隧道過煤系地層施工通風(fēng)研究

廖文濤

【摘 要】山區(qū)公路隧道過煤系地層是公路建設(shè)的控制性工程。煤層中瓦斯的存在，限制了隧道施工進(jìn)度，施工難度大，周期較長。因此，解決煤層瓦斯帶來的威脅，是隧道施工的重點(diǎn)。本文通過合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)和施工，排除或降低瓦斯的影響，控制瓦斯事故，確保隧道施工安全可靠。

【關(guān)鍵詞】隧道；瓦斯；突出煤層；通風(fēng)

0 引言

近年來，國家對基礎(chǔ)設(shè)施不斷加大投入和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，高等級公路在西南地區(qū)發(fā)展迅猛。但該區(qū)域多為山區(qū)，地形復(fù)雜。公路隧道和橋梁的建設(shè)是西南山區(qū)高速公路建設(shè)的關(guān)鍵，建設(shè)難度大，耗資大，施工周期長。特別是過煤系地層時(shí)，由于煤層瓦斯的存在，在隧道通風(fēng)、安全等提出了新的要求[1]。

隧道施工過程中，瓦斯爆炸事故時(shí)有發(fā)生，帶來人員和經(jīng)濟(jì)的巨大損失[2]。在隧道過突出煤系地層施工過程，瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出是最大的安全隱患，避免瓦斯積聚、瓦斯超限是需要解決的首要問題，而解決這一問題的關(guān)鍵就是合理的通風(fēng)系統(tǒng)。同時(shí)，加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測監(jiān)控，對隧道進(jìn)行全面的安全監(jiān)測監(jiān)控，確保施工安全。

1 工程概況

該隧道位于云貴高原烏蒙山脈北段，地勢西高東低。隧道由北東往南西向穿越山體，隧道附近海拔+1888m～+2305m，相對最大高差約417m，隧道進(jìn)口端坡度較陡，出口端坡度平緩。隧道分為左、右幅隧道。

根據(jù)地勘報(bào)告，隧道施工范圍內(nèi)揭穿煤層7層，從上至下，分別為M3、M5、M6、M9、M11、M13、M14煤層，煤層傾角為3-11°。煤層在隧道范圍內(nèi)呈“U”形態(tài)且隧道為左、右兩幅，因此，隧道施工共需要揭煤次數(shù)多。開挖隧道與過煤層情況見圖1。根據(jù)調(diào)查附近礦井，瓦斯含量：8.09-10.07m3/t，瓦斯壓力：0.40-0.41MPa。煤層屬于突出煤層。

2 通風(fēng)系統(tǒng)

2.1 隧道各種有毒有害氣體容許濃度

該隧道存在多層突出煤層煤層，隧道斷面開挖要進(jìn)行爆破作業(yè)，必然存在一定量的有毒有害氣體。根據(jù)隧道的實(shí)際情況，隧道內(nèi)各有毒有害氣體的容許濃度定為：

由于隧道內(nèi)煤層的存在，煤層瓦斯涌出量較大，有較大的瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。降低瓦斯?jié)舛炔⒖刂圃谕咚節(jié)舛仍?.5%以下是確保施工快速、安全的重要條件，而加強(qiáng)通風(fēng)是稀釋瓦斯?jié)舛鹊淖钣行А⒆羁旖莸耐緩健?/p>

2.2 隧道需風(fēng)量

隧道采用機(jī)械通風(fēng).必須滿足洞內(nèi)各作業(yè)點(diǎn)所需的最大風(fēng)量、風(fēng)壓。風(fēng)量按每人每分鐘供應(yīng)4m3/ min的新鮮空氣計(jì)算，采用內(nèi)燃機(jī)械作業(yè)時(shí)，1kw供風(fēng)量不宜小于3m3/min。風(fēng)速在全斷面開挖時(shí)不應(yīng)小于0.5m/s。

1）滿足安全生產(chǎn)的用風(fēng)量計(jì)算

（1）按單個(gè)掘進(jìn)工作面最大班作業(yè)人數(shù)計(jì)算得Q人=174m3/min=2.9m3/s。

（2）按將瓦斯?jié)舛认♂尩?.5%以下風(fēng)量計(jì)算得Q=141.97m3/min

（3）隧道燃油用風(fēng)量計(jì)算得：Q無軌總=355.97m3/min=5.93m3/s

因此，滿足安全生產(chǎn)用風(fēng)量的最大值為355.97m3/min（5.93m3/s）。

2）以隧道中最低風(fēng)速計(jì)算風(fēng)量

參照相關(guān)行業(yè)規(guī)范[3-4]，綜合考慮取隧道施工中防止瓦斯集聚的風(fēng)速不得小于0.5m/s，計(jì)算風(fēng)量的最大值為 1968m3/min （32.8m3/s）。

3）按稀釋和排炮煙所需風(fēng)量計(jì)算得最大值為983.6m3/min（16.4m3/s）。

根據(jù)公路隧道施工的實(shí)際情況，既要解決隧道安全生產(chǎn)的最低用風(fēng)量，又要為處理瓦斯分層、消除隧道頂部瓦斯聚積隱患創(chuàng)造必要條件，同時(shí)考慮隧道斷面大這一實(shí)際困難。按照最低風(fēng)速要求計(jì)算的需要風(fēng)量最大，故隧道所需風(fēng)量為1968m3/min（32.8m3/s）（按照最低風(fēng)速0.5m/s計(jì)算）。

2.3 風(fēng)機(jī)選擇和通風(fēng)系統(tǒng)

2.3.1 風(fēng)機(jī)選擇

隧道所需風(fēng)量為1968m3/min，以此為依據(jù)選擇合適的風(fēng)機(jī)。在隧道進(jìn)、出口端的左、右幅洞口外30m各安裝SDDY一ⅡNo12.5A型對旋軸流式風(fēng)機(jī)2臺（1臺工作，1臺備用），共計(jì)8臺，通風(fēng)機(jī)采用風(fēng)筒壓入式向隧道內(nèi)通風(fēng)，風(fēng)筒直徑1.5m，風(fēng)機(jī)功率2×115kw，轉(zhuǎn)速980r/min及1480r/min兩速，風(fēng)量135000—90000m3/h；全壓2650-6000pa。

鑒于隧道停風(fēng)后瓦斯等有害氣體增加趨勢明顯，故采用24小時(shí)不間斷通風(fēng)。按照隧道內(nèi)回風(fēng)流中的最低風(fēng)速0.5m/s計(jì)算，由此選擇的風(fēng)機(jī)配備的送風(fēng)風(fēng)筒承受的壓力合理，風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速比較適中，通風(fēng)管理容易。

2.3.2 通風(fēng)方式

該隧道單個(gè)掘進(jìn)工作面最長通風(fēng)距離約為950m，則單個(gè)掘進(jìn)工作面的通風(fēng)如下：左幅隧道進(jìn)、出口2個(gè)相向掘進(jìn)頭均采用壓入式獨(dú)頭通風(fēng)，為了滿足隧道快速掘進(jìn)的要求，在隧道單個(gè)掘進(jìn)工作面增加射流風(fēng)機(jī)2臺，以快速排出隧道瓦斯的通風(fēng)方式；同理，右幅隧道進(jìn)、出口2個(gè)相向掘進(jìn)頭通風(fēng)方式相同。風(fēng)機(jī)布置平剖面圖見圖2、圖3。

壓入式通風(fēng)開挖工作面需風(fēng)量和回風(fēng)量均由洞外軸流風(fēng)機(jī)提供，射流風(fēng)機(jī)起洞內(nèi)外調(diào)壓作用。由于隧道過突出煤系（下轉(zhuǎn)第171頁）（上接第165頁）地層施工的特殊性，在適當(dāng)位置處施工連接左右隧道的連通橫道，設(shè)置避難硐室、風(fēng)門等設(shè)施。如有必要時(shí)，可打開風(fēng)門作為巷道式通風(fēng)的回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷。在隧道內(nèi)每隔一定距離設(shè)置測風(fēng)站，用于測量風(fēng)速、溫度、濕度、CH4、CO2等參數(shù)。

3 結(jié)論

實(shí)踐表明，根據(jù)隧道實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造、煤層瓦斯賦存情況、機(jī)械設(shè)備情況，該隧道在施工過程中采用了上述的通風(fēng)方式，解決了瓦斯積聚、超限問題，提高了隧道施工進(jìn)度。

（1）通過計(jì)算、比較，以隧道中最低風(fēng)速計(jì)算風(fēng)量的最大值1968m3/min（32.8m3/s）作為隧道通風(fēng)設(shè)施設(shè)備的選型計(jì)算，是合理的。

（2）施工期間，隧道內(nèi)加強(qiáng)了風(fēng)流流動(dòng)，加快瓦斯排放的能力，稀釋瓦斯并防止局部積聚；開挖、支護(hù)強(qiáng)調(diào)短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測、強(qiáng)通風(fēng)，采用上下臺階法分部開挖，隧道施工安全可靠。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃成光.公路隧道施工[M].北京：科學(xué)出版社，2002，1-5.

[2]張民慶.鐵路瓦斯隧道安全設(shè)計(jì)、施工與管理[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012，25-31.

[3]鐵道部.《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》TB10120-2002，J160-2002[Z].

[4]交通部.《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》JTG F60-2009[Z].

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint