淺談瓦斯隧道施工風(fēng)險管理及控制

【摘 要】 隨著我國西部開發(fā)的實施，許多瓦斯隧道正在或?qū)⒁恍藿ā榱吮Ｕ贤咚顾淼赖氖┕ぐ踩斜匾_展瓦斯隧道施工管理及控制研究。本文概述了隧道瓦斯涌出的方式，并從兩個方面分析了煤與瓦斯的突出原因，針對性的提出了幾條隧道施工安全風(fēng)險控制方法，為以后的施工提供了理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】 瓦斯；隧道施工；風(fēng)險管理；風(fēng)險控制

1.引言

瓦斯隧道可分為兩種類型：煤系地層瓦斯隧道和非煤系地層瓦斯隧道。工程中將直接穿越煤層的瓦斯隧道稱為煤系地層瓦斯隧道，將不穿越煤層的瓦斯隧道稱為非煤系地層瓦斯隧道。

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，西部地區(qū)新建高等級公路、鐵路、綜合水電樞紐、市政工程等星羅棋布，隧道數(shù)量越來越多[1]，長度越來越長，險道穿越煤系地層或非煤系地層、油由、氣田或位于這些儲氣地質(zhì)構(gòu)造之上方，都可能成為瓦斯險道，工程施工過程中必須可能出現(xiàn)的風(fēng)險慎加防范，確保隧道施工安全。

2.隧道瓦斯涌出的方式

瓦斯涌出是指地下工程開挖、掘進過程中，煤系地層中的瓦斯涌向已開挖空間的現(xiàn)象。涌入開挖空間的瓦斯量稱為瓦斯涌出量，可以用絕對瓦斯涌出量和相對瓦斯涌出量兩種方法表示。瓦斯的涌出形式主要有三種。

2.1 普通涌出

指的是在工作面和其他開挖暴露面上，瓦斯緩慢、均勻、經(jīng)常性地涌出。它與開挖煤系地層暴露的時間長短，以及煤與巖石的破碎程度有；時間越長，煤層和巖層越破碎，瓦斯涌出量越大；反之，則小。

2.2 瓦斯噴出

指的是瓦斯從煤或巖石空洞、裂隙、破碎帶中大量、突然涌出的現(xiàn)象。涌出的瓦斯量可由幾立方米到幾十萬立方米，延續(xù)時間短則幾天，多則幾年，常伴有頓頓聲，有時還噴出水柱。

2.3 煤與瓦斯突出

這是一種特殊的、危害性極大的瓦斯涌出形式。

隧道煤與瓦斯突出是指在險道掘進過程中煤與瓦斯的突然噴出，在短時間內(nèi)從煤層深處排出大量的煤、巖流和瓦斯，產(chǎn)生巨大的沖擊波[2]，這種能量能破壞工作面，摧毀隧道設(shè)結(jié)構(gòu)、機械設(shè)備，發(fā)生瓦斯燃燒、爆炸，造成作業(yè)人員窒息、被埋入煤和巖流等重大事故。

3.煤與瓦斯的突出的原因分析

煤與瓦斯突出機理，是指煤與瓦斯突出發(fā)生的原因、條件及其發(fā)生、發(fā)展過程。煤和瓦斯突出的本質(zhì)是當(dāng)人們在煤系地層進行施工時，挖掘或采掘工作引發(fā)了煤系地層的地質(zhì)動力突發(fā)性現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的機理可以從內(nèi)因和外因兩個方面考慮。

3.1 內(nèi)因分析

（1）煤與瓦斯突出與煤層瓦斯含量和豐度

首先，煤與瓦斯突出與煤層瓦斯含量和豐度密切相關(guān)。瓦斯含量和豐度越高的煤層越有可能發(fā)生煤與瓦斯突出，而煤層瓦斯含量和豐度主要取決于瓦斯的形成條件（即煤層煤化程度或稱變質(zhì)程度）和保存條件（即封閉條件，最主要的影響因素是煤層上覆地層的厚度）。研究表明，在我國，煤層時代越老，煤化程度越高；從石炭紀(jì)開始，到第三紀(jì)的煤層中，煤層瓦斯含量、豐度按照地層的新老順序，總體上出現(xiàn)遞減趨勢。

（2）煤與瓦斯突出與地應(yīng)力場

煤與瓦斯突出的另一個主要內(nèi)因是煤和圍巖中形成的高彈性形變能，這種形變能是地應(yīng)力集中形成的高應(yīng)力積累產(chǎn)生的。地震局和煤礦部門的資料顯示，我國煤與瓦斯突出的礦井集中分布在地應(yīng)力較高的華南區(qū)，很好地印證了這種理論。

（3）煤與瓦斯突出與其他地質(zhì)因素

從中國煤礦煤與瓦斯突出的具體部位看，高瓦斯煤層、構(gòu)造煤、特殊的構(gòu)造部位是控制煤與瓦斯突出的主要地質(zhì)因素[3]。同地應(yīng)力場的影響相似，在特殊構(gòu)造部位處，局部地應(yīng)力局部集中形成了煤和圍巖的高彈性形變能，而聚集在這些部位的高濃度瓦斯也是這些部位容易發(fā)生瓦斯突出的原因。

3.2 外因分析

（1）穿越掘進的石門巷道

據(jù)統(tǒng)計，從1949-1990年的40年中，我國共發(fā)生千噸以上的大型、特大型煤和瓦斯突出共約50次，其中90%發(fā)生在石門穿煤層的巷道掘進過程中。煤和瓦斯突出的本質(zhì)是挖掘或采掘工程造成的局部圍壓銳減，它誘發(fā)了石門處煤層中某些特殊部位里儲存的巨大內(nèi)部潛能的突然、集中釋放。這種現(xiàn)象容易發(fā)生在石門穿煤層掘進過程中。因為掘進工作使煤壁變得薄弱，無法繼續(xù)承受積聚在其中的巨大內(nèi)能，于是這些能量在薄弱處集中，在某一時刻突然釋放，形成煤與瓦斯突出。

（2）掘進速度

由于快速掘進不利于瓦斯釋放，因此，故意放慢掘進速度，讓瓦斯得到充分釋放，是一種規(guī)避煤與瓦斯突出有效的措施。

4.隧道施工安全風(fēng)險控制方法

4.1 隧道施工通風(fēng)

（1）通風(fēng)的目的

隧道施工時通風(fēng)時采取通風(fēng)可以消除有毒有害氣體和煤塵巖塵等固體顆粒的影響和危害，以保證隧道施工安全的最主要的技術(shù)手段之一。通風(fēng)的目的在于：一是提供給隧道內(nèi)作業(yè)人員呼吸所需要的氧氣；二是稀釋隧道內(nèi)各種有毒有害氣體和固體顆粒的濃度，保證空氣的情節(jié)和防止瓦斯、煤塵爆炸；三是調(diào)節(jié)隧道內(nèi)空氣的溫度、濕度；四是創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，保障隧道內(nèi)作業(yè)人員的健康和安全。

（2）通風(fēng)的方式和方法

隧道施工通風(fēng)可以根據(jù)風(fēng)井的布置、供風(fēng)的范圍、風(fēng)流通過路徑來劃分。根據(jù)進、出口風(fēng)井的布置不同，隧道通風(fēng)方式可以分為中央式、對角式和混合式三種，一般采用中央式；根據(jù)風(fēng)流所供風(fēng)的范圍分為全風(fēng)壓通風(fēng)和局部通風(fēng)兩種，一般采用局部通風(fēng)；根據(jù)風(fēng)流通過的路勁分為巷道式通風(fēng)、斜井通風(fēng)和豎井通風(fēng)三種，高瓦斯隧道宜采用巷道式通風(fēng)。

4.2 隧道瓦斯隔離

銅鑼山隧道施工中，采取了以下三點瓦斯隔離措施：

（1）初期支護作業(yè)

隧道開挖需要嚴(yán)格控制欠挖，以確保二次襯砌，尤其是臺車處的模筑混凝土厚度不小于40cm。隧道開挖后必須及時初噴，封閉裸露圍巖；鋼架必須緊貼巖面，嚴(yán)禁拱架脫空；噴射砼必須全部采用濕噴技術(shù)，保證噴射鹼的厚度和強度[4]，含瓦斯地段的噴射混凝土厚度不應(yīng)小于l0cm，噴射鹼必須噴射密實，嚴(yán)禁初支與巖面間出現(xiàn)空洞。其主要作用是防治瓦斯聚積，及時封閉瓦斯。

（2）二次襯砌砼施工

襯砌鋼筋在綁扎或焊接作業(yè)時，在與防水板之間必須采取隔離措施，防止防水板和瓦斯隔離板損壞。

在氣密性砼施工時，砼中摻入粉煤灰、減水劑、引氣劑或氣密劑時，采取控制砼的水灰比，控制砼中水泥用量等措施，增加砼的密實性并減小因水化熱引起的砼溫度應(yīng)力和收縮，氣密劑的用量應(yīng)該使砼的透氣性滿足設(shè)計要求。砼澆筑過程中，不得破壞、損傷防水板，施工縫接頭嚴(yán)防漏漿，確保接縫質(zhì)量。二次襯砌的施工縫有環(huán)向和縱向施工縫兩種，環(huán)向施工縫采用中埋式橡膠止水帶（一般為鋼邊止水帶），縱向施工縫采用外貼式橡膠止水帶，防水板鋪設(shè)應(yīng)超前二次襯砌施工20-25m，并設(shè)臨時擋板，防止機械損傷或電火花灼傷防水板。

4.3 火源控制

（1）防止明火

防止明火的重點是對施工人員進行安全教育；施工人員進洞時前往值班室簽字，值班人員對施工人員進行檢查，確保不讓煙草、點火工具、化纖衣服、手機物品進洞；此外，嚴(yán)禁在洞內(nèi)存放烴類燃料，如果需要使用可燃性材料，需要將其裝入防爆的容器中。

（2）防止出現(xiàn)爆破火焰

爆破組工人均接受煤礦部門的培訓(xùn)教育，并安排專人管理炸藥、監(jiān)督爆破工序，做到嚴(yán)格管理：隧道嚴(yán)禁使用產(chǎn)生火焰的爆破器材、過期變質(zhì)、沒有合格標(biāo)識的炸藥和電雷管（采用上下臺階法開挖）；瓦斯工區(qū)鉆孔爆破作業(yè)時，應(yīng)嚴(yán)格控制爆破工藝流程，并采用爆破前、裝藥時、放炮后監(jiān)測瓦斯的“一炮三檢”制度。

5.結(jié)語

由于隧道工程的風(fēng)險難以精確定義，瓦斯隧道安全風(fēng)險影響因素較多且具有隨機性和不可預(yù)見性，對于瓦斯隧道施工安全風(fēng)險需要加強管理。現(xiàn)場實踐證明，施工通風(fēng)、瓦斯隔離版和氣密性混凝土等瓦斯隔離措施、火源控制、瓦斯監(jiān)控可以即成為一個災(zāi)害防治技術(shù)體系，可以作為今后現(xiàn)場施工的重要舉措。

參考文獻

[1] 姚振武. 高瓦斯隧道施工指南：以家竹箐險道為例[M]. 北京：人民交通出版社，2008.3

[2] 姜洪亮. 紫坪鋪隧道瓦斯災(zāi)害研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2010

[3] 康小兵. 非煤系地層瓦斯隧道形成機制研究[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011（03）

[4] 丁睿. 瓦斯隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)[M]. 北京：人民交通出版社，2010.5