浅谈隧道瓦斯段揭煤防突施工技术

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　　摘要：瓦斯隧道施工作为隧道建设中的难点工程，其设备配置和施工作业程序，都紧紧围绕揭煤防突来实施，施工中采取必要的防患技术措施可以大大减少甚至杜绝重大事故的发生。

　　关键词：隧道,瓦斯,揭煤防突,施工

　　引言：隧道施工作为道路建设中不可或缺的一部分，本身就技术难度大，安全风险高，而瓦斯隧道的施工尤为突出，稍有不慎，瓦斯突出，甚至引起爆炸，造成不可挽回的经济损失和人员伤亡，其对施工企业和在建工程造成的负面影响将是不可以估量的。所以，瓦斯隧道的施工除采取常规隧道施工的技术、安全措施外，还得有一套专门的揭煤防突施工技术，以保证过瓦斯段时安全，快速的施工。本文就自己在施工中曾采用过的技术方法作一总结。

　　一、总体施工要求

　　瓦斯隧道施工中应开展以物探、钻探、地质法等手段的综合超前地质预报工作，以准确掌握煤层位置、产状(走向、倾向、倾角)、煤层厚度，以防止误穿煤层，同时对是否存在采空区及采空区规模、性质等进行预报;加强瓦斯监测与通风，以防止瓦斯超限;对各煤层揭煤前进行煤与瓦斯突出危险性预测，当有突出危险时，必须采取防治突出措施、防治突出措施的效果检验、安全防护措施等综合防治突出措施;当无突出危险时，采取安全防护措施后施工。

　　二、防治煤层突出措施

　　防突措施包括：突出危险性预测预报、防治突出措施、防治突出措施效果检验和安全防护措施四个部份。突出危险性预测预报措施，采用综合指标法进行预测，防治突出措施，钻孔抽放瓦斯和远距离放炮揭开各煤层，防治突出措施效果检验，采用钻屑指标法，防护措施，远距离放炮、压风自救系统。隧道瓦斯防突措施以排放瓦斯为主，方法如下：当工作面距煤层最小垂距小于3.0m时，进行排放瓦斯钻孔。施钻排放瓦斯范围，拱部为两侧开挖轮廓线向外5.0m，拱顶向上7.0m;下部为两侧向外5.0m，隧底向下为3.0m。瓦斯排放孔孔径为φ108，钻透煤层并进入底板岩层不少于0.5m，各钻孔底间距不大于瓦斯排放半径R两倍。

　　煤层段采用中壁法施工，在上台阶设3个超前探钻孔以初期探明煤层的大致里程位置。在距初探煤层位置10m处设3个取芯探孔，以确切掌握煤层层位、倾角、厚度、顶(底)板岩柱、地质构造等煤层赋存情况。在距初探煤层位置5m处设3个超前探测孔，要求穿透煤层全厚，并收集全部煤屑，并测定瓦斯涌出初速度，根据收集的煤层钻屑、瓦斯涌出初速度及钻孔过程中是否出现顶钻、夹钻、喷孔等瓦斯动力现象分析预测煤层瓦斯含量，评估煤层瓦斯是否具有突出危险性。防突作业流程见图。

　　1、揭煤防突各工序要求

　　①.超前地质综合预报

　　煤系地层段开展以超前钻孔(开挖一段，均采用型钢支护一段，为了避免在打超前钻时发生突出造成人身事故，先将工作面钻孔部位用木板背严，然后再开钻)、地质素描法等手段的综合超前地质预报，以预测煤层位置、产状、煤层厚度等，

　　②.确定煤层层位(探测孔)

　　当超前地质综合预报前方有煤层时，正洞Ⅰ部掌子面在距推测10m垂距处，施作3个Ф89探测孔。探测孔必须穿透煤层全厚且进入顶(底)板煤层部不小于0.5m，详细记录岩芯资料，以掌控煤层位置，走向、倾向、倾角、煤层厚度、瓦斯储存情况等。

　　③.煤与瓦斯突出危险性预测(预测孔)

　　正洞掌子面距煤层5m垂距处，施作3孔Ф89穿透煤层全厚的预测孔，测定煤层瓦斯压力，煤的瓦斯放散初速度与坚固性系数，钻屑瓦斯解吸指标等，为准确测定煤层原始瓦斯参数。预测孔与超前钻孔，探测孔见煤点的距离不小于5m。

　　④.瓦斯排放(排放孔)

　　当预测煤与瓦斯有突出危险时，揭煤前应采取瓦斯排放或瓦斯抽放等措施。

　　排放孔施工前应加强排放工作面及已开挖段的支护，防止坍塌造成突出;排放孔施工过程中应注意观察各种异常情况及动力现象，当某孔施工中动力现象严重，可暂停该孔施工，待其他孔施工完后再补钻该孔;每钻完一个孔应检测该孔瓦斯浓度，以后每天进行两次，掌握排放效果和修正排放时间。钻孔过程中应加强工作面风流及回风道风流中瓦斯浓度检测，当排放工作面瓦斯浓度达到1.5%时，应立即撤出人员，切断电源，加强通风。

　　⑤.防突措施效果检验

　　瓦斯排放措施实施后，应进行瓦斯排放效果检验，以确认是否有效，当检验结果的各项指标都在该煤层突出危险临界值以下，则认为措施有效，否则，认为措施无效，应采取延长排放时间，增加排放孔数量。瓦斯抽放等补救措施。效果检验方法及要求同煤与瓦斯突出性预测。

　　防突效果检验指标的临界值应根据实测数据确定，当无实测数据，可参照上表所列指标。检验结果其中任何一项指标超标，或在打检验孔时发生喷孔、顶钻、夹钻等动力现象时，则认为防突措施无效，必须采取补充防突措施。

　　三、揭煤施工方法及要求

　　1、揭煤方法

　　过煤系地层段采用中壁法开挖，凿岩机钻孔(湿式钻孔)，楔形掏槽。分部开挖，煤层段时采用安全等级不低于3级的煤矿许用乳化炸药，采用煤矿许用毫秒延期电雷管起爆，不偶合系数为1.25～2.0。设计炮眼直径42mm。

　　揭煤前，先做好已开挖部位的系统锚杆、钢架、喷射砼等初期支护及超前支护等防护措施。进入煤系地层段后，必须采用湿式钻孔(在有煤层中钻孔时，采用煤电钻进行钻孔)，煤破作业采用煤矿许用炸药，并采用煤矿许用电雷管,防爆型起爆器起爆。其中，炸药安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。

　　隧道采用震动放炮一次揭煤，每次只能揭一层煤，不得同时多层揭煤。隧道内采用分部揭煤，各部逐一揭煤，当一层煤揭完后方可准备下一层煤揭煤工作。揭煤前，工作面与煤层之间要留足安全岩柱，石门工作面距煤层的垂距不得小于2m，若围岩松散破碎，还应适当增加。当石门揭穿后，在半岩半煤中掘进，各掘进工作面始终保持前方安全区不得小于5m。正洞各分部断面应尽量一次揭开煤层，不能一次揭开煤层全厚时，在施工剩余部分时，也必须采取防突措施。

　　石门开挖工作面距煤层的最小垂距是：急倾斜煤层2m，倾斜和缓倾斜煤层1.5m，如果岩层松软、破碎，再适当增加垂距。

　　不同倾角、厚度的煤层揭煤方法：

　　①.急倾斜和倾斜的薄煤层，一次揭穿煤层全厚。

　　②.急倾斜和倾斜的中厚、厚煤层，一次全断面揭入煤层深度1～1.3m。

　　③.缓倾斜煤层，一次揭开岩柱。当倾角小于12°，岩柱水平长度大时，刷斜面揭开煤层。每次石门开挖进尺为1～1.2m，开挖高度以顶板距煤层1.2～1.5m(垂距)厚度为准，直至开挖到工作面距煤层1.5～1.8m(水平距)时再揭开煤层。在每次开挖过程中加强顶板临时支护，确保1.2～1.5m厚度顶板不坍落。

　　2、石门震动放炮

　　石门均采用震动放炮一次揭煤，多钻眼，多装药，一次性揭开石门厚度。具体实施方法：震动放炮的炮眼数目按照每平方米石门断面4～5个确定，单位炸药消耗量按照正常掘进量的2～3倍确定，根据断面和岩性确定炮眼布置。起爆前撤出人员，用远距离电力起爆放炮，利用爆破时强大的震动力，猛然一次揭开具有突出危险性的瓦斯气层。

　　按《煤矿安全规程》规定，石门位置应尽量避开地质变化区，掘进到距煤层10m以外，就开始向煤层打超前钻，超前工作面5m，以了解煤层及瓦斯赋存条件。揭开煤层前掘进工作面到煤层之间必须留有一定厚度的岩墙,缓倾斜煤层2m, 急倾斜煤层1.5m,本工程根据设计岩墙长度选为5m。当煤层瓦斯压力小于1Mpa时，采用震动放炮。(如果大于1Mpa时应选降压)。

　　放炮前，将掘进面排放瓦斯的孔用炮泥堵塞，岩眼与煤眼交错相间排列，岩眼深度应使孔底距煤层10～20cm，不得透煤(若钻到煤层再回填10～20cm)。

　　3、煤巷掘进

　　当石门揭开后在半岩半煤中掘进时应在岩石炮眼中装药，其总药量为普通爆破药量的1/3或1/2，煤层中如煤质坚硬必须采用松动爆破。

　　在煤层中掘进时，采用电煤钻钻孔，爆破时，采用松动爆破。在软弱破碎岩层中或煤层中掘进时，采用超前支护或预注浆，防止坍塌，引起突出。爆破后立即喷锚支护，及时封闭瓦斯。临时仰拱紧跟工作面，并铺设瓦斯隔离板，保证拱、墙、仰拱衬砌形成闭合整体。煤系地层设防段的二次模筑衬砌应预留注浆孔，衬砌完成后及时压浆，充填空隙，封闭瓦斯。

　　四、煤层瓦斯地段施工安全管理措施

　　1.牢固树立以人为本,安全第一的思想，做到不安全不施工,所有参建施工人员必须进行岗前培训、方能上岗，并与矿山救护队建立联系，以防万一，专职瓦斯检测员要进行交接班制，严禁脱岗现象，经常检查，监测瓦斯。

　　2.建设和完善安全管理体系，落实各项安全管理措施和安全施工责任制，建立健全各项规章制度，加强洞内外联系，安装防爆电话。

　　3.严禁隧道内明火作业，严禁携带烟草及点火物品及严禁穿化纤衣服进入隧道，进入隧道实行挂牌制度，洞口20米范围内严禁有明火，配备相应的安全防护用具及应急救援物质。

　　4.隧道掌子面坚持先探后掘，掌握煤层及瓦斯赋存情况，进行突出危险性预测预报。

　　5.严格电器管理，隧道内所有电器设备、机械设备的选用必须是矿用防爆型(或改装防爆型)，且有安全标志。

　　6.严格放炮管理，必须采用电力起爆，电力起爆必须使用防爆型起爆器作为起爆电源，一个开挖工作面不得同时使用两台及以上起爆器起爆，并使用煤矿许用电雷管。严禁使用秒或半秒级电雷管。使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得大于130ms, 不论煤层预测突出与否，均采用震动放炮揭煤。

　　7.揭煤爆破30 min后，应由救护队员配戴防毒面具或自救器到开挖工作面对爆破效果、瓦斯浓度等进行检查，确认安全后通知送电、开动局部通风机。通风30min后，由瓦检人员检测开挖工作面、回风道瓦斯浓度，当开挖工作面瓦斯浓度小于1.0%，二氧化碳浓度小于1.5%时，方可通知工地负责人允许施工人员进洞。

　　8.加强通风、瓦斯监测管理，保证满足稀释瓦斯的风量、风速，配备足够的瓦斯检测仪器，满足检测需要符合安全规程要求。

　　9.煤层地段掘进工作面，应设置风机喷雾装置，除加强通风外，放炮前后在开挖工作面附近20m内必须喷雾洒水并及时运出洞外，防止煤尘爆炸。

　　10.揭煤以及在煤层掘进时，放炮点应设在洞外，放炮时，隧道必须停电，全部人员撤至洞外，人员及机电设备，不要正对洞门，洞门附近灭绝火源。

　　11.各分部断面应尽量一次揭开煤层，不能一次揭开煤层全厚时，在施工剩余部分时，也必须采取防突措施，进入有突出危险掘进工作面的人员，应佩戴隔离式自救器，救护队员及设备在洞口待命，一旦发生险情立即抢救。

　　12.揭煤时，设压风自救系统，第一组压风自救器距工作面的距离一般为30-50m，以后每隔50m一组，每组压风自救器的数目应根据工作面最多施工人数确定，每人供风量不小于10m3/min且主风机正常运转，备用主风机及二路电源应保持待启动状态。

　　13.在揭煤施工时不应进行电焊、气焊、喷灯焊接、切割等工作。当情况特殊不可避免时，在焊接、切割等工作地点前后各20m范围内，风流中瓦斯浓度不得大于0.5%,并不得有可燃物，两端应各设一个供水阀门和灭火器，并在作业完成前由专人检查，确认无残火后方可结束作业。

　　14.隧道内出现瓦斯超限或停风时，必须立即停止作业，切断电源，撤出施工和管理人员，并设置栅栏和警示牌。恢复通风30min后，由瓦检人员检测开挖工作面、回风道瓦斯浓度，当开挖工作面瓦斯浓度小于1.0%，二氧化碳浓度小于1.5%时，方可通知工地负责人允许施工人员进洞。

　　15.在瓦斯隧道顶部进行作业时，应随时检测作业范围的瓦斯浓度，尤其应注意检测塌空区、拱顶、脚手架顶、台车顶等易于形成瓦斯积聚且风流不易到达的地方，当瓦斯积聚体积大于0.5m3，浓度大于2%时，附近20 m范围内必须立即停止作业，撤出人员，切断电源，进行处理。

　　五：结束语

　　瓦斯隧道施工尽管难度很大，很危险，但只要采取合理的方法，成熟的工艺，严格按照既定方案施工，将危险系数降到最低，对于我们道路建设者来说，也还是能够克服的。

　　参考文献：

　　[1]中铁五局，《铁路瓦斯隧道技术规范》 TB10120-2002;高等教育出版社