高瓦斯隧道防突揭煤施工技术

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摘 要：防突揭煤施工技术在我国煤矿上已经很成熟，但隧道防突揭煤施工断面大，风险高，缺乏经验，本文通过总结天坪隧道横洞高瓦斯工区瓦斯防突揭煤的成功经验，对瓦斯防突揭煤进行了有益的探索，论述了瓦斯隧道通风、监测、抽排、揭煤、支护等技术措施，为铁路瓦斯隧道防突揭煤提供技术参考。

关键词：防突揭煤；通风；抽排；技术参考

中图分类号：TU74 文献标识码： A

0 前 言

天坪隧道位于贵州省北部，重庆与贵州省交界地段，赶水东至夜郎区间，行政区划属贵州省桐梓县。本隧道全长13978.252m，隧道设置“平导+2斜井+横洞（主、副井）”。其中，横洞工区负责承担DK128+234～DK124+860段3374m正洞，PDK128+240～PDK124+640段3600m平导的施工任务。横洞（主、副井）位于线路前进方向左侧，与正洞左线中线相交于PDK128+234里程处，平面交角为78°39′53″，坡度-0.903%，横洞（主井）长1050m，横洞（主井）与隧道采用斜交单联式；横洞（主井）与平导中线相交DK128+240里程处，主要负责正洞的开挖。横洞（副井）位于线路前进方向左侧，与平导中线相交于PDK128+210里程处，平面交角为78°41′59″，坡度-0.904%，横洞副井长1061m，横洞与隧道采用斜交单联式，横洞（副井）主要负责平导的开挖。隧道在DK127+710～DK127+850段穿越龙潭组煤系地层，隧道连续穿越C6、C5、C3煤层。

图1 天坪隧道横洞工区总体平面布置图

1 隧道煤与瓦斯简介

1.1煤层情况

天坪隧道DK127+710～DK127+850段穿越龙潭组煤系地层，龙潭组共有3～22层煤，主要有9层煤，其中稳定可采的有2层，较稳定的可采煤有3层，其余4层煤稳定性差，局部可采。其中对隧道影响较大的为C3、C5、C6煤层。

根据隧道超前地质钻探分析，天坪隧道C3、C5、C6各煤层煤质为焦煤，厚度分别为0.6m、1.46m、1.48m，煤层走向与隧道交角为64°，倾角72°，为急倾斜煤层。

1.2瓦斯情况

根据重庆煤科院瓦斯所实验室检测报告，C6煤层瓦斯吨煤含量达11.47方，瓦斯压力1.036Mpa；C5煤层瓦斯吨煤含量9.87方，瓦斯压力1.112Mpa；C3煤层瓦斯吨煤含量13.91方，瓦斯压力1.342Mpa，孔口瓦斯监测浓度最大达到8%，回风流中瓦斯含量均小于0.5%。根据本次检测报告可以判断本区段煤系地层可定为瓦斯突出区段。

图2 重庆煤科院对煤样检测试验报告

1.3地质情况

DK127+710～DK127+850段二迭系上统龙潭组（P2l）主要为粘土岩、砂岩、硅质岩、灰岩，夹3～23层煤及多层菱铁矿，底部常有高岭土及黄铁矿（含黄铁矿粘土岩），与下伏茅口组假整合接触。厚约80m。

2 通风与监测技术

2.1通风

采用轴流风机机械压入式通风，主井、副井采用相互独立的压入式通风系统，形成自然回风流，加速瓦斯的稀释和排放。平导选用2×110kw轴流风机与Φ1.5m风管匹配，正洞选用2×132kw轴流风机与Φ1.8m风管匹配。风机分别设于横洞主、副井口20m以外，保证新鲜风流送入掌子面，保证通风质量。

聘请专业的通风队伍，负责通风系统各种设备的管理和检修，定期测试洞内风速、风量、气温、气压、瓦斯浓度等并作出详细记录，计算有效风量。

施工期间，保证连续通风，在特殊情况下停风时，应同时停止工作，撤出人员，切断一切电源，恢复通风前首先检查瓦斯浓度。

2.2瓦斯监测

成立瓦斯通风监控、检测的组织机构，对隧道内的空气温度、瓦斯浓度、风速、一氧化碳浓度和风机开停状况实时监测。选用人工检测和自动监测系统两种形式相结合的方式，两种监测结果相互印证，确保施工安全。

配置了专职的瓦检员对工作面的CH4、CO、CO2、H2S等气体进行监测。瓦斯检查人员手持瓦检仪，对作业面、开挖台车、衬砌台车处及洞内其他部位跟班检查。坚持一炮三检制度，作业前，作业时，下班前都须检查到位，保证瓦检数据的可靠性。当掌子面瓦斯浓度>或=0.5%时，瓦检人员命令作业人员停止施工，并组织人员撤离掌子面至安全地点避险。且选用了KJ70自动监测系统，该系统具有功能齐全、软件丰富、可靠性高、操作使用方便、配置灵活、经济实用等特点，可全面监控隧道内各类安全、生产及电力参数，可汇接多个安全与生产环节子系统。

3 防突揭煤技术

3.1超前探测

（1）施工至PDK127+908时进行TSP地质预报预测煤层在PDK127+800里程处。

（2）第一次地质钻探

在天坪隧道横洞工区平导掌子面PDK127+850开展地质钻孔工作，布置3个钻孔煤层进行超前地质钻孔。

通过此次钻探初步判断断层水量大、地压大，1#钻孔出现两次跨孔、2#在C6煤层出现卡孔、取芯管被压弯，3#孔穿过断层破碎带、未见煤层，由此导致整个地质钻孔施工未能取到煤样、测定瓦斯参数。其中2#钻孔有卡钻顶钻等瓦斯动力现象，预计平导在PDK127+780见煤，可继续开挖30米左右，再详细进行煤与瓦斯突出危险性判定。

图10 第一次钻孔布置示意图

图11 第一次钻孔现场施工照片

（3）第二次地质钻探

平导施工至PDK127+810里程处，距C6煤层20.5m时，实施第二次地质钻探。本次钻探共布置探孔12个。

本次超前地质钻孔已探明煤层平均厚度0.3m以上煤层3层，分别是C6、C5、C3。其中：C6平均1.48m，C5煤层平均1.46m，C3煤层平均0.6m。

探明煤层层间距：C6～C5平层间距6.1m、C5～C3平均层间8.5m，煤层与平导交角64°，倾角72°，为急倾斜煤层，C6煤层与平导相交于PDK127+780处。

图12 对岩芯进行分析及取煤样进行现场试验

3.2瓦斯抽排

由于平导与隧道正洞之间仅有约22m岩柱相间，小于两者开挖轮廓线外14m最小控制范围之和，且平导超前正洞开挖，因此，利用平导联合布置施工钻孔抽采平导及正洞前方各煤层瓦斯，可减少正洞区域防突措施施工和瓦斯抽采环节，加快隧道施工进度。

根据实际煤层位置在PDK127+800处实施瓦斯抽排孔施工。

抽排范围：路面以上部分为轮廓线外14米，路面以下8米。

排放孔直径：79mm。

终孔间距：小于4米。

钻孔数量：钻孔470个，30999米长，

钻孔设备：采用1250液压钻机3台。

施工人员：管理人员3人，安全员3人，技术员3人，煤矿钻工16人。

图13 瓦斯抽放钻孔布置示意图

3.3揭煤、过煤门措施

（1）过煤层前，工作面备好足够的防垮冒材料（如压力板、木料、板皮、竹帘网、水泥预制块等材料），并码放整齐，确保巷道畅通。

（2）隧道过煤层先进行架设支护，并要求连续进行，不准一架支护末完工就出班，确实不能完工的，必须现场交班，交待清楚存在的问题及注意事项。

（3）过煤层有煤层部分要及时初喷，严禁风动工具作业。

（4）过煤层过程中，出现掉渣、来压、响煤炮、瓦斯忽高忽低等突出预兆时，必须立即撤人。

（5）过煤层过程中，回风流中严禁有人作业。

3.4支护措施

（1）超前支护：煤系地层平导段采用加固圈3m超前预注浆；正洞采用加固圈5m超前预注浆，拱墙采用φ108mm的超前管棚。

图13 现场管棚支护照片

（2）二次衬砌：水气排放系统完成后全环设置瓦斯隔离板，所在范围内一切辅助洞室，均设置全环瓦斯隔离板，瓦斯隔离板采用防水板+闭孔PE泡沫垫层（厚度≥4mm）。瓦斯隔离板接缝应与隧道“三缝”错开；二次衬砌采用气密性混凝土，集中混凝土搅拌站生产；防爆混凝土砼运输车运输砼；利用全液压衬砌模板台车、防爆混凝土输送泵浇筑；拆模后衬砌内表面骑缝涂刷专用材料，确保瓦斯封闭效果。

4 结 语

（1）天坪隧道横洞瓦斯工区施工过程中严格按照瓦斯突出工区进行管理，采用了煤矿的防治煤与瓦斯突出的经验，同时又结合了铁路隧道开挖断面大的特点。实践证明采用这种防突揭煤施工技术及施工中采取的支护形式既安全又快速；对瓦斯的封闭方法满足要求。

（2）在天坪隧道横洞工区利用穿层钻孔平导联合抽排的综合防突措施，经验是成功的，能有效解决大面积瓦斯超限处理，大大缩短了施工工期。

（3）瓦斯隧道施工不可预见和无法抗拒的因素多，安全隐患大，施工前应多作现场调查，周密计划，多准备一些应急手段；在施工中应采取针对性强的技术措施，精心组织，严格管理，把风险降低到最小的程度。

参考文献：

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