯施工作業(yè)供電要求配置兩路電源，隧洞內(nèi)電源與隧洞外電源分別設置電源線，隧洞供電方案為各自獨立系統(tǒng)，洞內(nèi)電器全部采用防爆型。隧洞內(nèi)設兩回路電源線路，主要供隧洞內(nèi)射流風機、照明及局扇使用，當一回路運行時，另一回路備用，以保證供電的連續(xù)性。洞內(nèi)的高壓電纜均使用有屏蔽的監(jiān)視型橡套電纜，低壓電纜使用為不延燃橡套電纜，各種電纜的分支連接，均使用了與電纜配套的防爆連接器、接線盒。為保證隧洞的正常通風及照明，備用1臺630kW發(fā)電機，在停電15min內(nèi)，啟動發(fā)電機供隧道內(nèi)通風、監(jiān)測及照明。對進入隧道的供電線路，在隧道洞口處裝設避雷裝置。洞內(nèi)照明系統(tǒng)采用了洞內(nèi)防爆變壓器輸出經(jīng)礦用防爆主電纜在各相應地段設置照明及信號專用ZXB4型綜合保護裝置，將380V三相中性點不接地電源降為127V，用分支電纜、防爆接線合接入防爆燈具，以滿足道路和施工的需要。隧洞內(nèi)照明燈具在開挖工作面附近固定照明燈具采用EXdⅠ型礦用防爆照明燈，移動照明全部采用礦燈。3.4瓦電聯(lián)鎖系統(tǒng)應用。為保證施工安全，在施工現(xiàn)場安裝了煤礦瓦斯監(jiān)測設備，考慮到監(jiān)測系統(tǒng)在內(nèi)燃施工機械設備上應用與礦井的條件差別，選用重慶煤科院研制的KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器,見圖1。該系統(tǒng)具有體積小巧、安裝方便、運行穩(wěn)定的特點。圖1傳感器系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理：主要采集施工機械工作區(qū)域的環(huán)境瓦斯氣體濃度參數(shù)，控制分站根據(jù)采集的濃度值和控制邏輯進行分析處理。當環(huán)境瓦斯?jié)舛戎饾u上升，達到比較危險的濃度時（如按規(guī)定設定為0.3%），分站向報警器發(fā)出報警信號，報警器發(fā)出聲光報警，操作人員聽到或看到報警信號后立即停止作業(yè)，在查明原因并解除危險后再行作業(yè)，可以實現(xiàn)危險提前處理的作用。如果瓦斯?jié)舛壬仙^快或者是施工機械現(xiàn)場無人值守時，環(huán)境瓦斯?jié)舛冗_到較高危險限值時（如按規(guī)定設定為0.5%），此時控制分站向機械的斷油熄火控制器和電源控制器發(fā)出控制信號，使機械自動停止工作并關閉總電源，實現(xiàn)閉鎖，控制機械重新啟動產(chǎn)生火花造成爆炸事故。3.5超前鉆孔探測煤層瓦斯含量。采用超前水平鉆探法對開挖面前方50m范圍內(nèi)的煤層瓦斯含量進行探測，鉆孔采用MDL-200多功能全液壓履帶鉆機，鉆孔直徑ϕ108mm，每斷面布設3個超前水平探測孔，見圖2。其中一孔取巖芯，對掌子面前方圍巖和煤層結構進行取芯分析，探孔45m一環(huán)，單孔長為50m，相鄰探測孔之間的搭接長度為5m，對有異常現(xiàn)象出現(xiàn)的工作面增加探測孔并結合其他手段進行綜合性分析。實施過程中對每一個探測孔進行連續(xù)性瓦斯檢測，由專業(yè)瓦斯檢測員每鉆孔5m深度量測一次，對于瓦斯?jié)舛群康停卓跈z測小于2%）時，按照常規(guī)的通風方法進行稀釋排出洞外，對于瓦斯?jié)舛群扛撸卓跈z測大于2%）時，采用加強通風方式進行稀釋排放，并根據(jù)現(xiàn)場的實際情況延長通風時間，直至瓦斯?jié)舛确弦髸r才進行工作面開挖作業(yè)施工。3.6煤層瓦斯隧洞開挖施工技術。3.6.1鉆孔與爆破。在確定開挖工作面具備爆破作業(yè)時，使用鉆孔爆破方法進行隧洞開挖，由于斷面小采用全斷面開挖方式，使用YT28型氣腿式鑿巖機鉆孔，孔徑ϕ48mm，炸藥采用煤礦許用安全炸藥，起爆方式采用電力起爆，并使用煤礦許用電雷管，最后一段的雷管延期時間在130ms以內(nèi)。炮孔堵塞采用黏土炮泥封堵；爆破網(wǎng)路采用并聯(lián)方式和爆破連線采用串聯(lián)連接方式，連接接頭相互扭緊，明線部分包裹絕緣層并懸空固定，母線與電纜、電線、信號線分別掛在隧洞兩側。施工中對周邊孔鉆孔間距、鉆孔深度、裝藥量等有嚴格的要求，采用不耦合系數(shù)裝藥結構，合理的不耦合裝藥系數(shù)減小爆破壓力對孔壁的破壞性，在裝藥時不耦合系數(shù)采用2.1。周邊孔鉆孔及裝藥參數(shù)，見表2。3.6.2瓦斯隧洞出渣作業(yè)。為保證工作面安全施工，爆破后由專業(yè)瓦斯檢測員對瓦斯?jié)舛冗M行檢測，如果瓦斯?jié)舛瘸^0.5%時，采取加強通風措施直到瓦斯?jié)舛冉档桨踩岛蟛拍艹鲈?，出渣采用裝載機裝渣，使用15t自卸車出渣，由于出渣過程中機械設備產(chǎn)生尾氣排放可能會導致瓦斯?jié)舛仍俅紊撸斏咭欢舛龋?.5%）時，施工設備的防爆裝置就會報警并發(fā)揮作用，自動切斷機械設備的油路和電路。通過采取措施當工作面恢復低濃度時再繼續(xù)出渣作業(yè)。3.6.3瓦斯隧洞支護作業(yè)由于受地質情況復雜、巖石破碎、煤系地層軟弱帶影響，對開挖部位的巖面及時進行了錨噴支護工作，支護采用錨桿、鋼支撐、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土等聯(lián)合支護形式。1）錨桿使用ϕ25mm的螺紋鋼筋，錨固長度3m，使用氣腿式手風鉆鉆孔，采用先注漿后插桿施工工藝。2）鋼支撐采用22工字鋼，經(jīng)過加工后在工作面分段組裝，每段之間使用螺栓連接，嚴禁使用電弧焊接，鋼支撐安裝后用砂漿錨桿進行固定。3）鋼筋網(wǎng)采用ϕ8mm鋼筋編制而成，使用綁線固定在錨桿上。4）噴混凝土是一道關鍵性工藝，它既能夠對圍巖進行加固，又能夠對瓦斯氣體起到封閉作用，因此對噴混凝土的厚度和強度要求高，施工過程中做到了及時噴錨施工。

4瓦斯隧洞安全監(jiān)控

為保證施工安全，施工現(xiàn)場加強對瓦斯的檢測監(jiān)控管理，安排專業(yè)瓦斯檢測人員主要對瓦斯的監(jiān)測工作進行監(jiān)督、檢查，定期對各工作面進行瓦斯檢測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)整理匯總后上報監(jiān)測中心。隧道瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)由自動監(jiān)測系統(tǒng)和人工監(jiān)測相結合的原則進行設置，實現(xiàn)以自動監(jiān)測為主，人工監(jiān)測為輔的監(jiān)測管理體。自動監(jiān)測按要求確定監(jiān)測點進行設置，采集數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心進行分級控制和響應。人工監(jiān)控管理由瓦斯監(jiān)測人員24h輪班進行無縫監(jiān)測，共配置專職瓦檢人員4名。1）瓦斯檢測的部位及重點：人工監(jiān)測每人配置高、低濃度便攜式瓦斯?jié)舛葯z測儀各一臺，對瓦斯容易聚集的掌子面，拱頂、超挖處、避車避人洞等部位保證1次/h的監(jiān)測頻率。2）瓦斯監(jiān)測方法及監(jiān)測記錄：掌子面爆破后，在距離掌子面20cm處進行現(xiàn)場測量瓦斯?jié)舛龋瑴y量位置為掌子面開挖輪廓內(nèi)20cm處以及靠近通風機通風口的100cm處，現(xiàn)場讀數(shù)，檢測儀設定的報警值為瓦斯?jié)舛冗_到0.5%，為施工人員安全提供應急保證。

5結語

瓦斯隧洞施工技術實施效果。水打橋隧洞0-25～0+961m段為煤層瓦斯洞段，在施工過程中從瓦斯控制的源頭開始，實施了相應的通風設計、安全供電措施、機械設備防爆改造、系統(tǒng)檢測監(jiān)控等，開挖過程中嚴格施工程序，沒有發(fā)生安全生產(chǎn)事故，保證了施工人員和機械設備安全，為水打橋隧洞合同工期按期完成奠定了基礎。

［參考文獻］

［1］于博.水工隧洞塌方應急搶險關鍵技術探析［J］.水利規(guī)劃與設計，2016（08）：91-93.

［2］荊海豐.小浪底引黃工程干線1號隧洞涌水量預測［J］.水利規(guī)劃與設計，2017（06）：27-30.

［3］王曉仁.江西省某水工隧洞滲水原因分析及整改措施［J］.水利規(guī)劃與設計，2018（01）：145-148.

作者:孫金龍 江光華 單位:廣州新珠工程監(jiān)理有限公司