瓦斯隧道施工技术及控制分析

GXF360 2017-11-18

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隧道工程

瓦斯隧道施工技术及控制分析

刘光龙

(遵义交通建设投资(集团)有限公司，贵州遵义 563000)

摘要：在煤矿、地铁等地下工程的建设施工中，往往需要通过山体，因此必须建设隧道，而此类隧道的施工中，如果遭遇需要穿越煤层的工程情况，则往往会在施工中造成煤层大量瓦斯的溢出，从而给隧道后续的施工造成安全隐患。为提高瓦斯隧道施工安全性，必须严格相关施工技术，避免瓦斯危害，针对该问题提出建议，以供参考。

关键词：瓦斯；隧道施工；控制

1 瓦斯隧道施工实例及其关键技术分析

1.1 工程概要

某隧道出口与邻近乡道，交通运输相对较便利。该隧道为分离式特长隧道，左幅隧道起讫桩号为Z1K2+105～Z1K5+677，全长3 572 m，最大埋深约278.51 m。右幅隧道起讫桩号为K2+104～K5+673，全长3 569 m，最大埋深约281.41 m。左隧道平面线形进口段位于R=2 500 m的圆曲线上，中间段及出口位于直线上；右隧道平面线形进口段位于R=2 500 m的圆曲线上，中间段及出口位于直线上；左右幅隧道均为下坡，左幅进口段及洞身段纵坡坡度为-2%，出口段纵坡坡比为-2.651%；右幅进口段及洞身段纵坡坡度为-2%，出口段纵坡坡度为-2.389%。设计文件载明，该隧道穿越煤系地层且煤层富含瓦斯。

1.2 隧道施工关键技术

(1)正确运用防爆电器

依据相关规定，瓦斯隧道的施工中，所使用的电器设备、作业器械等，都应当属于防爆类型。其主要原因在于，瓦斯隧道中使用机械进行施工时，往往会出现构件摩擦等问题，容易产生火星，从而引发瓦斯燃烧甚至爆炸，造成严重的后果。因此，如果需要在一些低瓦斯施工区域，或者瓦斯含量较低的状况，建议采用非防爆电器和工作器械。

(2)安全施工等级管理

按照相关规范规定如下：①判断低瓦斯工区、高瓦斯工区的绝对瓦斯涌出量，若在0.5 m3/min以下，则属于低瓦斯工区；若超过或等于0.5 m3/min，则属于高瓦斯工区；②瓦斯隧道的施工需要注意连续通风，如果出现停风问题，就需要及时撤出人员，并进行瓦斯浓度的检查。若停风区中，瓦斯浓度低于1%，且在压入式局部通风机、开关地点附近约10 m的范围内，空气中的瓦斯浓度应当处于0.5%以下，才可以人工开动局部通风机。若停风区的瓦斯浓度超出1%，则需要制定排除瓦斯计划。

(3)地质预报

该工程所处地区，根据相关地质资料及野外地质调查，隧址区出露地层复杂，主要有第四系全新统崩坡积(Q4c+d1)、第四系全新统坡洪积(Q4d1+p1)及三叠系飞仙关组、永宁镇组，二叠下统龙潭组地层。该隧道穿越含煤地层，煤矿矿井瓦斯等级为突出矿井，瓦斯涌出量CH4为8.98(m3/min),CO2为1.45(m3/min)。隧道穿越含煤地层同属一个地层和区域块段，可类比，隧道开挖存瓦斯突出危险。因此，施工时应按突出或高瓦斯工区设防。

(4)瓦斯隧道钻爆与开挖

如果隧道建设需经过可能逸出瓦斯的地方，则必须严密注意开挖深度的控制，一般不宜过长，而每次的开挖面积也不宜过大，从而在隧道施工中降低瓦斯的涌出量，同时快速封闭掌子面，以保证整个施工作业环境的安全性。钻孔施工则建议采用湿式钻孔，爆破作业则建议采用煤矿许用炸药。瓦斯隧道爆破炸药选择如表1所示。

表1 瓦斯隧道爆破炸药选择

瓦斯等级炸药型号低瓦斯岩石爆破煤层爆破≥1级的煤矿许用炸药≥2级的煤矿许用炸药高瓦斯≥3级的煤矿许用炸药瓦斯突出≥3级的煤矿许用含水炸药

使用毫秒级的电雷管，在1～20段以十几毫秒～数百毫秒的时间间隔进行布置。瓦斯隧道采用该雷管，就需要在前段爆炸瓦斯浓度达到较高状态时，才会引发下段爆炸；另外，若雷管中的延期药依然在燃烧，则雷管的排气孔会喷出火焰、高温气体，引发爆炸。为避免这些问题，建议使用煤矿许用的瞬发电雷管，然后配合以防爆型的发爆器。

1.3 瓦斯隧道施工安全防治措施

(1)做好隧道瓦斯超前预报工作

为保证瓦斯隧道的作业安全，需要依据当地的地质特点明确瓦斯逸出情况，从而进行超前预报。为确保地质预报精度，还需要重视隧道掌子面前方围岩的构造问题，以探明其瓦斯富集，采用多种超前探测法以相互验证，最终依据地质预报，制定相应的治理方案。

(2)加强瓦斯的检测工作

瓦斯隧道发生爆炸等恶性事故，其原因主要是隧道施工之前，针对瓦斯富存状况的勘察工作成果与信息，没有得到及时的回馈与处理，甚至出现漏检、漏报等状况，导致施工中无法全面掌握瓦斯层所处的方位、面积，导致瓦斯层的不合理破坏。因此，除了需要重视事前的瓦斯监测，还需要加强瓦斯信息的保护与落实，掌控瓦斯浓度与风机实际的运行状况，从而确保施工安全。

(3)确保可靠的通风系统

瓦斯隧道施工中，所产生的有害气体主要是CH4，该气体非常容易造成火灾和爆炸事故，进而造成隧道施工安全隐患。加强对于通风问题的管理，确保瓦斯隧道在施工作业期间不会间断通风。另外，通风应当严格按照设计与相关规范要求来执行，配置必备的备用风机与电源。本工程采用管道压入式通风，通风系统由专人负责管理。负责对风机的维护保养和风筒的接长和维护，防止工作面出现无风或微风现象，加强瓦斯检查防止出现局部瓦斯超限。使洞内保持2 200 m3/min以上的风量和0.4 m/s以上的风速，并保持通风的连续性。

1.4 施工设备防爆改型

为取得良好的瓦斯隧道火灾、爆炸等灾害预防效果，对于高瓦斯施工区、瓦斯突出施工区的都应当使用防爆型的电气设备和作业机械。瓦斯隧道的施工中，必须注意对作业机械采取防爆措施。要求进入速调内的电气设备，均采用煤矿许用防爆设备，因此，在实际施工前需要将通用型机电设备进行防爆改造。

1.5 建立完善的管理制度

健全的安全管理制度是基本保障，因此制定安全管理制度至关重要，其主要内容应当包括电焊、隧道通风、瓦斯检查以及隧洞登记检查等。具体来说，就是要求作业人员进洞前要接受检查，严禁携带烟草、点火物品，不能穿戴化纤服饰。而洞内则应当禁止白炽灯、电炉等设施的使用，还需要给出渣车安装尾气排放净化器等，以防止尾气排放造成的危险源。