公路隧道穿越煤礦采空區的安全控制措施研究

睢向國

(山西太長高速公路有限責任公司，山西晉中 030600)

0 引言

近年來，隨著我國公路建設的快速發展，晉焦高速、太舊高速、太佳高速等公路都不同程度地遇到了煤礦采空區次生地質災害問題，并對此問題進行了多次的試驗研究。經過近幾年的發展，我國采空區公路建設技術逐漸熟練，初步形成了系統的采空區治理理論與技術，但對于多層復雜煤礦采空區的處理問題尚處于摸索階段。隨著大批公路的開工建設，公路隧道穿越煤礦采空區也將隨之增多，特別是多層復雜煤礦采空區，施工人員與機械設備都可能受到傷害。我國的采空區公路建設面臨很大的安全隱患，如何進行施工現場的安全控制技術管理，保證施工質量，保障施工人員生命財產安全是施工管理者需要面對的一個問題。

1 煤礦采空區

煤礦采空區，指在煤礦作業過程中，將地下煤炭等開采完成后留下的空洞或空腔。在采煤作業面，根據煤層資源分布情況，一般會進行分層開采并形成一個個類似的空腔，形成大量的地下空洞，時間長了就會塌陷，造成地面沉降，在地表形成塌陷坑(見圖1，圖2)。目前對煤礦塌陷區進行綜合治理是一個世界性的難題。在煤炭大省山西，2010年12月，依據有關部門統計，山西采煤形成的采空區達到2萬 km2，相當于山西1/8的國土面積，僅2010年因礦山開發導致的地面塌陷就達20.6萬畝。

圖1 我國某礦區—采空區地陷

圖2 我國某礦區—采空區坍塌

采空區不僅導致大量地表崩塌、滑坡、沉降、裂縫和塌陷，同時亦造成房屋、交通設施、水利設施大面積的破壞。在陜北采煤區，從2009年～2010年，神木縣因采空區塌陷導致的地震有11次，每次地震間隔時間最長5個多月，最短不到1天。2011年12月7日，榆林市榆陽區常興煤礦采空區發生塌陷，引發相鄰金雞灘鎮區域發生大面積塌陷，引發2.8級地震。在山西因為煤礦采空區，該省多條公路路段出現程度不同的沉陷，對交通安全構成隱患。公路沉陷病害比較普遍，如208國道屯留公路段原是一級公路，煤礦采空區塌陷致使路段多處順路下陷至今;太原分局太佳線下陷15段，沉陷41000多平方米;呂梁分局考石線、307線，沉陷面積達近50000 m2;陽泉分局陽石線沉陷8000 m2。

煤礦采空區問題作為交通工程建設中的不良地質問題已越來越突出。近年來，安全問題得到了中央各部門乃至地方各級政府的高度重視，而建筑領取的安全一直是國內外關注的焦點，公路隧道穿越煤礦采空區作為一個潛在安全隱患較多的地下工程，安全生產就成為了工程管理的重中之重。

2 公路隧道穿越煤礦采空區的安全隱患

安全不等于不發生事故，而是一種動態的控制過程，是指在生產活動中通過管理活動，將可能存在的導致不安全事件或事故發生的隱患降低到可接受的程度及以下。在公路隧道穿越煤礦采空區的施工現場中，容易發生安全隱患的情況主要包括三類:物的危險狀態、人的不安全行為及管理上的缺陷。在穿越煤礦采空區的施工現場主要包括以下隱患。

2.1 穿煤突出風險

這是公路隧道穿越煤礦采空區最主要的問題。隧道施工的穿煤防突問題一直是隧道穿越施工的重點。在施工現場中，揭煤突出現象時有發生，如果對揭煤突出問題沒有充分的準備及認識，不僅嚴重危害了施工企業的財產和施工人員的生命安全，而且增加工程建設費用，延長工程建設周期。

2.2 瓦斯突出風險

在煤礦采空區，雖然長期閑置及塌陷等原因，但是瓦斯含量不穩定。安全問題不容忽視，有必要通過分析地質結構等，對施工現場的瓦斯危害作必要的動態監測及預防。因此，在施工現場，對瓦斯突出危害必須是關注的一個重要問題。

2.3 采空區施工風險

在煤礦采空區，由于長期閑置，伴隨著積水等，沉陷極易發生。施工地質條件復雜，這都給施工帶來了很多潛在隱患及風險，主要有:

1)塌方風險。在隧道穿越采空區施工現場，由于支撐結構受力不合理，甚至極小面積的坍塌等，都會造成圍巖松動甚至松動面積持續增加，又進一步造成支撐結構的負荷持續增加，造成塌方的工程風險的可能進一步加大。

2)填充物突出風險。在煤炭采空區的前期治理中，采空區可能存在著松散的填充物，如地下水，垃圾等，這些都有可能造成突水、突泥等施工安全風險。

3)結構沉降風險，特別是在多層復雜煤礦采空區內，出現這類風險概率很高。當采空區處于施工結構下方時，前期沒有妥善的處理，在施工工程的持續荷載下，采空區部位有可能發生裂縫、位移甚至局部沉降，造成結構破壞，危及施工安全。

2.4 邊仰坡失穩風險

由于采空區結構復雜，地質條件不穩定，還得考慮邊仰坡由于結構松散導致失穩的滑塌風險。

上述是道路隧道穿越煤礦采空區時都必須考慮的幾個主要風險。針對施工地點，氣候條件，地質條件等因素，還得考慮結構變形風險，甚至泥石流等地質災害風險等。

3 施工中的安全控制措施

針對煤礦采空區的安全隱患，重視并做好前期勘探工作，緊緊圍繞“物、人及管理”展開，對潛在風險源進行分析，識別施工過程中的重要風險源，才能提出詳盡的安全控制技術方案。在施工中的安全措施主要包括以下幾方面。

3.1 加強安全防護教育

在開工前，按照施工現場實際情況，對施工人員(包括管理人員及作業人員)進行必要的安全防護培訓。通過培訓，使施工人員認識到，建筑行業是個高風險行業，危險無處不在。安全必須牢記心頭;讓施工人員學會使用安全防護設施;學習逃生路線、危險處理、現場搶救等必備知識，最大限度的提高施工人員安全防護技能。瓦斯、爆破、電氣等特種設施操作人員必須持證上崗。

3.2 穿煤防突措施

嚴格制定穿煤防突施工工藝流程(見圖3)。根據采空區的地質結構等因素，在施工前制定嚴格的穿煤防突施工措施，并按照流程執行。

圖3 穿煤防突施工工藝流程圖

3.3 瓦斯綜合防治

1)加強瓦斯監測。瓦斯監測要按照“定時、定點、定工序”的原則實施(見表1)。嚴格執行瓦斯監測制度，施工人員配備便攜式瓦斯監測儀，以便實時跟蹤瓦斯含量;瓦斯專職人員要配備專門的瓦斯檢測設備，對施工現場的瓦斯含量進行全面的監測。2)加強施工通風。重視施工現場通風系統管理，為防止瓦斯積聚，必須避免出現通風盲區;施工現場必須實施連續通風，臨時停工地點不準停風;當瓦斯含量異常時，加強通風，同時撤出施工人員。3)杜絕一切煙火進入施工現場。必要時，在施工現場入口處設置一個煙火檢查站，禁止任何人將煙火帶入施工現場;洞內嚴格禁止吸煙;進行焊接等操作時必須在瓦斯濃度低于0.5%的通風處進行作業。

表1 “三定”原則的瓦斯監測

3.4 施工風險防范措施

1)采用強力支護，加強支護措施。為了有效防止在采空區作業過程中的煤層突出、坍塌及圍巖的移動，并保證隧道的安全運營，在設計中，提高支護參數;在施工中，加強支護措施。2)超前地質預報。在施工前，針對潛在的風險進行預測，尤其是對多層復雜煤礦采空區進行綜合預測，對施工過程中有可能出現的突水、突泥特別是結構沉降等施工安全風險的位置、規模等進行超前預報，以便制定相應的防護措施。

3.5 邊坡卸載措施

為了有效的緩解邊仰坡失穩風險，將邊仰坡表面的松覆土進行清除，以增加邊坡的摩擦系數，減少滑移體的自重和坡腳處的推力。

4 結語

隧道穿越采空區的安全管理是施工管理的重中之重。在施工管理中，重視前期預測，做好安全防護教育，積極做好安全應對措施，穿越多層復雜煤礦采空區實現道路隧道安全施工是完全能夠實現的。

［1］百度百科：煤礦采空區.http：//baike.baidu.com/view/5264336.htm.

［2］邱李球，王彥虎.高速公路隧道通過煤礦采空區施工技術［J］.隧道建設，2008，28(5)：18-20.

［3］山西省交通廳，中交通力公路勘察設計公司.高速公路采空區(空洞)勘察設計與施工治理手冊［Z］.2005.