煤與瓦斯防突預測技術在白楊林隧道的應用

蒲吉見

(中鐵二局第二工程有限公司， 四川成都 610031)

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煤與瓦斯防突預測技術在白楊林隧道的應用

蒲吉見

(中鐵二局第二工程有限公司， 四川成都 610031)

高瓦斯隧道在修建過程中經常遇到瓦斯穿越煤層的情況，為保證隧道施工安全，隧道在穿越煤層前需要對煤層進行防突預測，以明確掌子面前方煤層中的瓦斯賦含量，從而制定相應的防突措施。文章結合成貴客運專線白楊林高瓦斯隧道的施工，主要介紹了瓦斯壓力法與鉆屑指標法在高瓦斯隧道防突預測中的應用，對煤層是否可能發生突出危險做出準確判斷，對于高瓦斯隧道的揭煤施工具有一定的參考意義。

高瓦斯隧道； 防突預測； 鉆屑指標法

我國煤炭資源的分布主要集中在西北、西南、東北等地區，交通線路在上述地區選線鋪設時不可避免的要穿越煤系地層和瓦斯賦含區。近年來隨著鐵路向西南山區發展，穿越煤系地層的隧道越來越多，由于西南山區多為煤系地層，因此就出現了更多的煤與瓦斯突出隧道。

煤與瓦斯突出是高瓦斯隧道施工中一項重大的危險源，瓦斯是一種危險氣體，燃燒界限低于5 %，而隧道在施工過程的機械設備、電氣設備又不免會產生火星或者電火花，因此，控制隧道中的瓦斯含量是瓦斯隧道施工的重中之重。在做好施工通風的同時，在掌子面到達煤層之前，通過瓦斯防突預測方法，預測前方瓦斯儲量，釋放瓦斯壓力，防止煤與瓦斯突出造成瓦斯濃度瞬間升高，避免工程事故。

我國成功修建的高瓦斯隧道不多，煤與瓦斯的作用機理研究尚不明確，工程施工大多通過工程經驗和類比進行瓦斯隧道的修建，因此，本文通過白楊林隧道煤與瓦斯的防突預測成功應用，為其它高瓦斯隧道的修建提供一定的借鑒作用。

1 工程概況

成貴鐵路白楊林高瓦斯隧道起訖里程為：DK473+030～D3K474+810 m，全長1 780 m。隧道進口270 m為平坡，其余為25 ‰的單面上坡。隧道最大埋深約206 m。隧道以IV級、V級圍巖為主，占隧道長度78.6 %，其次為III級圍巖，占隧道長度21.4 %。隧道DK473+600～D3K474+420 m段為高瓦斯工區，其余地段為低瓦斯工區，斷層帶及泥巖頂板等附近也有瓦斯聚集的可能性。白楊林高瓦斯隧道瓦斯涌出量為4.55 m3/min，涌出量較小。白楊林隧道穿越龍潭組煤層，隧道沿線有煤線及少量煤層分布。

2 白楊林隧道防突預測施工方法

根據《防治煤與瓦斯突出規定》，巷道掘進至含煤地層時，需進行區域防突預測以及局部防突預測。區域防突預測主要以瓦斯含量和瓦斯壓力作為預測指標，局部防突預測方法分為綜合指標法、“R”指標法、鉆屑指標法。

為確定煤層位置、大小、厚度以及突出危險性，白楊林隧道施工組在DK474+171 m處施作揭煤鉆孔，進行煤與瓦斯突出預測以及確定前方煤層位置。

2.1 鉆孔布置

揭煤鉆孔直徑均為76 mm，其在掌子面空間位置如圖1所示。

(a) 揭煤鉆孔掌子面布置(單位:cm)

(b) 揭煤鉆孔縱斷面布置圖1 DK474+185m處揭煤鉆孔布置

ZK1、ZK2、ZK3見煤距離分別為13 m、12 m、11 m，水平穿越煤層長度為11 m；ZK4位于隧道中心線拱頂以下5 m，俯角孔向下俯角8°，鉆孔揭示在8.5～18 m處為煤層。

2.2 鉆芯取樣

為進一步探測煤層產狀，在DK474+185 m處另施作一水平取芯孔，取芯結果顯示在DK474+174～163.5 m處為煤層，煤層取樣全部為粉狀(圖2)。

圖2 DK474+185m處鉆芯取樣

2.3 前方煤層與隧道位置關系

根據隧道內探煤、預測鉆孔及俯角孔分析，煤層厚度約3.9 m(水平穿越長度約11 m)，傾角21°，與隧道呈66°交角, 煤層將在隧道洞身DK474+191 m～DK474+149 m段出露。隧道將以頂板揭煤方式穿越煤層，隧道見煤段埋深約100 m。目前掌子面里程為DK474+183 m，距離煤層最小法向距離為5 m。掌子面前方煤層與隧道位置關系如圖3所示。

(a)煤層縱斷面

(b)煤層平面圖3 煤層與隧道空間位置關系(單位:cm)

3 防突預測結果

利用瓦斯解吸儀等現場試驗儀器，對揭煤探孔煤樣進行測試，測試結果如表1、表2所示。

表1 瓦斯含量及壓力測試值

表2 鉆屑指標值

根據《防治煤與瓦斯突出規定》，煤與瓦斯防突預測指標中任何一項指標超限，均視為有突出危險。從表中看來，無論是從瓦斯壓力指標還是鉆屑指標，其測試值均已超限，所以判斷掌子面前方DK474+171煤層存在瓦斯突出危險，需采取瓦斯防突措施。

4 結論

揭煤鉆孔是瓦斯防突預測的主要施工方法，通過各個瓦斯鉆孔的煤樣分析可以大致判斷出煤層的走向及方位，通過對現場煤樣分析，可以測試出瓦斯防突的各項指標，判斷煤與瓦斯突出的危險性。白楊林高瓦斯隧道DK474+171 m處煤層的防突預測技術是瓦斯壓力法與鉆屑指標預測方法在瓦斯隧道里的又一次成功應用，為后續的防突措施提供了較為準確的依據。

[1] 張飛陽，程祖輝，黃鑫.鐵路隧道揭煤施工中超前鉆探的應用[J].安徽理工大學學報：自然科學版，2012，32(10)：289-292.

[2] 陳發東. 隧道瓦斯防突技術探討[J].山西交通科技，2011(2)：69-71.

[3] 王彩燕. 瓦斯突出隧道危險性預測及防突效果檢驗技術[J].設備與技術，2016(5)：87-89.

蒲吉見(1969～)，男，高級工程師，從事隧道施工技術工作。

U456.3+3

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[定稿日期]2017-02-21