高瓦斯隧道揭煤施工技术研究.pdf

2 0 1 6 年第6期 中州煤炭 总第2 4 6 期 吉 ； I 同D L 斯 隧道揭煤施工技术研 究 申慧涛 中铁十二局集 团第二 工程有 限公 司， 山西 太原0 3 0 0 3 2 摘要 庙埂隧道为高瓦斯隧道， 其在煤系地层施工过程 中， 为探明煤层赋存参数及确保揭煤施工安全 ， 制订 了严格 的揭煤 工序及 施工超前探测钻 孔 、 预测钻孔 ， 准确掌握 了隧道 穿越煤 层 、 瓦斯 的赋 存情 况 ， 并在快速判识探明煤层的无突出危险性后 ， 采取相应安全 防护措施， 安全、 高效地揭穿煤层， 提高 了工 程进 度。 关键 词 高 瓦斯 隧道 ； 超前探 测 ； 揭煤 ； 安 全 防护 中图分类号 T D 7 1 3 ． 3 文献标 志码 A 文章编 号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 6 0 6 0 0 1 00 4 S t ud y o n c o ns t r uc t i o n t e c hn o l o g y o f c o a l un c o v e r i ng i n hi g h g a s s y t u nn e l S h e n Hu i t a o T h e 2 n d E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． of t h e 1 2 t h B u r e a u G r o u p o f C h i n a R a i l w a y ， T a i y u a n 0 3 0 0 3 2 ， C h i n a Abs t r ac t Mi a o g e ng Tu n ne l be l o n g s t o h i g h g a s s y t un n e l ， t o a s c e r t a i n t h e o c c u r r e n c e p a r a me t e r s o f c o a l s e a m a nd t o e n s u r e t h e s a f e t y o f u nc o v e r i n g c o a l s e a m ， s t r i c t u nc o ve r i n g c o a l wo r k i n g p r o c e d u r e wa s d e s i g ne d， a nd a d v a nc e d e x p l o r a t i o n dr i l l i n g a nd p r e di c t i o n we r e a l s o c o ns t r uc t e d， S O t he o c c u r r e n c e o f c o a l s e a m a n d g a s i n t he t u nn e l we r e a c c u r a t e l y o b t a i ne d．Onc e t he o u t bu r s t d a n g e r o f t he c o a l s e a m i s i d e n t i f i e d， r e l e v a n t s e c u r i t y mea s u r e s a r e c a r r i e d o u t q ui c k l y ． W i t h t h e a p pl i c a t i o n o f t he s e me t h o d， c o a l s e a m we r e e x p o s e d s a f e l y a n d h i g h e ffic i e n t l y， a n d t h e p r o g r e s s o f t h e p r o j e c t w e r e i mp r o v e d ． Ke y wo r ds h i g h g a s t u nn e l ； a d v a n c e d e t e c t i o n； u n c o v e r i ng c o a l s ea m ； s a f e t y pr o t e c t i o n O 引言 新建成贵铁路庙埂隧道位于云南省镇雄县以勒 镇 ， 隧道 进 口里 程 D 3 K 3 2 1 6 6 8 ， 出 口里 程 D 3 K 3 2 6 5 0 9 ， 全 长 4 8 4 1 m， 属 长 隧 道 。根 据 其 “ 地 质 说 明 ” ， 隧道 D 3 K 3 2 48 8 8～D 3 K 3 2 53 1 2段 洞 身 穿 越 二 叠 系 上 统 峨 眉 山 玄 武 岩 组 、 龙 潭 组 、 长 兴 组 P 2 B1 c ， 主要 岩性 为 砂岩 、 泥 岩 、 灰 质 页岩 、 铝 土岩 夹煤 层及 灰 岩 、 凝 灰 岩 、 火 山 碎 屑 岩等 ， 该地 层 煤层 层数 多 ， 有 7～1 0层 ， 厚 薄不 一 ， 施 工 按 照 高 瓦 斯 工 区进 行 管理 。 由于地勘 资料 缺少 煤层 具体 里程 及 瓦斯参 数等 详细资料 ， 且邻近矿井为高瓦斯矿井 ， 为了确保施工 安 全和 准确 掌握 隧 道 穿越 煤 层 及 瓦 斯 赋存 情 况 ， 施 工期间严格按 照 防治煤与瓦斯突出规定 等相关 标准及成贵公司对高瓦斯隧道揭煤管理制度等进行 探 煤及 预 测 工 作 。 ， 隧 道 过 煤 系地 层 期 问 围岩 破 碎 ， 采 用 三 台 阶法 开 挖 ， 台 阶间 距 5～1 0 m， 通 过 在 上 台 阶开挖 工作 面施 工超 前探孔 ， 探 明煤 层多 、 倾 角 及 厚度 大 、 层 间距 小 ， 且 瓦斯 涌 出量 大 ， 施 工 条 件 复 杂 ， 严重影响了施工安全 。为了有效 防治庙埂高瓦 斯 隧道 揭煤 作业 带 来 的 风 险 ， 实 现 风 险 的安 全 有 效 控制 ， 本 文主要针 对庙 埂 高 瓦 斯 隧道 揭 煤 作 业 进 行 探讨 ， 从技 术 和管 理上 进 行 探 讨 和 分析 一 些 实 践 经 验 ， 对类似高瓦斯或瓦斯 突出隧道具有一定 的借鉴 意义 。 1 煤与 瓦斯 突出的原 因及 危害 影响煤与瓦斯突出的原因有多种 ， 从煤层本身 分 析 ， 我 国煤 层地 质 条 件 复 杂 ， 瓦 斯 压力 大 ， 突 出 风 险高 。从 多起 煤 与 瓦斯 突 出案 例 分 析 ， 事 故 的 发 生 和安全管理观念 、 技术 、 管理制度等相关联 ， 如防突 收稿 日期 2 0 1 60 50 5 ； 责任编辑 刘光雨DOI 1 0 ． 1 9 3 8 9 ／ j ． c n k i ． 1 0 0 3 0 5 0 6 ． 2 0 1 6 ． 0 6 0 0 3 基金项 目重庆市科技攻关 应用技术研发类 项 目 c s t c 2 0 1 3 y y k f B 3 0 0 0 5 作者简 介申慧涛 1 9 8 4 一 ， 男 ， 陕西米脂人 ， 工程 师 ， 2 0 0 7年毕业于西安理工大学 ， 现从事桥梁与隧道施 工及技术管理工作 。 引用格式申慧涛． 高瓦斯隧道揭煤施工技术 研究[ J ] ． 中州煤炭 ， 2 0 1 6 6 1 0 - 1 3 ． S h e n H u i t a o ． S t u d y o n c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f c o a l u n c o v e r i n g i n h i g h g a s s y t u n n e l [ J ] ． Z h o n g z h o u C o a l ， 2 0 1 6 6 1 0 - 1 3 1 0 2 0 1 6 年第 6 期 中州煤炭 总第 2 4 6 期 含 量测定 ， 判 识煤 层 区域 突出危 险性 预测 ， 若测 定煤 层 瓦斯含 量 ≥8 m ／ t ， 判定 煤 层 具有 突 出危 险 ， 在距 煤层 法距 7 m 处实 施 瓦斯 抽 放 防 突 措施 ， 抽 放 钻孔 半径 参 照邻 近矿 井 抽 放 效 果 考 察 定 为 3 m， 钻 孔 控 制隧道轮廓线外至少 1 2 m， 抽放后采用残余瓦斯含 量进行效果检验 ， 瓦斯含量 降到 突出预测指标以下 表明防突措施有效 ； 若测定煤层瓦斯含量 8 m ／ t ， 判定 煤层 具无 突 出危 险 。 隧道 揭煤工作 面区域预测煤层 无突 出危险后 ， 工 作 面掘进至距煤层 法距 5 ， 2 m处 ， 采用 钻屑 瓦斯解 吸 指标 还必须进 行 工作 面 突 出危 险性预 测 及验 证 。若 预测有 突 出危 险 ， 则 停止 掘 进增 加 防 突措施 ， 然 后 进 行效果检验 ， 直到效果有效为止； 若预测无突出危险 ， 在采 取安全 防护 措施前提下 ， 远 距离放炮 揭煤 。 2 ． 3预 测结 果分 析 现 场 施 工期 间 ， 测 定 煤层 瓦斯 含 量及 钻 屑 瓦斯 解吸指标 K 值数据汇总见表 l 。通过表 1可看出， 距 煤层 法距 1 0 m测 定 各 煤 层最 大 瓦斯 含 量 远 小 于 突出指标 8 m ／ t ， 距煤 层 法距 5 ， 2 m 测 定 各 煤 层最 大钻屑瓦斯解 吸指标 ．值远 小 于 突出指 标 0 ． 4 mL ／ g mi n 。 表 1煤 层 突 出预 测 指 标 测 定 结 果 Ta b． 1 The de t e r m i nat i o n r e s ul t s of c o a l s e am ou t bur s t pr e di c t i o n i nde x 霉 3 ．1t0 一 m K ．1gm axl．5 m 一 ／ K ．1g ,一x1．2 m 一／m L m i o m L m i。 5 预 测 结 果 编 号 m 3 ．t 一 ．g 1． n 一 ． g 一 1 ． n 一 0 由于煤层 间距较 小 ， 属于 同一 地 质单 元 ， 煤 层 赋 存规律具 有相似性 ， 且现 场测定各 煤层 瓦斯含量 及钻 屑瓦斯解 吸指标 相 近 ， 说 明现 场 实测 数 据误 差 小 ， 数 据准确 可靠 ， 同时也反 映及相互验 证 了煤 层无 突 出危 险 ， 因此 ， 预测 Z D ． 1 、 Z D 一 2 、 Z D 一 3煤层 均无 突出危 险 。 3安全 防护措施 煤层 预 测无 突 出危险 ， 但 揭 煤段 围岩 破碎 ， 瓦斯 涌出量大， 给施工带来 的不安全因素较多 ， 如坍塌 、 瓦斯超限遇到火源燃烧或爆炸等 。因此 ， 应做好通 风 、 瓦斯 检 测 、 支 护 及 进 洞 人 员 管 理 等 安 全 防护 措 施 ， 确保揭煤施工期间， 安全、 高效施工 。 。 3 ． 1 通 风 管理 通风是排除瓦斯最直接 、 最有效的方式 ， 庙埂隧 ． 1 2 ． 道揭煤段瓦斯涌出量大 ， 为确保隧道的施工安全 ， 经 计算 隧道 正洞 配置 2台通 风 机 ， 额 定风 量为 1 5 0 0 3 0 0 0 m ／ mi n ， 风 压 1 3 7 5～5 3 5 5 P a ， 电机 功 率 2 1 1 0 k W。隧道 实施 2 4 h不 间断通 风 ， 当常 用风 机 出 现故障时， 备用能及时启动 ， 确保通风量。风机安装 在洞 口外距洞 口2 0 m新鲜风流处 ， 采用 4 , 1 ． 6 m 的 抗静 电、 阻燃 的柔 性风筒 供 风 ， 风筒 距 离掌 子面 不大 于 1 0 m， 对于二衬 台车等风流不 畅处 ， 增设局部通 风机 ， 加 强 临时通 风 防止 瓦斯 积 聚 。此 外 ， 风机 开关 实行落锁制度 ， 并有专人保管 ， 以杜绝施工班组任意 开停 风机 ； 风 筒要 求 吊挂 平 直 ， 特别 是 二衬 台车 和仰 拱处 ， 由于施工工序影响， 风筒弯度大且易破损 ， 应 及 时维护 或更 换 ， 减少漏 风 率 。 3 ． 2 瓦斯 监控 庙埂隧道施工期间安装 1套独立 的 K J 9 0 N B瓦 斯监 控 系统 ， 配 置 瓦 斯 传 感 器 ， 分 别 监 测 掘 进 工 作 面、 二衬台车 、 回风流等地点瓦斯浓度 。并建立了隧 道施 工 瓦斯监 测预 警机 制 ， 实现 监控 室 2 4 h有 人监 控 ， 在监 测到 瓦斯 异常 变化情 况 时 ， 及 时通 报相关 负 责人 ， 以便 及 时 采 取 有 效 措 施 ， 防止 瓦斯 事 故 的发 生 。 同时瓦斯 监控 系统 具 备 瓦 斯 报警 及 风 电 、 瓦 电 闭锁功 能 ， 除 了采 用 自动监 测 系统外 ， 现场 还专 门成 立 了瓦斯 检 测小组 ， 在 隧道 施 工 过 程 中动 态 巡 回监 测 ， 实 现 了监测监 控 自动 和人 工 相 互 验 证 的 多 双 重 保 障模式 。 3 ． 3 加 强支 护 庙 埂 隧道过煤 段 围岩破 碎 ， 支护 遵守 管超 前 、 强 支护 、 快 封 闭 的原则 进 行 施 工 ， 采 用 复 合 式衬 砌 ， 即 初 期支 护 和二次 衬砌 ， 当施 工过 程 中围岩 松软 ， 支 护 难度较 大 ， 设 计还 考 虑 采 用 注浆 固化 措 施 来 增 大 围 岩 的强度 ， 隧道 过煤 段支 护方 式如 图 3所 示 。 3 ． 4加 强进 洞 人员 管理 目前 非煤 炭行 业隧道 施 工 队伍 对 揭煤作 业 的危 害认 知不 足 ， 盲 目施 工风 险高 。因此 ， 隧道施 工人 员 必须 进行 做好 岗前 及 E t 常安 全知识 培 训 ， 通 过培 训 ， 使施工人员清楚在是什么情况下是安全 的， 遇到突 发事件如何应对等 ， 特殊作业人员做到持证上岗， 从 而提高隧道全体人员的安全意识。同时门岗做好安 全检查工作 ， 杜绝进洞人员携带烟火等。 4 结 论 1 通过 施 工 探 测 及 预 测 钻 孔 ， 准 确 掌 握 了 隧 道 开挖 工作 面前方 的煤 层 、 瓦斯 赋存参 数 ， 为制 订施 2 0 1 6年第 6期 申慧涛 高瓦斯隧道揭煤施工技术研究 总第 2 4 6期 [ 7 ] [ 8 ] 图 3 隧道 过 煤 段 支 护 布 置 [ 9 ] Fi g ．3 Tunne l c oa l s uppo r t i ng l ay ou t 工安全技术措施及揭煤防突施工预案提供了详细资 料 ， 也 为未 施工 段 煤 系地层 施工 积 累了经 验 。 2 庙 埂 隧道 断面 大 ， 揭 煤作 业 风 险 高 ， 通 过快 速测定 煤 层 突 出危 险性 指 标 ， 判 识 煤 层 无 突 出 危 险 后 ， 在 采取 安全 防 护 措 施 下 ， 顺 利 揭 开 了煤 层 ， 提 高 了工程 进 度 ， 确 保 了施 工安 全 。 3 隧道揭 煤施 工 过 程 中 ， 安 全 隐患 多 ， 如 何做 好 安全 、 高效施 工 ， 技 术 是 施 工 的 重 要 手段 ， 安 全 防 护 措施 是 重要保 障 ， 同 时 隧道 过 煤 系 地 层 段 地 质条 件 复 杂 ， 若 遇地 质 构造 等不 良地 质 ， 应 增 加钻孔 数 或 辅助其他超前地质 预报手段 ， 为 隧道安全施工提高 科 学依 据 。 参 考 文献 R e f e r e n c e s [ 2] [ 1 0 ] [ 1 2 ] 国家安全生产监 督管理总局 ， 国家煤矿安 全监察局． 防治 煤与 瓦斯突出规定[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 1 3 ] 国家安全生产监督管理总局 ， 国家煤矿安 全监察局． 煤矿安全 规程[ M] ． 北京 煤 炭工业 出版社 ， 2 0 1 1 ． 中华人 民共 和 国铁道部 ． T B 1 0 1 2 0 --2 0 0 2 ， J 1 6 0 --2 0 0 2铁 路瓦 斯 隧道技 术规范[ s ] ． 北京 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 2 ． 吕贵春． 关于瓦斯隧 道揭煤 突出危险性 预测方 法的探讨 [ J ] ． 矿业 安全与环保 ， 2 0 1 4 ， 4 1 4 1 1 8 - 1 2 2 ． Lii Gu i c h u n ． Di s c u s s i o n o n p r e d i c t i o n me t h o d fo g a s o u t b u r s t h a z a r d i n d r iv i n g t h r o u g h o u t b u r s t c o a l s e a m s i n a t u n n e l [ J ] ． Mi n i n g S a f e t y ＆ E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n ， 2 0 1 4， 4 1 4 1 1 8 - 1 2 2 ． 张淑同． 煤层 瓦斯含 量与瓦斯压 力反算 关系研 究 [ J ] ． 中国矿 业 ， 2 O l 2 ， 2 1 3 1 1 6 1 1 7 ． Zh a n g S h u t o n g ． S t u d y o ff c a l c u l a t i o n r e l a t i o n b e t w e e n c o a l g a s c o n t e n t a n d c o a l g a s p r e s s u r e [ J ] ． C h i n a Mi n i n g Ma g a z i n e ， 2 0 1 2 ， 2 1 3 1 1 6 1 1 7 ． 徐 文平 ， 宋聚勇 ， 黄长 国． 发耳 隧道揭煤 防突技术 [ J ] ． 隧道 建 [ 1 4 ] [ 1 5 ] 设 ， 2 0 1 3， 3 3 4 3 0 9 3 1 4 ． Xu W e n p i n g， S o n g J u y o n g， Hu a n g Ch a n g g u o ．C a s e s t u d y o n t e c h - n o l o g i e s f o r c o a l a n d g a s o u t b u r s t p r e v e n t i o n i n c u t t i n g t h r o u g h c o a l s e a m s i n F a e r h i g h w a y t u n n e l [ J ] ． T u n n e l C o n s t r u c t i o n ， 2 0 1 3 ， 3 3 4 3 0 9 - 31 4． 武磊 ， 徐文平 ， 古兴龙 ． 隧道煤层 突出危 险性预测 方法 的应用 [ J ] ． 煤炭技术 ， 2 0 1 6 2 1 8 1 - 1 8 3 ． W u L e i ，Xu W e n p i n g，Gu Xing l o n g ．Ap p l i c a t i o n o f p r e d i c t i o n m e t h o d o f c o a l a n d g a s o u t b u r s t i n t u n n e l [ J ] ． C o a l T e c h n o l o g y ， 2 0 1 6 ， 3 5 2 1 8 1 - 1 8 3 ． 武磊 ， 戴广龙． 基于瓦斯流动理论的超前钻孔有效 排放半径研 究 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 1 3， 4 1 2 6 4 - 6 6 ． W u Le i ， Da i Gu a n g l o n g ．S t u d y o n e f f e c t i v e d r a i n a g e r a d i u s o f a d - v a n c e b o r e h o l e b a s e d o ff g a s fl o w t h e o r y [ J ] ． C o a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 1 3 ， 4 1 2 6 4 - 6 6 ． 余红军 ， 王维高 ， 万德 才． 高瓦斯 隧道施 工安全风 险控制 措施 [ J ] ． 现代 隧道技术 ， 2 0 1 3 ， 5 0 4 5 6 -61 ． Y u Ho n g j u n ， Wa n g We i g a o ， Wa n D e c a i ． C o u n t e r me a s u r e s a g a i n s t c o n s t r u c t i o n r i s k s i n g a s r i c h t u n n e l s [ J ] ． Mo d e m T u n n e l l i n g T e c h n o l o g y ， 2 0 1 3 ， 5 0 4 5 6 6 1 ． 李荣 ， 张立云 ， 李秋． 洪福 隧道高瓦斯 防治措施 探讨 [ J ] ． 四川 林勘设计 ， 2 0 0 9 1 7 7 - 7 9 ． L i Ro n g ， Z h a n g L iy u n ， L i Q i u ． I n v e s t i g a t e t h e p r e v e n t i o n m e a s u r e s o f H o n g f u t u n n e l w i t h h i g h g a s [ J ] ． S i c h u a n F o r e s t r y E x p l o r a t i o n a n d De s i g n， 2 0 0 9 1 7 7 - 7 9． 武磊 ， 戴广龙． 顺 层钻 孔有效 抽采半 径实 验研 究 [ J ] ． 煤矿 安 全 ， 2 0 1 3， 4 4 5 4 6 ． W u L e i ， Da i Gu a n g l o n g ． E x p e r i me n t a l s t u d y o n e f f e c t i v e e x t r a c t i o n r a d i u s fo r b e d d i n g h o l e [ J ] ． S a f e t y i n C o a l Mi n e s ， 2 0 1 3 ， 4 4 5 4 6 ． 王尧 ， 王飞． 演马庄矿综合瓦斯治理模式及 成套技术 [ J ] ． 中州 煤炭 ， 2 0 1 6 2 3 9 _ 4 2 ． W a n g Ya o， W a n g F e i ． Co mp r e h e n s i v e g a s c o n t r o l mo d e a n d c o n p l e t e t e c h n o l o g y o f Y a n m a z h u a n g C o al Mi n e [ J ] ． Z h o n g z h o u C o a l ， 2 01 6 2 3 9- 4 2 ． 邓敢博 ， 邹云龙． 基于抽采监控系统 的瓦斯抽 采规律研究 [ J ] ． 中州煤炭 ， 2 0 1 6 4 1 - 3 ． De n g Ga n b o， Z o u Yu n l o n g ． S t u d y o n l a ws o f g a s e x t r a c t i o n b a s e d o n d r a i n a g e mo n i t o r i n g s y s t e m[ J ] ． Z h o n g z h o u C o a l ， 2 0 1 6 4 1 3 ． 徐再刚． 高瓦斯低透气性突 出煤 层瓦斯 治理技术 实践 [ J ] ． 中 州煤炭 ， 2 0 1 6 3 8 - 1 1 ． Xu Z a i g a n g ． P r a c t i c e o f g a s c o n t r o l t e c h n o l o g y i n h i g h g a s a n d l o w p e r m e a b i l i ty o u t b u r s t c o a l s e a m[ J ] ． Z h o n g z h o u C o a l ， 2 0 1 6 3 8 一 l 1 ． 程东甫 ， 付彬彬． 水力冲孔增 透技术在三软煤 层煤与瓦斯 突出 防治中的应用[ J ] ． 中州煤炭 ， 2 0 1 6 3 2 2 - 2 5 ． C h e n g Do n g f u， Fu Bi n b i n ． Ap p l i c a t i o n o f h y d r a u l i c p u n c h i n g a n d p e r me a b i l i t y i mp r o v ing me a s u r e s o f c o a l a n d g a s o u t b u r s t p r e v e n - t i o ni nt h r e e s o ft c o a l s e a m[ J ] ． Z h o n g z h o u C o a l ， 2 0 1 6 3 2 2 - 2 5 ． 1 3 l寸