瓦斯隧道施工.doc

第一篇 瓦斯知识简介 1. 瓦斯小知识 瓦斯是隧道或矿井内有害气体的总称，由gas音译而来，其成分比较复杂，主要为甲烷（CH4，俗称沼气），占80～90，另外还含有其它的烃类以及CO2和稀有气体。沼气无色、无味、无毒，难溶于水，比空气轻，遇火即燃烧或爆炸。 1.1瓦斯的形成 瓦斯的形成主要是古代植物在成煤过程中，在厌氧菌的作用，分解产生的。同时，在以后煤的炭化过程中，随着煤的化学成分和结构的变化，也有瓦斯不断生成。在长期的地质年代里，大量瓦斯扩散到大气中，只有部分被保存在煤体或岩体中。 1.2瓦斯的特性 1.爆炸性瓦斯本身是不会自燃和爆炸的，但当和空气（氧气）以一定比例混合均匀并达到一定浓度后，遇到火源，才会燃烧和发生爆炸。 2.渗透性瓦斯的渗透性极高，扩散速度快，其扩散性较空气高1.6倍，容易透过裂隙发达、结构松散的岩石或煤层，渗透到隧道或矿井开挖空间里。 3.不稳定性瓦斯在煤体和围岩中以游离状态和吸着状态存在。两种状态的瓦斯是处在不断变化的动平衡中，当温度、压力等外界条件变化时，平衡就被打破。压力升高温度降低时，部分瓦斯将由游离状态转化为吸着状态，反之，压力降温度升时，又会有部分瓦斯由吸着状态转化为游离状态。 4.窒息性瓦斯是无毒、无色、无味的，但不适合呼吸。瓦斯浓度升高，空气中氧气浓度急剧下降，会引起人员窒息。煤矿许多瓦斯伤亡事故中，有很大部分是瓦斯窒息造成的。 1.3瓦斯爆炸的必要条件 瓦斯爆炸必须具备三个条件一定的瓦斯浓度，一定温度的引火源和足够的氧气。 1.3.1瓦斯浓度 瓦斯爆炸之所以产生，是瓦斯氧化反应剧烈发展的结果。如果生成的热量超过周围介质 的吸热和散热的能力，即形成热量的积聚，促使氧化进一步发展结果就会酿成爆炸。瓦斯爆炸是有一定的浓度范围的，在新鲜空气中，当甲烷浓度低于5界限时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，此燃烧层呈浅兰色或淡青色；浓度高于16界限时，在遇火源时不爆炸也不燃烧。一般情况下，瓦斯在空气中的浓度为5～16时，才可能发生爆炸。当然，瓦斯的爆炸界限不是固定不变的。当瓦斯中混入某些可燃性气体时，不仅增加了爆炸性气体的总浓度，而且会使瓦斯爆炸的下限降低。当隧道（或矿井）空气中含有煤尘时，也会使瓦斯的爆炸下限降低，增加爆炸的危险性。此外，瓦斯混合气体的初温越高，爆炸界限就越大。所以，当隧道（矿井）发生火灾时，高温会使原来不具备爆炸条件的瓦斯发生爆炸。但如有惰性气体混入，可在一定程度上降低瓦斯爆炸的危险性。少量加入惰性气体可缩小瓦斯爆炸界限，多量加入甚至能使瓦斯混合气体失去爆炸性。 1.3.2引火源 瓦斯爆炸的第二个必要条件是高温火源的存在。一般，瓦斯的引火温度为650～750℃左右。明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的安全灯网罩、吸烟、甚至撞击或摩擦产生的火花等，都足以引燃瓦斯。不同浓度的瓦斯引火温度不同，高温也可能引燃低浓度的瓦斯。由于瓦斯的热容量很大约空气的2.5倍，当其遇火后并不立即发生反应，需要迟延一个很短的时间后才能燃烧和爆炸，这种现象称为延迟引火现象。其延迟引火的时间称为感应期，这种现象对隧道（矿井）的安全生产有着重要作用。在使用安全炸药进行爆破时，即使爆温能高达2000 ℃左右，但由于爆焰存在的时间极短通常仅为千分之几秒，也不致将附近的瓦斯引爆。 1.3.3足够的氧气 大量实验证明，当含瓦斯的混合气体中氧浓度降低时，瓦斯的爆炸界限随之缩小，当氧浓度低于12时，瓦斯混合气体即失去爆炸性，即使遇到明火也不会发生爆炸。 1.4瓦斯突出 瓦斯突出是施工过程中，发生的一种瓦斯的突然剧烈运动并造成十分巨大的动力效应现象，其机理较为复杂，但破坏性极大，易引起瓦斯爆炸等突发性自然灾害。一般认为饱含瓦斯的煤层或地质构造，在构造力、地层静压力等的综合作用下积蓄了较大的弹性能量并处于平衡状态，当隧道（或矿井）施工影响造成该平衡状态下瓦斯压力体系的破坏时，巨大的弹性能量和游离瓦斯突然释放，在极短的时间内大量瓦斯混合物喷射到施工空间，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸。瓦斯突出与地质构造、瓦斯含量与地层压力等密切相关。 1.4.1突出与地质构造的关系 绝大多数瓦斯突出发生在地质构造带内，如断层、褶曲、向斜、扭转、背斜和火成岩侵入区。在地质构造带内，煤层受着强大的地质构造力的作用而积蓄大量的能量，同时破坏了的煤体形成了贯通裂隙，促使瓦斯积聚，给突出创造了条件。当开挖工作接近这一区域时，在地压的参与下，煤岩中所积蓄的潜能突然释放，瓦斯突然涌出，就造成瓦斯的突出。就地质构造来讲，向斜的轴部，扭转地带的突出危险要大于背斜。 1.4.2突出与瓦斯的关系 煤层中或岩体中的瓦斯含量与瓦斯的压力是突出的重要因素之一，瓦斯含量与瓦斯压力越大，突出危险越大，一般瓦斯突出发生在瓦斯压力大于10Mpa的情况。 1.4.3突出与地压的关系 地压越大，突出的危险性越大。埋深增加时，突出的次数和强度都有可能增加。此外，在应力集中区，瓦斯突出的危险性也大幅度增加。 1.4.4突出与地层的关系 在软弱煤层或岩层中，瓦斯突出的危险性较高。若煤层顶底板为坚硬而致密的岩层且厚度较大时，其弹性与集中应力较大，瓦斯不易释放，其突出危险也较大。此外，瓦斯突出与隧道的开挖方向和煤层的走向也有一定的关系，一般两者垂直时，瓦斯易突出。 1.4.5突出与水文地质的关系 煤层比较湿润，矿井涌水里大时，突出的危险性小，反之则大。 2．含瓦斯煤系地层隧道设计 2.1含瓦斯煤系地层的特征 2.1.1瓦斯成分及物理力学性质 瓦斯成分主要是甲烷（CH4）（亦称沼气），其它还有二氧化碳（CO2）和氮（N2），有时还有少量的氢（H2）、硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氧（O2）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等气体。 铁路瓦斯隧道遇到瓦斯多出现在煤系地层。 瓦斯无色、无味。但若与其它芬芳族气体混合，则发出类似苹果的香味。其熔点为-182.5℃，沸点为-164℃，在标准状态下，密度为0.716kg/m3，相对于空气的比重为0.554，因此易积聚在坑道的渗透性高，扩散速度大，约为空气的1.6倍，容易透过裂隙发达，结构松散的岩石。瓦斯微溶于水，溶解度为3.5；极易燃烧，但不能自燃，当与空气混合到一定浓度时， 遇火源能燃烧或爆炸，瓦斯无毒，但其成分中的乙烷，丙烷等气体具有麻醉性，容易使人头晕目眩、头痛，甚至昏迷，瓦斯浓度过高时，相对降低空气中氧气含量能使人窒息。 2.1.2瓦斯燃烧与爆炸 2.1.2.1瓦斯燃烧与爆炸 瓦斯一般与火源接触才能燃烧（火焰呈浅兰色或淡色），但在时间上稍有迟延，通常把这种迟延时间叫感应期。瓦斯引火的感应期如表15-3-1。瓦斯的引火温度一般为650～750℃。瓦斯浓度在5～6到14～16范围时，遇到火源即发生爆炸，使空气温度迅速升高，压力增大。当瓦斯浓度为9.5时，在自由空间爆炸可产生1850℃的高温，在封闭空间爆炸可产生2150～2650℃的高温。 瓦斯引火的感应期 表15-3-1 瓦斯爆炸后，洞内充满了灼热的瓦斯混合物，其主要成分为氮和二氧化碳，空气中几乎完全没有氧气。瓦斯爆炸若遇煤尘，则爆炸的威力更高。 瓦斯爆炸时，爆源附近的空气向外冲击，爆源处形成低压区，两侧空气又急速流向爆源处，造成反向冲击，新鲜空气也随之而来。此时，若瓦斯浓度在爆炸范围内，并有火源存在，则可能产生第二次爆炸，使灾害进一步恶化。 2.1.2.2瓦斯爆炸必须具备的条件 a．瓦斯在空气中的浓度为5～16，称为瓦斯爆炸界限，见表15-3-2。 瓦斯燃烧、爆炸浓度界限 表15-3-2 b．含瓦斯空气中氧气浓度大于12。 c．有明火及高温热源。瓦斯浓度与点燃温度的关系见表15-3-3。 瓦斯浓度与点燃温度的关系 表15-3-3 d．爆炸区混合气体必须充满于一定的自由空间。爆炸不能通过狭缝、窄洞或急转弯传播。 各种气体及煤尘混入对瓦斯爆炸有影响。如图15-3-1，BCD为爆炸区，其左侧区域为能燃烧不爆炸区；CEF区域为不燃烧、不爆炸区，但新鲜空气的混入则可能产生燃烧和爆炸，属于危害区域，惰性气体的存在或混入，则可能使瓦斯降低甚至失去爆炸。如瓦斯气体中混入1的CO2，其爆炸上限下降0.26。混入22.8的CO2时，瓦斯不爆炸。 o2 A B C 爆炸区 混入新鲜空气后 可能爆炸 D E 不爆炸区 F 瓦斯 2.1.2.3隧道施工中瓦斯引燃与爆炸原因 a． 违反操作规程，如在洞内点火吸烟，爆炸器材不忍受，携带易燃品入内，明火照明等。 b．偶然事件引起，如洞内炽热的电灯泡被打碎，电路绝缘不良产生电火花等。 c． 瓦斯在坑道燃烧时，受到坑道的阻碍而压缩，燃烧极易转化为爆炸。放炮也可能导致瓦斯爆炸。总之，在隧道施工中应防止火源的存在。 2.1.3瓦斯涌出形式 2.1.3.1普通涌出煤系地层或岩层中瓦斯缓慢、均匀、长时间地向坑道内释放，这是瓦斯涌出的基本形式。 2.1.3.2瓦斯喷出含瓦斯煤系地层的地质破碎带、空洞或裂隙中积存有大量的高压瓦斯，当坑道开挖接近时，瓦斯突然以喷出形式大量释放。 2.1.3.3煤岩与瓦斯突出存在于地层中具有一定压力的气体和固体混合物，冲破煤岩覆盖层后，大量的煤和岩石被抛出，并释放出大量的瓦斯。 2.1.4瓦斯突出的一般规律 煤岩与瓦斯突出前后，都有地应力、瓦斯和煤岩的地质构造与力学性质的种种异常表现。归纳起来发生突出有三个主要因素地应力、瓦斯和煤岩结构，而地应力和煤岩中瓦斯的存在是引起突出贡献的主要因素。其突出的一般规律为 a． 突出最易发生在地质构造带及其附近，如断层、褶曲、扭转地带、火成岩侵入区、煤层倾角骤陡、走向拐弯、层厚变化异常等地段。 b．在开挖形成的应力集中区，应力增大，突出危险性随应力增大而增大，如坑道的上隅角，相向开挖接近区、坑道开挖分支处等。 c． 突出次数和强度，随煤层厚度和煤层倾角放散初速度高、瓦斯含量大、层理紊乱，无明显节理、光泽暗淡、容易粉碎、有分枝型节理等特征。 d．突出前常出现各种预兆，如坑道支撑压力增大；岩块迸出、掉碴、外鼓或移动加剧；煤岩与支架发生破裂声、闷雷声、折断声等；瓦斯涌出量忽大忽小；煤尘增多；煤体及工作面温度略有下降或升高；煤质变软、干燥；顶钻夹钻等。 e． 绝大多数突出发生在掘进工序，尤其在爆破时，突出的危险性随着对煤体的震动而加剧。 f． 突出具有延时性，其迟延时间从几分钟到几十个小时。 2.1.5煤系地层含瓦斯的特点 影响瓦斯含量的因素很多，其中地质条件、煤层性质、煤层的埋藏条件是决定瓦斯含量多少的主要因素。一般规律是瓦斯含量及压力基本上随埋深成正比增加；煤层厚、倾角缓，其瓦斯含量大；煤层本身及围岩透气性大时，瓦斯不易保存，则含量小；地下水活跃地区，瓦斯含量小；如断层、褶皱是受张力作用产生的，该区域内瓦斯含量小，反之，其受压区瓦斯含量大。 2.2坑道中瓦斯的检测 2.2.1．实验室分析从坑道中取出空气试样，送实验室用气体分析器，气相色谱仪进行成分分析。这种方法测定精度高，但需要时间较长。 2.2.2．现场检查用携带式仪器在现场直接测定空气中某一种或某几种气体的浓度是目前广泛采用的一种方法。 2.2.3．瓦斯遥测用自动化遥测或监测系统远距离、定点、长期连续、自动记录显示其瓦斯浓度如果某种气体超过规定时可报警或自动断电。 2.2.4．瓦斯检定器主要有光干涉式、热效式和热导式三种类型。我国使用的主要是光学瓦斯检定器和瓦斯检定灯，担热效式和瓦斯检定器及沼气警报器、沼气遥测仪等腰三角形在生产中已获得应用。我国生产的瓦斯检定器的种类及使用情况如表15-3-4。阳泉市煤矿电子设备二厂和煤炭科学研究院抚顺研究所研制了甲烷检测警报器JJ-3型、JJ-4型。JJ-3型连续检测、数字显示，自重0.97kg，JJ-4型间隔采样（间隔30s，采样30s），连续数字显示，自重0.55kg。经试验证明，各项技术指标均达到设计要求，测定准确，性能稳定可靠。 2.3瓦斯等级及允许浓度 根据煤矿安全规程规定，在一个矿井中，只要有一个煤、岩层中发现过一次瓦斯，该矿井即定为瓦斯矿井，并依照矿井瓦斯等级的工作制度进行管理。瓦斯等级划分见表15-3-5 瓦斯等级划分 表15-3-5 根据煤矿安全规程规定，坑道中瓦斯允许浓度及相应措施见表15-3-6 坑道中瓦斯允许浓度及相应措施 表15-3-6 2.4瓦斯的防治 2.4.1防治措施 2.4.1.1加强通风 隧道在掘进过程中，预防瓦斯燃烧与爆炸的主要措施是加强通风以降低瓦斯浓度，使其在允许值之下。 高瓦斯隧道的通风装置应有两套独立的通风机和各自独立的电动机，所有掘进工作面的局部扇风机都应装设三专（专用变压器、专用开关、专用线路），一闭锁（风、电）设施，保证局部扇风机可靠运转。瓦斯含量较低时，可考虑一套通风机，两台电动机，其中一台备用。凡备用电动机和配套扇风机必须在10min内启动。 使用局部扇风机进行通风的掘进工作面，无论工作或交接班时，必须撤出人员，切断电源。在恢复通风前，必须检查瓦斯，局部扇风机及其开关地点附近10m以内风流中瓦斯浓度不超过0.5时，方可人工开动风机。 2.4.1.2防止喷出及突出 在掘进工作面的前方或两侧钻孔，探明是否有断层、裂缝和溶洞及其分布位置，瓦斯贮存情况以便采取响应措施。 a．排放瓦斯瓦斯含量不大时，使其自然排放，亦可用风筒或管子将瓦斯引至回风流或距工作面20m以外的坑道中，以保证工作面开挖放炮的安全。当瓦斯量大，喷出强度大，持续时间长时，则可插管排放；当开挖面瓦斯含量较大，而且裂缝多，分布广时，可暂停开挖，封闭坑道抽放瓦斯。 b．在裂缝小，瓦斯含量小时，可用粘土、水泥浆或其他材料堵塞裂缝，防止瓦斯喷出。 c．在开挖工作面前方接近煤层2m左右，向煤层打若干φ75～300mm的超前钻孔排放瓦斯， 钻孔周围形成卸压带，使集中应力移向煤体深部，达到防止突出的目的。 d．水力冲孔。在进行开挖之前，使用高压水射流，在突出危险煤层中，冲出若干直径较大的孔洞，使瓦斯解析和牌坊，降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力。 e．震动性放炮诱导突出。在工作面布置较多的炮眼并装较多的炸药，撤出人员后距离起爆，利用伯婆时强大的震动力一次揭开具有突出危险性的煤层。 f．深孔松动爆破。在开挖工作面向煤层深部的应力集中带内布置几个长炮眼进行爆破。其目的在于利用炸药的能量破坏煤体前方的应力集中带，在工作面前方造成较长的卸压带，从而预防突出的发生。 g．煤层注水。通过钻孔将压力水注入煤层，使煤体湿润以改变煤的物理机械性质，减小或消除突出的危险性。 h．按煤矿安全规程加强煤与瓦斯突出的技术管理。 2.4.3隧道施工过程中除采取上述防治措施外，尚应按本节“2.7”办理。 2.5煤尘 在煤系地层中进行机械开挖、装碴、出碴运输等过程中产生大量的煤尘，当其成为微细粉末时，很容易燃烧和爆炸。煤尘爆炸比瓦斯爆炸的后果更为严重，因为煤尘爆炸时产生大量的一氧化碳。 2.5.1煤尘的引燃温度 煤尘的引燃温度一般为700～800℃，有时可达1100℃。在隧道施工中，能点燃煤尘的高温热源是明火灯、放炮、瓦斯燃烧与爆炸、电弧及电火花等。在一定条件下，煤尘云也是爆炸混合物，其爆炸界限及引爆温度见表15-3-7。 煤尘爆炸界限及引爆温度 表15-3-7 2.5.2煤尘爆炸的因素 2.5.2.1煤尘爆炸指数 煤尘的爆炸性与其本身所含的可燃挥发物的数量有关。含量越多，爆炸性越强。煤尘中含有挥发物与可燃物之间的百分数称为煤尘爆炸指数Vr Vt Vr⨯100 15-3-1 100-At-Wt 式中Vr煤尘爆炸指数，； Vt分析煤样的挥发物，； At分析煤样的灰分，； Wt分析煤样的水分，。 一般情况下，Vr10，煤尘就有爆炸的危险，此时，隧道应按煤矿安全规程有关煤 尘的生产技术管理规定执行。 2.5.2.2煤尘爆炸的粒度 参与煤尘爆炸的粒度从最微细的（φ7.5～10μm）开始，其中最有爆炸危险性的时能通过80号筛孔（75μm）的煤尘，这样的煤尘越多，则爆炸的危险性越大。 2.5.2.3煤尘必须悬浮在空气中才能爆炸。 2.5.2.4瓦斯本身具有爆炸性，当混入含煤尘的空气中时，煤尘爆炸的下限浓度下降。我国试验结果如表15-3-8。 瓦斯浓度对煤尘爆炸下限的影响 表15-3-2-8 2.5.2.5煤尘点燃温度随氧气增加而降低，在纯氧中可降低到430～600℃，当空气中含氧量小于18时，煤尘不能爆炸。 2.5.2.6坑道内的温度仅在爆炸的最初开始期有很大的影响，但当爆炸扩大蔓延或引燃物的能力非常强大时，湿度的影响十分微小。 2.5.3预防煤尘爆炸的措施 2.5.3.1煤尘注水 在有煤尘爆炸危险的煤系地层中，通过钻孔注入0.5～1Mpa（浅孔注水）或2～4Mpa（深孔注水）的压力水，使压力水沿煤层层理、节理的裂隙渗入并湿润煤体，以减少煤尘发生量。深孔注水孔深为3～5m，φ100～127 mm；浅孔注水孔深为2～3.5m, φ42mm。实践证明，煤尘注水可降低煤尘发生量的70～80. 2.5.3.2喷雾洒水 在掘进中，除应对掘进机、装碴机、运输机等设备配备喷雾或喷水装置外，还应在产生煤尘的施工地段进行喷雾洒水。 2.5.3.3水封爆破和水炮泥 水封爆破是借炸药爆破时产生的压力将水压入煤体的一种防尘方法。水炮泥时用装水塑 料袋代替泥炮填于炮眼中，降低因爆破而引起的煤尘飞扬。 2.5.3.4控制风速 坑道内风速大小将影响空气中的粉尘浓度，实践经验得知施工通风采用最佳风速为 1.5～3m/s。 2.5.3.5防止煤尘引爆。 2.6瓦斯涌出量及施工通风量计算 2.6.1瓦斯涌出量的计算 瓦斯涌出量分绝对涌出量和相对涌出量两种，分别接下列公式计算。 2.6.1.1绝对涌出量Qw QWQ1P1Q2P2Q3P3 （m3/min） 15-3-2 3⨯100 式中Q1、Q2、Q3取样化验时测得的风量值，m3/min； P1、P2、P3空气试样中瓦斯含量，。 2.6.1.2相对涌出量qw qw1440QW⋅n （m3/t） 15-3-2 A 式中QW绝对瓦斯涌出量，m3/min； n通过煤层所需要的工作日，d； A通过煤层范围的总开挖量，t。 2.6.2施工通风风量计算 隧道穿过含瓦斯煤系地层时，施工通风风量计算除按第十二章第一节的有关要求办理外，不要按瓦斯涌出量计算需要风量（Q），并采取其中最大值。即 QQWK1100QWK1 （m3/min） 15-3-4 C 式中QW绝对瓦斯涌出量，m3/min； C开挖工作面回风流中瓦斯允许浓度，C1； K1通风系数，包括瓦斯涌出不均衡和风量备用等因素，K11.5～2.0。 2.6.3通风方式及要求 2.6.3.1参照煤矿安全规程（1986年版）规定，当隧道穿过煤层时，其掘进通风方式采用 压入式（水射流扇风机，不受此限）。如果采用混合式通风时，必须采用湿式除尘器，还必须安装瓦斯自动检测报警断电装置，保证湿式除尘器的吸风侧瓦斯浓度不超过1.5。采用混合式通风时，必须报有关领导单位批准后方能采用。 2.6.3.2在瓦斯喷出区域或煤与瓦斯突出的煤层中，其通风方式不得采用混合式。 2.6.3.3压入式扇风机和启动装置，必须安装在进风道中，距回风口不得小于10m。湿式除尘器或其风管的出风品应位于回风道中，距进风口不得小于10m。 2.7含瓦斯煤系地层隧道设、施工要点 2.7.1加强施工通风。 2.7.2施工中应详细记录瓦斯涌出地段涌出量的变化、工程地质及水文地质情况，加强瓦斯检查和量测工作。 2.7.3洞内急电设备必须采用防爆型，坑道内只准用电缆，不得使用皮线。 2.7.4加强安全教育，严格遵守安全生产有关规程的规定。 2.7.4.1开挖工作面风流中瓦斯浓度达到1时，必须停止用电钻打眼，并在放炮地点附近20m以内严禁放炮；达到1.5时必须停止工作，撤出人员切断电源进行处理；个别地段达到2时，人员撤离并立即进行处理。瓦斯浓度必须在1以下，才准开动机器。 2.7.4.2采用湿式凿岩，严禁打干钻。 2.7.4.3禁绝火源火种入洞。 2.7.5当隧道通过煤层时，宜采用水炮泥、放炮喷雾，装岩（煤）洒水和通风等综合防尘措施。 2.7.6含瓦斯地段隧道衬砌断面，宜采用带仰拱的封闭时式衬砌或加厚铺底，并视地质情况向不含瓦斯地段延伸一段距离（一般可采用10～20m）。对施工缝，沉降缝采用膨胀水泥砂浆填塞严密。 2.7.7瓦斯含量较高而且压力很大时，除采用上述封闭式衬砌结构外，还应向衬砌背后压注水泥-化学浆液，隔绝瓦斯通路。当采用复合式衬砌时，结合防水要求局部或全部设防水层籍以隔绝瓦斯渗入洞内。 2.7.8整体式衬砌或复合式衬砌的二次衬砌，宜采用就地灌注混凝土，加强捣固，提高混凝土的密实性，或采用防水混凝土。 2.7.9无论正洞或其它辅助坑道，必须随掘进随衬砌，务使迅速缩小围岩暴露面，尽快封闭瓦斯地段，以免瓦斯积滞。 2.7.10隧道竣工后，应继续对瓦斯渗入及含量进行观测，当封堵等措施仍无法隔绝时，应考虑增设运营期间机械通风。 第二篇 铁路瓦斯隧道技朮规范节选 1 术语 1．0．1 瓦斯 gas 从煤 岩层内逸出的各种有害气体的总称，其主要成分为甲烷 CH4。 1．0．2 煤系地层 coal ation 在成因上有共生关系并含有煤层 或煤线的沉积岩地层。 1．0．3 瓦斯工区 work area with gas 地层含有瓦斯的隧道施工区段。 1．0．4 吨煤瓦斯含量 gas content for each ton of coal 每吨煤含有的瓦斯数量，系游离瓦斯与吸附瓦斯量之总和，以m3/t计。 1．0．5 瓦斯压力 gas pressure 隧道开挖前煤 岩中瓦斯的原始压力。 1．0．6 石门 rock cross-cut 在与煤层走向正交或斜交的岩石水平坑道中揭煤时，开挖工作面与煤层间的岩柱，其 厚度一般取为1.52.0 m，当岩层松软、破碎时应适当增大。 1．0．7 岩柱 rock column 岩石坑道开挖工作面与煤层之间的岩体，其厚度即开挖工作面与煤层之间的垂直距离。 1．0．8 石门揭煤 coal mining at the rock cross-cut 掘进石门和煤层的全过程，它包括揭开石门、半煤半岩掘进、全煤层掘进，过完煤层 等。 1．0．9 密闭门 sealing door 巷道中为隔离瓦斯而安装的专用门。 1．0．10 瓦斯检测断面 cross-section for gas detection 坑道中设置瓦斯检测点的断面。 1．0．11 瓦斯浓度 gas concentration 空气中瓦斯占有量与空气体积之比，以百分数表示。 1．0．12瓦斯逸出 gas escaped 从隧道围岩中或衬砌背后释放出的瓦斯。 1．0．13 突出 ejection 在地应力和瓦斯压力共同作用下，破碎的煤 岩与大最瓦斯从煤体内突然喷向开挖空间的现象。 1．0．14倾斜煤层 declined coal bed 煤层层面与水平面斜交的煤层，当倾角为8 25时，称缓倾斜煤层；倾角为25 45时，称倾斜煤层；当倾角为大于45时，称急倾斜煤层。 1．0．15煤层厚度 thickness of coal seam 煤层顶底板之间的垂直距离。厚度小于1.3m的为薄煤层；厚度在1.33.5m的为中厚 煤层；厚度大于3.5m的为厚煤层。 1．0．16超前探孔 probing drift 为探明开挖工作面前方煤层位置及赋存条件和瓦斯情况的钻孔，简称探孔。 1．0．17预测孔 forecasting hole 用以预测煤层各项突出危险性指标的钻孔。 1．0．18检验孔 detection hole 检验防突措施是否有效的钻孔。 1．0．19 排放孔 gas releasing hole 专门排放开挖工作面前方煤层中的瓦斯和缓解应力的钻孔。 1．0．20打钻动力现象 dynamic phenomenon 钻孔过程中大量的瓦斯、煤浆、煤粉、水从钻孔中喷出 喷孔、喷水或高压瓦斯将钻 杆向外推 顶钻、夹钻、抱钻、顶水等现象。 1．0．21 震动爆破 shock blasting 在石门揭煤时，用增加炮眼数量，加大装药量等措施诱导煤与瓦斯突出的特殊爆破作业。 1．0．22 微震动爆破 low vibration blasting 用于揭煤的一种低爆破力的震动爆破。 1．0．23 煤矿许用炸药 explosive permitted for coal mining 允许用于有瓦斯和煤尘爆炸危险的地下工程爆破的专用炸药。 1．0．24 气密性 air tightness 在一定的压力和时间条件下气透过混凝土的程度，以透气系数衡量。 1．0．25透气系数 air permeability 在规定压力下，单位时间、单位面积内混凝土的透气量。 1．0．26气密性混凝土 air-tight concrete 透气系数不大于10-11cm/s片的混凝土。 2 设计 2.1瓦斯隧道分类 2．1．1瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。 2．1．2瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。 2．1．3低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定。当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/min时，为低瓦斯工区大于或等于0.5m3/min时，为高瓦斯工区。 2．1．4瓦斯隧道只要有一处有突出危险，该处所在的工区即为瓦斯突出工区。判定瓦斯突出必须同时满足下列4个指标 1 瓦斯压力P≥0.74Mpa测定方法按附录D； 2 瓦斯放散初速度△P≥l0测定方法按附录E； 3 煤的坚固性系数f≤0.5测定方法按附录F； 4 煤的破坏类型为Ⅲ类及以上 破坏类型按附录A。 2.2衬砌结构 2.2.1瓦斯工区根据其含瓦斯的情况，可划分为非瓦斯地段和三级、二级与一级三种含瓦斯地段，并分别采用不同的衬砌结构。含瓦斯地段的等级应按表2.2.1确定- 表2.2.1 注按吨煤瓦斯含最及瓦斯压力确定的地段等级不一致时应取较高者。 2.2.2一、二级瓦斯地段应采用复合式衬砌。其初期支护和二次衬砌应根据埋置的深度、围岩级别、工程地质和水文地质条件、瓦斯严重程度按全封闭原则进行设计。 2.2.3 瓦斯隧道的衬砌结构应有防斯措施。宜按表2.2.3选用。确定防瓦斯处理范围时，瓦斯较重、等级较高地段应向瓦新较轻、等级较低地段适当延长。 表2.2.3衬砌防瓦斯措施 2.2.4 含瓦斯地段的喷射混凝土厚度不应小于15cm，模筑混凝土衬砌厚度不应小于4Ocm。 2.2.5 喷射混凝土中掺用气密剂后，透气系数不应大于10-10cm/s，模筑混凝土掺气密剂后，透气系数不应大于10-11m/s。模筑混凝土衬砌施工缝应进行气密处理，其封闭瓦斯性能不应小于衬砌本体。 2.2.6掺气密剂的混凝土施工材料应符合下列规定 1 水泥宜选用强度等级为32.5的硅酸盐和普通硅酸盐水泥，不得采用其他水泥； 2 砂的细度模数Mx≥2.7含泥量不大于3，不得使用细砂； 3 石子的最大粒径Dmax≤40mm，级配宜为23级，含泥量不大于1，不得有泥土块，或泥土包裹石子表面，针片状颗粒含量不大于15； 4 气密剂宜选用FS-KQ型，掺量应符合设计要求，气密剂为硅灰、粉煤灰及高效减水剂的复合剂。 2.2.7掺气密剂的混凝土施工应符合下列要求 1 C20混凝土配合比宜为12.53.5，水灰比宜取0.48； 2 原材料应按以上配合比进行称量，水的允许偏差为1，水泥及气密剂的允许偏差为不2，砂石允许偏差为3； 3 原材料应按采用强制式搅拌机搅拌，不得采用人工拌合水泥、气密剂及砂应先干拌11.5min，达到颜色均匀后，再加入石子及水搅拌1.52.0min，形成均匀的拌合物； 4 混凝土拌合物从搅拌机卸出至灌注完毕所需时间宜为4060min； 5 应采用机械震捣，不得用人工震捣； 6 连续养护时间不得少于28d，并应避免在5℃以下施工。 2.2.8 当衬砌内设置瓦斯隔离层时，其垫层应采用闭孔型泡沫塑料，惮度不应小于4mm。 2.2.9 全封闭防瓦斯地段有地下水时，宜采取在左右边墙下部外侧铺设纵向透水管，将地下水引离含瓦斯地段的排水措施。透水管终点宜设置气水分离装置，分离出的瓦斯气体可用管道引出洞外在高处放散。 2.2.10从隧道内引出瓦斯的金属管，其上端管口距地面不应小于l0m，并应妥善接地，防止雷 击。瓦斯放空管的接地电阻不得大于5Ω，其周围20m内禁止有明火火源及易燃易爆物品。 2.2.11当隧道内含瓦斯地段较长且初始瓦斯压力大于山0.74MPa时，宜在衬砌背后预埋通向大气的降压管；有平行导坑时，可从平行导坑向正洞施钻瓦斯降压孔，防止隧道建成后瓦斯压力回升。 2.3辅助坑道 2.3.1 瓦斯隧道辅助坑道的设置，应接瓦斯工区与非瓦斯工区，结合施工通风需要，综合研究，确定方案。 2.3.2 在确定斜井、竖井、横洞位置时，应避免通过或靠近煤层，不能避免时，宜减少通过或靠近煤层的长度。 2.3.3 高瓦斯工区和瓦斯突出工区宜设置平行导坑，采用巷道式通风，设置灾害避难所，进行远距离爆破等安全措施。 2.3.4 瓦斯隧道的斜 竖井作为抽出式通风井时，不得兼作提升井。井内应设方便检修人员工作及避难行走的人行台阶 竖井为梯子间。 2.3.5 瓦斯隧道的辅助坑道，当在运营期间予以利用时，应设置永久性支护。 2.3.6 隧道竣工交付运营前，在辅助坑道洞口及与正洞相交处、含瓦斯地段两端等位置，宜修建永久性防瓦斯密闭门和采取其他防瓦斯措施，并应定期维修。 2.3.7 隧道竣工后，必要时应在辅助坑道内设置专供运营期间使用的瓦斯检测仪表和通风设备，保障辅助坑道维修管理工作的安全。 2.4运营通风 2.4.1 瓦斯隧道在运营中，瓦斯浓度在任何时间、任何地点都不得大于0.5。 2.4.2 瓦斯隧道运营期间，必须进行瓦斯检测，低瓦斯隧道可采用人工检测，高瓦斯和瓦斯突出隧道，则应采用自动检测。自动检测系统应具有瓦斯超限报警、通风机自动控制等功能，系统可采用洞口或远程计算机集中控制。 2.4.3 隧道运营期间瓦斯检测断面的位置，应根据施工期间的瓦斯涌出情况确定。施工期间有瓦斯涌出地段，每50100m设置一处，其他地段视具体情况确定。人工检测点或自动检测探头应位于隧道断面中部拱顶下25cm处。自动检测时，检测系统应能抗强电磁干扰，探头 的安装结构应便于定时检查维修。 2.4.4 瓦斯隧道的机械通风方式，可采用壁龛式射流风机、洞口风道式纵向通风或竖 斜井分段式纵向通风，应在技术经济比较后确定。 2.4.5 瓦斯隧道运营通风风机可采用普通型，有特殊要术时可采用防爆型。 2.4.6 设置机械通风的瓦斯隧道的通风量，应在稀释隧道内瓦斯所需风量和防止瓦斯聚积最小风速之相应风量中最大者确定。计算风压时需计入适量自然反风。防止瓦斯积聚的最小风速按1m/s计。 2.4.7 机械通风的风机有一定的备用量，采用射流风机时应有50％的备用量。采用大型风机时应有100％的备用量。备用风机必须能在10min内启动。 2.4.8 瓦斯隧道的机械通风运转时间由计算确定，风机每次运转时间不应小于15min。风机应具有短时反转控制风流大小及方向的消防功能。 2.4.9 瓦斯隧道运营期间宜采用定时通风；当隧道内瓦斯浓度达到0.4时，必须启动风机进行通风。保证隧道内瓦斯浓度不大于0.5，当瓦斯浓度降到0.3以下时，可停止通风。 2.4.10设置机械通风的瓦斯隧道的监控中心与车站运转室和风机房之间应没置直通专线电话。 2.4.11 设有运营机械通风或瓦斯自动监控设施的瓦斯隧道，应视情况确定是否需要没置双回路电源。 3 钻爆作业 3.0.1瓦斯工区钻孔作业应符合下列规定 1开挖工作面附近20m风流中瓦斯浓度必须小于1.5； 2 必须采用湿式钻孔； 3 炮眼深度不应小于0.6m。 3.0.2 瓦斯工区装药与爆破作业应符合下列规定 1 爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度必须小于1； 2 爆破地点20m内，矿车、碎石、煤碴等物体阻塞开挖断面不得大于1/3； 3 通风应风量足，风向稳，局扇无循环风； 4炮眼内煤、岩粉应清除干净； 5炮眼封泥不足或不严不应进行爆破。 3.0.3 瓦斯工区的爆破作业必须采用煤矿许用炸药，有突出地段安全等级不低于三级的煤矿许用的含水炸药。 3.0.4 瓦斯工区必须采用电力起爆，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。 3.0.5瓦斯工区采用电雷管起爆时，严禁反向装药。采用正向连续装药结构时，雷管以外不得 装药卷。 在岩层内爆破，炮眼深度不足0.9m时，装药长度不得大于炮眼深度的1/2；炮眼深度为0.9m以上时，装药长度不得大于炮眼深度的2/3。在煤层中爆破，装药长度不得大于炮眼深度的1/2。 所有炮眼的剩余部分应用炮泥封堵。炮泥应用水炮泥和黏土泡泥。水炮泥外剩余的炮眼部分应用黏土炮泥填满封实。严禁用煤粉、块状材料或其他可燃性材料作炮泥。 3.0.6爆破网路和连线，必须符合下列要求 1必须采用串联连接方式。线路所有连结接头应相互扭紧，明线部分应包覆绝缘层并悬空。 2母线与电缆、电线、信号线应分别挂在巷道的两侧，若必须在同一侧时，母线必须挂在电缆下方，并应保持0.3m以上间距。 3母线应采用具有良好绝缘性和柔软性的铜芯电缆，并随用随挂，严禁将其固定。母线的长度必须大于规定的爆破安全距离。 4必须采用绝缘母线单回路爆破。 5严禁将瞬发电雷管与毫秒电雷管在同一串联网路中使用。 3.0.7 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。 3.0.8在低瓦斯工区和高瓦斯工区进行爆破作业时，爆破15min后应巡视爆破地点，检查通风、瓦斯、煤尘、瞎炮、残炮等情况，遇有危险必须立即处理。在瓦斯浓度小于1，二氧化碳浓度小于1.5，解除警戒后，工作人员方可进入开挖工作面工作。瓦斯突出工区爆破作业应按本规范第7.1.3条第3款执行。 4 揭煤防突 4.1煤层超前探测 4.1.1 接近突出煤层前，必须对设计标示的各突出煤层位置进行超前探测，标定各突出煤层准确位置，掌握其赋存情况及瓦斯状况。 4.1.2 超前探孔施工应符合下列规定 1 接近突出煤层前，应在距设计煤层位置1520m垂距处的开挖工作面打超前探孔I个，初探煤层位置； 2 在距初探煤层位置10m垂距处的开挖工作面上打3个超前探孔，并取岩 煤芯，分别探测开挖工作面前方上部及左右部位煤层位置； 3 按各孔见煤、出煤点计算煤层厚度、倾角、走向及与隧道的关系，并分析煤层顶、底板岩性； 4 掌握并收集探孔施工过程中的瓦斯动力现象； 5 各探孔施工应满足下列条件； 1每个探孔应穿透煤层并进人顶 底板不小于0.5m；