金竹山瓦斯隧道運輸方案的選擇

摘要：瓦斯隧道施工中，為保證施工安全，運輸方式一般采用有軌運輸，而有軌運輸對比無軌運輸有適用條件高，投入機械設(shè)備多，組織難度大，運輸成本高，不易管理的缺點。因此，大斷面隧道施工中，運輸方式首選無軌運輸。瓦斯隧道施工若采用無軌運輸，首要解決的就是機械設(shè)備的防爆問題，一般可以采用兩種方案：一是直接購買防爆設(shè)備，二是對現(xiàn)有設(shè)備進行防爆改裝。直接購買防爆設(shè)備投入巨大，對項目成本影響較大，而采用對設(shè)備防爆改裝可以降低項目成本，是一種較好的解決途徑。設(shè)備防爆改裝有多種方法，改裝費用各不相同，所以經(jīng)過方案比選及技術(shù)創(chuàng)新，金竹山瓦斯隧道在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，創(chuàng)新研制了一種利用主動防御原理改裝的車載瓦斯防爆系統(tǒng)，較好地解決了無軌運輸問題，系統(tǒng)安全可靠，而且成本低廉，為瓦斯隧道施工中，無軌運輸?shù)脑O(shè)備防爆改裝提供了一種全新思路。

關(guān)鍵詞：瓦斯隧道 有軌運輸 無軌運輸 防爆改裝

1 工程概況

金竹山隧道右洞長2689m，左洞長2712m，其中Ⅳ、Ⅴ級圍巖占全洞的89%以上，是全線的控制性關(guān)鍵工程，計劃工期36個月。

該隧道為分離式長大隧道，左右洞中線間距30～38m，洞門型式采用削竹式。出口端近千米含有瓦斯氣體。金竹山隧道穿越生烴類煤及煤系地層埋深250～310m，瓦斯有一定的封閉與聚集條件，瓦斯以涌出形式為主，若通風(fēng)不良，施工不當，會造成瓦斯局部富集（特別是塌腔受通風(fēng)不暢影響，易造成瓦斯聚集）而引發(fā)瓦斯燃燒或爆炸。

主洞凈寬10.25m，凈高5.0m，左右線縱坡均設(shè)置為-2.5%（萬源至達州方向上坡為正）。

2 運輸方案的選擇

2.1 方案選擇的原則

①應(yīng)根據(jù)隧道長度、斷面大小、施工方法、機具設(shè)備、運量要求確定方案。

②減少干擾，提高裝渣效率，運輸效率，保證作業(yè)安全。

③根據(jù)場地要求、施工條件確定運輸方案。

④確保投入產(chǎn)出成正比。

⑤確保安全施工、文明施工以及施工進度。

2.2 運輸方案的對比

根據(jù)當前國內(nèi)山嶺隧道施工采用的運輸方式主要有兩種，即有軌運輸和無軌運輸，金竹山隧道出口即對這兩種運輸方案進行比較，選擇最優(yōu)方案。

2.2.1 兩種運輸方式的適用條件

①無軌運輸

主要用于大斷面隧道作業(yè)，臺階法，全斷面法開挖均適用，路面縱坡一般不大于20°。不利因素：汽車排放的尾氣較多，洞內(nèi)空氣質(zhì)量較差。

②有軌運輸

主要用于小斷面隧道作業(yè)，裝載機與自卸車無法并行，適合于全斷面法施工，臺階法施工應(yīng)用較困難。路面坡度有一定局限性，一般為0.3%～1%（電機車）；具有瓦斯等易燃、易爆氣體的隧道；洞口場地平坦，空間較大。有利條件：洞內(nèi)空氣污染小，有利于人工洞內(nèi)作業(yè)。

2.2.2 主要機械設(shè)備的投入對比

通過上表，對有軌運輸與無軌運輸?shù)膶Ρ?，可以看出有軌運輸投入的機械設(shè)備要比無軌運輸多，而且有軌運輸出碴還要進行二次倒運，不僅加大了投入成本，運輸成本也大大增加。

2.3 安全、質(zhì)量方面的影響

①無軌運輸組織較簡單，可操作性強，安全度高；而有軌運輸對軌道、車輛、操作人員要求相對較高，施工組織難度較大，安全度較低。

②無軌運輸條件下，仰拱作業(yè)可以緊跟開挖掌子面，結(jié)構(gòu)能及時封閉，有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保證施工安全，而且文明施工方面做得較好。而有軌運輸條件下，仰拱工作面施工距掌子面的距離會很長，不能及時封閉結(jié)構(gòu)，而且仰拱作業(yè)面軌道交叉多，施工組織難度非常大，影響開挖運輸作業(yè)，不僅嚴重制約施工進度，還對文明施工、質(zhì)量、安全都不利。

2.4 工作效率的對比

①無軌運輸組織簡單，不用鋪軌道，出碴靈活，工作效率高。而有軌運輸，調(diào)度時間長，組織難度高，每次開挖都有鋪軌時間，否則裝載機運距較遠，造成出碴效率低。

②無軌運輸條件下，仰拱作業(yè)面采用棧橋施工，移動靈活，不影響仰拱施工，也不影響出碴進度，施工干擾小。而有軌運輸條件下，首先軌道的撥接頻繁，工作量大，仰拱施工速度慢，而且還會影響正常出碴，施工干擾大。

③無軌運輸條件下，襯砌混凝土罐車運輸量大，速度快，效率高，對混凝土的質(zhì)量性能保障較好；而有軌運輸條件下，軌行式混凝土罐車運量小，速度慢，效率低，要想保證混凝土質(zhì)量就要加大投入。

2.5 施工進度的對比

無軌運輸組織簡單，調(diào)度容易，裝碴量大，出碴速度快，進度有保證。而有軌運輸，組織復(fù)雜，調(diào)度相對困難，而且投入的人力、物力較多，施工進度難免受影響。

2.6 施工組織的管理對比

無軌運輸組織簡單，設(shè)備維修也容易，相關(guān)經(jīng)驗也多；而有軌運輸組織復(fù)雜，設(shè)備維修相對困難，內(nèi)部員工具有相關(guān)經(jīng)驗的人員也較少，因此，有軌運輸施工組織管理難度較無軌運輸難度要大得多。

綜上所述，金竹山隧道出口場地狹小，不利于有軌運輸?shù)牟荚O(shè)，選擇無軌運輸既可以保證施工安全、又可以保證施工質(zhì)量、還可以提高施工進度，而且投入較低、管理相對容易、效益明顯。因此，金竹山隧道出口采用無軌運輸方案，對于瓦斯的影響，可以對進洞機具設(shè)備進行防爆改裝，就可以解決。

3 設(shè)備防爆改裝系統(tǒng)

3.1 防爆改裝說明

煤礦瓦斯監(jiān)測設(shè)備目前市面上型號眾多，但多數(shù)設(shè)備都比較笨重，價格質(zhì)量也參差不齊，設(shè)備的安裝維護也各有不同?？紤]到監(jiān)測系統(tǒng)在工程行走機械設(shè)備上應(yīng)用與礦井的條件差別，經(jīng)過項目部市場調(diào)研及方案比選，在現(xiàn)有防爆改裝體系基礎(chǔ)上，加以改進創(chuàng)新，與重慶煤科院合作，選用KZJ001-F煤礦監(jiān)測分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器，形成一套適合于車載的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，達到隔爆型設(shè)備的相應(yīng)標準。該系統(tǒng)具有體積小巧、安裝方便、運行穩(wěn)定、價格便宜的特點。

3.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)主要采集施工機械工作區(qū)域的環(huán)境瓦斯氣體體濃度參數(shù)，控制分站根據(jù)采集的濃度值和控制邏輯進行分析處理。系統(tǒng)工作時，當環(huán)境瓦斯?jié)舛戎饾u上升，達到比較危險的濃度（比如按照有關(guān)規(guī)定設(shè)定為0.3%），分站向報警器發(fā)出報警信號，報警器發(fā)出聲光報警，駕乘人員聽到或看到報警信號后，立即停止作業(yè)，通知相關(guān)人員核查現(xiàn)場實際情況，在查明起因并解除危險后再行作業(yè)，可以實現(xiàn)危險提前處理的作用。如果瓦斯?jié)舛壬仙^快或者是施工機械現(xiàn)場無人值守時，環(huán)境瓦斯?jié)舛冗_到較高危險限值0.5%后，此時控制分站再次向機械的斷油熄火控制器發(fā)出控制信號，使機械自動停止工作，實現(xiàn)閉鎖。系統(tǒng)工作原理示意圖如圖1所示。

4 實施效果

4.1 進度方面

采用無軌運輸，在V級圍巖地段月進尺在70m左右，隧道提前6個月貫通。

4.2 成本方面

無軌運輸設(shè)備投入成本節(jié)約：289萬元，出碴二次倒運節(jié)約：300萬元，設(shè)備維修、人員配置方面節(jié)約：100萬元。合計直接節(jié)約689萬元，經(jīng)濟效益顯著。

4.3 安全方面

截止隧道貫通，金竹山隧道出口開挖1350m，瓦斯工段施工安全情況良好，未發(fā)生過一起瓦斯安全事故。

5 結(jié)論

瓦斯隧道較普通隧道施工具有安全風(fēng)險高、施工難度大、管理難度大、施工效率低等特點。要想安全、優(yōu)質(zhì)、高效的完成瓦斯隧道的施工生產(chǎn)任務(wù)，首先需要解決的就是隧道瓦斯問題，金竹山瓦斯隧道成功貫通，依賴于合理的施工方案、有效的施工組織、嚴格的管理制度及管理體系，本文通過對隧道施工的安全、成本、效益有巨大影響的運輸方案的選擇及設(shè)備配置的研究，總結(jié)了以下幾點經(jīng)驗。

①不拘泥于傳統(tǒng)思維，勇于創(chuàng)新，一旦獲得成功，將會收益巨大。

②瓦斯隧道施工是一項系統(tǒng)工程，運輸方案的選擇還有賴于其它施工方案的合理運用，比如開挖、支護方案。

③設(shè)備防爆改裝針對不同的隧道，不同的瓦斯環(huán)境，可以采用不同的改裝方式。

④車載瓦斯系統(tǒng)形成的設(shè)備防爆改裝，適用于有瓦斯聚集及突出可能的低瓦斯隧道施工，對于高瓦斯隧道施工還有待于進一步印證及改進。

參考文獻：

[1]金竹山隧道兩階段施工設(shè)計圖，2008.

[2]金竹山隧道實施性施工組織設(shè)計，2008.

[3]《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 042—94）.北京：人民交通出版社，2003.

[4]《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》（TB10120-2002）.北京：中國鐵道出版社，2002.

[5]《煤礦安全規(guī)程》（2007年版）.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

[6]李天成.《現(xiàn)代礦山采礦機械設(shè)備實用技術(shù)手冊》，北京：北京礦業(yè)出版社，2006.