隧道通風斜井穿越瓦斯地層施工技術方案

周金邦

(貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550003)

1 工程概況

春天門隧道左線運營通風采用斜井送排式通風，右線正常運營采用全射流風機縱向式通風，火災時采用斜井排除式縱向通風。左右隧道共采用一座斜井，斜井采用中隔墻分隔為送風和排風斜井。斜井長455.809 m，平面投影長度429.264 m，斷面采用單心圓斷面，內輪廓線半徑為4.0 m，凈高5.2 m，凈寬7.63 m。

斜井為巖質斜井，斜井圍巖體涉及地層為三疊系中統雷口坡組白云質灰巖，三疊系上統須家河組泥巖、砂巖、頁巖。圍巖巖性較軟，強度低，抗風化能力差，地表多風化呈巖屑狀，層間發育，層間結合較差，斜井橫穿須家河組一、二、三、四、五段為煤系地層，可能出現瓦斯，因此，本工程必須將對瓦斯氣體濃度等監測，通風，避免瓦斯局部積聚，產生燃燒、爆炸等危害做為工作的重點和難點。

2 安全監測監控系統

(1)由于斜井是過煤系地層掘進施工，必須安裝一套隧道安全監測監控系統，對隧道掘進工作面的瓦斯濃度、風速、風量、CO、局部通風機的運行狀態等參數進行實時監測監控，有利于隨時了解隧道掘進施工過程中的安全生產的現狀，及時排除各種隧道掘進施工過程中出現的不安全因素，以保證隧道的掘進施工安全、順利進行。

(2)斜井煤系地段內的有毒有害氣體除了煤層及圍巖瓦斯(CH4)、二氧化碳(CO2)外，還有CO、SO2、H2S、NO2、NH3等，其來源通常是爆破產生的炮煙、礦物氧化、火災、爆炸以及柴油機工作產生的廢氣、穿過采空區有毒有害氣體泄出等。斜井工作面風流中，氧氣濃度應不低于20%，二氧化碳濃度不超過0.5%。

(3)當隧道過煤系地段期間，隧道內有毒有害氣體濃度超過規定充許時，對隧道內作業人員將造成中毒、窒息。氧氣濃度低于12%時，時間稍長即有生命危險。

(4)隧道內作業環境必須滿足以下要求：

①坑道內溫度不得高于28 ℃；

②瓦斯(CH4)不大于0.5%；

③粉塵濃度：含1.0%以上游離二氧化硅的粉塵，每立方米空氣不得大于2 mg；含10%以下游離二氧化硅的粉塵，每立方米空氣不得大于4 mg。

3 瓦斯地層的綜合處理方案

3.1 超前鉆孔布置

在距所揭煤層最小垂距10 m處的開挖工作面上鉆5個超前鉆孔，分別探測開挖工作面前方上部及左右部位煤層位置，并采取煤樣和氣樣進行物理、化學分析和煤層瓦斯參數測定，在現場進行瓦斯含量、涌出量、壓力等測試工作。

3.2 超前鉆孔施工應滿足下列條件

(1)在距離初探煤層位置10 m(垂直)處掌子面打3個超前孔，并取巖(煤)芯，探孔采用地質鉆機鉆孔，孔徑為80 mm。巖(煤)取芯應完整，進入煤層后采用干鉆取樣。

(2)每個探孔穿透煤層并進入頂(底)板0.5 m以上。

3.3 超前鉆探鉆機選型

根據鉆孔數量和鉆孔成孔速度，配備4200L型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機或同等能力鉆機。

3.4 分析預測瓦斯突出危險性

對煤與瓦斯突出危險性預測對煤與瓦斯突出危險性預測一般采用打孔測壓、測瓦斯涌出的初速度、測鉆屑量、測鉆屑溫差、測煤的堅固系數等多種方式，其中只要有一項指標超標就視為該煤層具有煤與瓦斯突出危險性，就必須采取防突措施。

4 防止煤與瓦斯突出措施及措施效果檢查

(1)當出現上述預兆時就必須先采取防止煤與瓦斯突出的措施。突出措施一般采取抽排卸壓，該煤層總體不厚，只采取鉆孔排放瓦斯以防止煤與瓦斯突出。

(2)瓦斯排放施工完畢，應檢驗防突措施效果，達不到要求時，需要補打鉆孔或增加排放時間。直到消除了突出危險后方可揭露煤層。

5 隧道施工過煤系地層瓦斯防治

(1)揭煤前應進行石門揭煤設計，石門揭煤采用微震動爆破法，煤層掘進檢驗工作面是否存在瓦斯突出，每循環進尺不宜超過1.0 m。瓦斯段考慮瓦斯壓力，隧道襯砌結構予以加強，為隔絕瓦斯，防止運營過程中瓦斯逸入隧道，瓦斯段采用全封閉襯砌，二次襯砌采用氣密混凝土。

(2)接近突出煤層前，對設計標示的各突出煤層位置進行超前探測，標定各突出煤層準確位置，掌握其賦存情況及瓦斯狀況。防突措施實施后，進行效果檢驗，確認防突措施是否有效。防突措施效果檢驗在距煤層2.0 m垂距的巖柱以外進行。防突效果檢驗指標的臨界值應根據實測數據確定。

(3)鉆爆作業采用濕式鉆孔，炮眼深度不小于0.6 m，確保開挖面附近20 m風流中瓦斯濃度必須小于1.5%，爆破地點20 m內，風流中瓦斯濃度必須小于1.0%，瓦斯工區的爆破作業必須采用電力起爆，并使用煤礦許用電雷管，嚴禁使用秒或半秒級電雷管。在低瓦斯工區進行爆破作業時，爆破15 min后應巡視爆破地點，檢查通風、瓦斯、煤塵、瞎炮、殘炮等情況，遇有危險必須立即處理。只有在瓦斯濃度小于0.5%，二氧化碳濃度小于0.5%，解除警戒后，工作人員方可進入施工作業。

(4)通風及檢查爆破效果。瓦斯隧道施工時應連續通風。瓦斯隧道應采用抗靜電、阻燃的風管。風管口到開挖面的距離應小于5 m，風管百米漏風率不應大于2%，風管若有破損，必須及時修補或更換。炮響5 min后恢復通風，但不得向洞內送電，人員暫不得進洞。瓦檢員每10 min檢查一次回風流中瓦斯含量并作好記錄。過1 h無異常情況后由瓦檢員、炮工兩人帶便攜式隔離自救器步行進入斜井內檢查。

(5)經24 h后，掌子面無異情況，掌子面空氣中瓦斯含量和回風流瓦斯含量均保持在0.5%以下，恢復向洞內送電，恢復照明和進行掌子面裝運碴，并要有專職瓦檢員在現場值班檢查瓦斯。否則繼續延長掌子面停歇時間，直到符合要求為止。

6 實施效果

施工過程中嚴格執行施工方案和相關規范，尤其嚴格執行爆破方案、控制隧道洞室內的瓦斯及其他氣體濃度，本項目通風斜井目前以順利貫通，整個施工過程未發生安全事故。