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隧道施工中煤與瓦斯突出的防治措施

文檔作者：文宇高敏文檔來源：貴州煤礦設(shè)計(jì)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月27日
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2014年第1期煤礦機(jī)電·9l·
隧道施工中煤與瓦斯突出的防治措施
文宇，高敏
(貴州煤礦設(shè)計(jì)院，貴州貴陽550025)
摘要： 介紹了貴州省銅仁至威寧高速公路水塘隧道施工中，針對防治煤與瓦斯突出方面，采取
的相應(yīng)措施及效果驗(yàn)證。分析了煤與瓦斯突出危險(xiǎn)源的形成要素。通過實(shí)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測、防
治突出措施、防治突出措施的效果檢驗(yàn)、安全防護(hù)措施的“四位一體”綜合防治措施，確保施工中煤
與瓦斯突出防治的安全。
關(guān)鍵詞： 煤與瓦斯突出；隧道施工；防突措施
中圖分類號：TD713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1001—0874(2014)01—0091—03
Prevention and Treatment of CoaI and GaS 0utburst
●o一■J^ -‘
In I UnneI U0nstrution
Wen Yu，Gao Min
(Guizhou Coal Mine Design and Research Institute，Guiyang 550025，China)
Abstract： On account of the measures that prevent coal and gas outburst，the relevant measures and effect
verification are adopted in the highway water tunnel project from Tongren to Weining in Guizhou province．Analyzes
the dangerous formation reasons of coal and gas outburst．According to the‘Four in One’comprehensive
prevention measures such as outburst dangerous prediction，outburst prevention measures，effect testing of prevent
outburst measures and safe prevention measures．All these measures ensure the safety protection of coal and gas
outburst during construction．
Keywords： coal and gas outburst；tunnel construction；outburst prevention measures
1工程概述2工程施工區(qū)段劃分
水塘隧道場區(qū)附近海拔+1 888 m～+2 305 m，
相對最大高差約417 m，采取雙向掘進(jìn)施工方式。
從防治煤與瓦斯突出角度考慮，隧道貫通地點(diǎn)應(yīng)避
開巖石破碎帶或斷層影響。設(shè)計(jì)水塘隧道右幅貫通
位置在里程樁號YKl08+150，左幅貫通位置在里程
YKl08+160。以左右幅貫通位置作為分界，將整個
工程劃分為四段，分別為：左幅人口到貫通位置段、
左幅出口到貫通位置段、右幅人口到貫通位置段及
右幅出口到貫通位置段，四段工程具有各自不同的
煤與瓦斯防治設(shè)計(jì)。下文介紹左幅人口到貫通位置
段的煤與瓦斯突出防治措施。
左幅隧道施工瓦斯治理工作分為三個區(qū)段：
第一段為ZKl07+100～ZKl07+350，該段預(yù)
計(jì)將在里程樁號ZKl07+193、ZKl07+205、ZKl07
+225、ZKl07+240分別揭1、2、3、4煤層，其中4煤
層厚度1．5 m左右，其它煤層厚度0．3—0．4 m。由
于1、2、3、4煤層間距較小，在瓦斯治理時綜合考慮。
第二段為ZKl07+350～ZKl07+620，該段預(yù)
計(jì)將在里程樁號ZKl07+407、ZKl07+483分別揭
5、6煤層，其中6煤層厚度1．5 m左右，4煤層厚度
0．3～0．4 m。由于5、6煤層間距較小，瓦斯治理時
綜合考慮。
第三段為ZKl07+620～ZKl08+160。該段預(yù)
萬方數(shù)據(jù)
·92· 煤礦機(jī)電2014年第1期
計(jì)將在里程樁號ZKl07+847、ZKl07+888、ZKl07
+967、ZKl08+995分別揭7、8、9、10煤層，其中7
煤層厚度3．2 m，8煤層厚度0．5 m，9煤層厚度1．0
m，10煤層厚度1。l m，在瓦斯治理時綜合考慮。
3煤與瓦斯突出防治方案
3．1煤層的超前探測
隧道掘進(jìn)接近煤層前，必須對煤層位置進(jìn)行超
前鉆探，以便準(zhǔn)確掌握煤層位置、瓦斯賦存情況。隧
道施工過程中超前鉆孑L的布置分兩個步驟進(jìn)行。
首先在距所揭煤層最小垂距20 m處的開挖工
作面布置兩處超前鉆孔來初探煤層位置(兩個鉆孔
均朝隧道掘進(jìn)方向施工，一個平打，另一個朝上
打)，表1為此工程段兩個超前鉆孑L布置參數(shù)表。
表1 隧道超前鉆孔布置參數(shù)表
其次在在距所揭煤層最小垂距10 m處的開挖
工作面上鉆5個超前鉆孑L，分別探測開挖工作面前
方、上部及左右部位煤層位置，采取煤樣和氣樣進(jìn)行
物理、化學(xué)分析和煤層瓦斯參數(shù)測定，在現(xiàn)場進(jìn)行瓦
斯含量、涌出量、壓力等測試工作。由于隧道開挖斷
面較大，為保證探測的準(zhǔn)確可靠，有效控制危險(xiǎn)區(qū)
域，在隧道開挖斷面上布置三排鉆孑L，每循環(huán)鉆孔深
度為50 m，鉆孑L直徑+75 mm，鉆孔終孔點(diǎn)控制隧道
開挖線外5 m。
根據(jù)水塘隧道實(shí)際情況，瓦斯壓力測試采用主
動式快速測壓方法，補(bǔ)償氣體采用高壓氮?dú)饣蚱渌?
惰性氣體，補(bǔ)償氣體的充氣壓力略高于預(yù)計(jì)煤層瓦
斯壓力，其測壓時間相較傳統(tǒng)測壓方法大幅降低，且
測亞準(zhǔn)確率和成功率都明顯提高。瓦斯涌出量及瓦
斯衰減系數(shù)采用容積式流量計(jì)進(jìn)行測定計(jì)算。為減
少探測時間和保證測試的準(zhǔn)確性，采用快干膨脹水
泥注漿封孔工藝，525硅酸鹽水泥與高鋁水泥配比
為3：1。
在采取超前鉆孔探測的同時，隧道施工還輔以
采取常規(guī)地質(zhì)素描、地質(zhì)雷達(dá)檢測等方法進(jìn)行地質(zhì)
超前預(yù)報(bào)，配備KDL型防暴地質(zhì)雷達(dá)檢測儀2臺，
從而準(zhǔn)確地預(yù)測隧道前方地質(zhì)圍巖、煤層賦存、瓦
斯、采空區(qū)、水系、斷層等。
3．2局部綜合防突措施
3．2．1煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測
根據(jù)《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》及《防治煤與瓦
斯突出規(guī)定》提供的數(shù)據(jù)，按照表2中的臨界值預(yù)
測突出危險(xiǎn)性。
表2隧道揭煤工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測臨界指標(biāo)值
具體實(shí)施方案為：在隧道進(jìn)口端揭煤工作面上
臺階距1煤層的最小法向距離5 m以前施工4個穿
過煤層全厚的預(yù)測鉆孔，采集鉆孔煤樣，利用1～3
mm的篩子篩分鉆屑，用MD一2型鉆屑瓦斯解析儀、
WTC型鉆屑瓦斯突出參數(shù)儀分別測定其瓦斯解吸
指標(biāo)△^，和K．值。預(yù)測鉆孔在隧道中央、隧道上部
各布置1個孔，在隧道兩側(cè)應(yīng)布置2個孔，其他預(yù)測
孔應(yīng)盡量遠(yuǎn)離隧道內(nèi)布置的其他鉆孑L，預(yù)測鉆孔布
置參數(shù)見表3。
表3隧道進(jìn)口端揭1、2．3、4煤層預(yù)測鉆孔參數(shù)表
預(yù)測時，當(dāng)任一指標(biāo)超過臨界值時，該隧道掘進(jìn)
工作面就視為具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。當(dāng)預(yù)測為
無突出危險(xiǎn)時，采取遠(yuǎn)距離放炮等安全防護(hù)措施揭
開煤層；當(dāng)預(yù)測為有突出危險(xiǎn)時，則應(yīng)及時采取防突
措施。煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測需參考《防治煤與
瓦斯突出規(guī)定》中的表格作好記錄。另外，鉆孔施
工過程中出現(xiàn)頂鉆、夾鉆、噴孔等動力現(xiàn)象時，該掘
進(jìn)工作面視為有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。
3．2．2防治煤與瓦斯突出措施
防治煤與瓦斯突出措施包括抽放瓦斯、排放瓦
斯、加強(qiáng)支護(hù)或其它經(jīng)試驗(yàn)證明有效的措施。針對
水塘隧道具體情況，隧道揭煤工作面對于降低煤層
瓦斯含量和壓力的防突措施采用抽放瓦斯和鉆孑L排
放瓦斯措施。
萬方數(shù)據(jù)
2014年第1期煤礦機(jī)電·93·
當(dāng)測定的隧道揭煤工作面煤層瓦斯壓力大于
0．74 MPa或經(jīng)鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)預(yù)測有突出危險(xiǎn)
時，在隧道開挖工作面上臺階距煤層垂距≥5 m處
布置抽放鉆孔。瓦斯抽放鉆孑L要求如下：
1)鉆孔控制范圍。根據(jù)《煤礦瓦斯抽采基本指
標(biāo)》(AQl026--2006)，鉆孔控制范圍為隧道輪廓線
外8 m(下部5 m)。根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》
(TBl0120--2002、J160--2002)，鉆孑L控制范圍為隧
道輪廓線外上部5～7 m，左右5 m，下部3 m。由于
整個隧道廣泛分布于煤系地層中，為了隧道揭煤安
全起見，本設(shè)計(jì)抽放鉆孑L的控制范圍采用《煤礦瓦
斯抽采基本指標(biāo)》(AQl026--2006)的規(guī)定。
2)抽放鉆孔布置隧道施工工作面的上臺階，鉆
孔呈三花眼布置，鉆孑L直徑為675 mm，鉆孔終孔間
距為4 In。
3)鉆孔應(yīng)穿透煤層，進(jìn)入頂(底)板巖層不小
于0．5 m。
4)施工完一個抽放鉆孔，應(yīng)立刻接人抽放管。
施工過程中注意觀察瓦斯動力現(xiàn)象，當(dāng)某孔施工中
動力現(xiàn)象嚴(yán)重，可暫停該孑L施工，待其他孔施工完后
再牢h打該孑L。
在進(jìn)行瓦斯抽放后，經(jīng)效果檢驗(yàn)還有局部地段
沒有消突時，在預(yù)抽瓦斯的同時，向煤層打瓦斯排放
鉆孔進(jìn)行瓦斯排放。
水塘隧道在施工瓦斯排放鉆孑L時，需保證工作
面與煤層之間有一定的安全巖柱，巖柱過薄，容易誘
發(fā)意外突出危險(xiǎn)；巖柱過厚，則增加排放孔的長度以
及揭隧道的開挖工作量。根據(jù)鄰近礦井石門揭煤的
資料，最終巖柱厚度取3．5 nl。設(shè)計(jì)水塘隧道采用
上、下部分分開排放的方法：先排放上半部瓦斯，為
上臺階開挖創(chuàng)造條件；再在上臺階底板進(jìn)行下半部
瓦斯排放，消除下臺階施工時煤與瓦斯突出的可能，
這樣有利于上下臺階施工的時間差充分排放瓦斯。
3．2．3防突措施效果檢驗(yàn)
隧道揭煤和在煤層中掘進(jìn)采取預(yù)抽煤層瓦斯的
防治煤與瓦斯突出措施后，采用鉆屑指標(biāo)檢驗(yàn)抽放
效果，若效果檢驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)還未完全達(dá)到防治煤
與瓦斯突出要求時，必須進(jìn)一步抽放瓦斯，同時向煤
層打瓦斯排放鉆孔排放瓦斯，重新進(jìn)行效果檢驗(yàn)，直
至效果檢驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到防治煤與瓦斯突出
要求為止。若效果檢驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)在隧道揭煤工作
面突出危險(xiǎn)性臨界值以下，說明執(zhí)行抽放等防治煤
與瓦斯突出措施有效，可以采用遠(yuǎn)距離放炮等安全
防護(hù)措施揭開煤層。
3．2．4安全防護(hù)措施
隧道施工在采取區(qū)域防突措施和局部綜合防突
措施后，為了防止由于預(yù)測失誤或防突措施失效發(fā)
生煤與瓦斯突出事故造成人員傷害，在進(jìn)行掘進(jìn)施
工作業(yè)前，還必須采取安全防護(hù)措施。根據(jù)水塘隧
道的實(shí)際情況，隧道揭煤安全防護(hù)措施主要采取以
下措施：
1)遠(yuǎn)距離放炮。隧道揭穿突出煤層前，當(dāng)預(yù)測
為突出危險(xiǎn)工作面時，必須采取防治突出措施，經(jīng)效
果檢驗(yàn)有效后采用遠(yuǎn)距離放炮揭穿煤層。
2)設(shè)置避難所。隧道的避難所設(shè)置在左右幅
隧道的橫通道內(nèi)，隧道共設(shè)置4個橫道，距隧道出口
500 m設(shè)置1個橫道，再過300 1TI設(shè)置第2個橫道
橫；距隧道進(jìn)口500 m設(shè)置1個橫道，再過300 m設(shè)
置第1個橫道。因此，左右兩幅隧道共設(shè)置4個避
難所。
3)壓風(fēng)自救系統(tǒng)。壓風(fēng)自救系統(tǒng)的要求為：
(1)隧道內(nèi)壓風(fēng)自救系統(tǒng)的壓縮空氣來源于地
面壓風(fēng)機(jī)房。
(2)壓風(fēng)自救裝置安裝在隧道掘進(jìn)面內(nèi)的壓縮
空氣管道上。
(3)壓風(fēng)自救系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)每隔50 m，設(shè)置一組壓
風(fēng)自救系統(tǒng)。
(4)每組壓風(fēng)自救系統(tǒng)，可供5～8人使用，平
均每人的壓縮空氣供給量不得少于0．1 m3／rain。
4)監(jiān)測監(jiān)控。隧道在施工期間應(yīng)建立瓦斯監(jiān)
測監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、風(fēng)量、CO，、CO、壓
力、溫度等參數(shù)。隧道施工采取雙向掘進(jìn)施工方式，
在隧道進(jìn)、出口分別安裝1套獨(dú)立的KJ90NA型瓦
斯監(jiān)控系統(tǒng)，配置瓦斯傳感器、CO傳感器、溫度傳感
器、風(fēng)速傳感器和設(shè)備開停傳感器。
另外，加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)計(jì)以及電氣設(shè)備及作業(yè)機(jī)械
防護(hù)也是十分必要的。
4結(jié)語
分析了水塘隧道掘進(jìn)工程中煤與瓦斯突出情
況，需要進(jìn)行相應(yīng)的防治。通過工程中煤與瓦斯突
出防治方案的闡述，清晰地展現(xiàn)了公路隧道施工中
煤與瓦斯防治的基本脈絡(luò)，并且給出了具體設(shè)計(jì)方
案，對于類似工程項(xiàng)目具有一定的指導(dǎo)意義。
作者簡介：文宇(1981一)，男，工程師。2004年畢業(yè)于西安科技大
學(xué)安全工程專業(yè)，現(xiàn)在貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院主要從事煤礦設(shè)計(jì)及
安全評價工作。
(收穗日期：2013—07—08：責(zé)任編輯：邊永梅)

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