瓦斯隧洞專項施工、監(jiān)測方案分析

路國娟

(中國水利水電第六工程局有限公司，沈陽 110179)

1 工程2#-4#瓦斯隧洞情況說明

柴河供水施工2#-4#支洞為輸水隧洞，控制段隧洞全長3475m，控制樁號為S34+213.000-S37+688.000，縱坡i=0.099‰，為有壓隧洞，采用鉆爆法進行開挖，開挖斷面為圓拱斜墻形，成洞斷面為圓形D=3.9m。

2#-4#主洞下游已開挖至設(shè)計樁號，2#-4#主洞上游已開挖至樁號S34+812,上游掌子面圍巖類別為Ⅳ類。

圖1 2#-4#主洞縱剖面圖

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2018年1月12日，柴河2-4#支洞控制段主洞上游檢測發(fā)現(xiàn)瓦斯氣體，現(xiàn)場管理人員立即組織上、下游工作面全面停工，施工人員、設(shè)備及時撤離，并將該情況匯報業(yè)主、監(jiān)理等參建單位， 24h加強通風(fēng)，對洞口進行封閉管理。同時安排專人采用2部便攜式瓦斯檢測儀對洞內(nèi)空氣進行檢測，瓦斯氣體濃度為0.05%，上游掌子面頂拱部位瓦斯氣體濃度已達到5%(爆表)。

根據(jù)第三方瓦斯檢測機構(gòu)檢測結(jié)果，2#-4#支洞有害氣體主要成分為甲烷(CH4)。煤科集團技術(shù)人員檢測上游掌子面地面2m以下空間瓦斯?jié)舛葹?%-3.8%。地面位置處進行補充地質(zhì)勘探鉆孔，根據(jù)“補充工程地質(zhì)勘察報告”2-4#隧洞地段等級屬二級，無瓦斯突出危險。其中長度約92m為低瓦斯地層。建議瓦斯絕對涌出量0.27m3/min。”

上游掌子面中部和右上部氣體組分測定結(jié)果見表1。

表1 掌子面氣體組分檢測結(jié)果

對2-4#支洞上、下游設(shè)備均采用礦用防爆型，電氣設(shè)備與作業(yè)機械均按防爆管理，用電管理達到防爆要求。 根據(jù)測繪及鉆探情況，洞室部位樁號S34+700-S34+770段為斷層帶，瓦斯等有害氣體順著巖層構(gòu)造裂隙可能上逸，在隧洞洞身范圍，基巖裂隙局部聚集，形成氣囊，存在的位置具有不確定性。

2 瓦斯隧洞爆破施工技術(shù)方案

2-4#支洞上游圍巖類別均為Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類圍巖。采取全斷面鉆爆開挖法進行施工。開挖中當(dāng)遇到Ⅴ類以上極軟極破碎巖層宜采用局部松動爆破加風(fēng)鎬、扒渣機掘進，預(yù)防冒頂影響進度。

瓦斯洞段Ⅳ類圍巖炮孔布置見圖2。

圖2 Ⅳ類圍巖炮孔布置圖(單位：mm)

表2 瓦斯洞段Ⅳ類圍巖炮孔特性表(循環(huán)進尺2.0m)

低瓦斯工區(qū)使用2#煤礦許用炸藥。在出渣過程中必須加強瓦斯?jié)舛葯z測，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^1%時停止出渣作業(yè)[1]。

3 支護施工技術(shù)方案

超前支護：采用超前小導(dǎo)管單液注漿，小導(dǎo)管前端加工成圓錐形并封焊嚴(yán)實，2.0m-4.0m范圍內(nèi)每隔10cm-20cm交錯鉆眼，作為溢漿孔，孔徑Φ6mm-Φ8mm，梅花形排列，管尾設(shè)加固環(huán)。根據(jù)地質(zhì)情況，小導(dǎo)管環(huán)向間距為300mm-500mm。將小導(dǎo)管打入圍巖。亦可在開挖面上鉆孔將小導(dǎo)管打入圍巖；兩組小導(dǎo)管縱向水平搭接長度≥100cm。

施工工藝流程：測量放樣→鉆孔(瓦斯檢測)→清孔→鋼管插入→封口→注漿→與鋼架或錨桿采用螺栓連接牢固。

施工方法：測量放樣，在掌子面上，畫出本循環(huán)需施設(shè)小導(dǎo)管孔位。鉆孔， 噴射混凝土工藝為濕噴。Ⅳ、Ⅴ類圍巖噴射厚度200mm。

鋼管插入及孔口密封處理：鋼管由用鉆機頂進，頂進長度≥90%管長。鋼管末端除焊上擋圈外，再用膠泥麻筋纏箍成楔形，以便鋼管頂進孔后其外壁與孔巖壁間隙堵塞嚴(yán)密。鋼管搭接長度≥100cm，并與鋼支撐連接在一起。鋼管頂進時，注意保護管口不受損變形，以便與注漿管路連接。小導(dǎo)管注漿具體范圍及參數(shù)現(xiàn)場明確，經(jīng)監(jiān)理人批準(zhǔn)后采用。

鋼拱架之間連接筋，采用螺栓或預(yù)焊在鋼拱架上的套管連接，當(dāng)特殊情況必須采用電焊、氣焊作業(yè)時，按制度嚴(yán)格管理，加強瓦斯監(jiān)控。

4 通風(fēng)方案

瓦斯隧洞在貫通前，做好通風(fēng)各項準(zhǔn)備工作。貫通后，進行通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)整，待風(fēng)流穩(wěn)定后，方可進行轉(zhuǎn)序施工。 瓦斯隧洞貫通后，應(yīng)持續(xù)進行隧洞瓦斯監(jiān)控。計劃隧洞貫通后，在貫通面位置沿隧洞廓線懸掛厚實棉簾，并加固牢靠，防止回風(fēng)瓦斯擴散到相鄰施工區(qū)工作面。

待隧洞襯砌施工完成、洞內(nèi)瓦斯逸出量滿足相關(guān)規(guī)范要求后，方可拆除棉簾[2]。

5 瓦斯監(jiān)測方案、監(jiān)控措施

隧洞貫通后，煤系地層洞段已采取初期支護封閉，一般不會存在較多的瓦斯逸出。但是在隧洞貫通后一定時間內(nèi)繼續(xù)進行瓦斯監(jiān)測是很有必要的。同時可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，確定下一步的瓦斯監(jiān)測方案。

主要瓦斯檢測部位應(yīng)包括墊層開挖位置、電焊及明火作業(yè)位置、尚未封堵的避車洞、針梁臺車位置等。

委托具有資質(zhì)的第三方監(jiān)測單位進行施工期間的瓦斯監(jiān)測、監(jiān)控，成立專門的瓦斯檢測系統(tǒng)，瓦斯檢測系統(tǒng)由瓦斯自動監(jiān)控系統(tǒng)與人工檢測系統(tǒng)組成，并作為施工工序管理，由現(xiàn)場負責(zé)人主管，采用瓦斯?jié)舛取L(fēng)速/風(fēng)量雙指標(biāo)進行安全施工組織管理。

5.1 瓦斯人工檢測

隧洞內(nèi)各工作面，超前鉆孔、初期支護、仰拱開挖、混凝土施工、防水治理等，每個斷面采用四點法或六點法檢測瓦斯，取最大值作為該斷面瓦斯?jié)舛取z測點距離周邊輪廓20cm。

瓦斯可能積聚的地點有臺車部位、斷面變化部位、塌腔內(nèi)、局部超挖地點。隧洞內(nèi)電機附近，地質(zhì)破碎地帶其它瓦斯異常涌出點，水平鉆孔附近，以及其它通風(fēng)死角部位。

低瓦斯工區(qū)日常巡檢頻率每班應(yīng)≥2次。高瓦斯工區(qū)、瓦斯突出工區(qū)日常巡檢頻率每班≥3次。瓦斯工區(qū)瓦檢員應(yīng)嚴(yán)格洞內(nèi)交接班制度，并應(yīng)在崗位上進行現(xiàn)場交接班，交清工區(qū)內(nèi)瓦斯異常涌出變化、煤層賦存變化、是否存在瓦斯突出預(yù)兆現(xiàn)象、各種電氣設(shè)備、局部通風(fēng)機和作業(yè)機械等狀態(tài)；瓦檢員交接班時應(yīng)在交接手冊上互相簽字，做到有據(jù)可查。

5.2 瓦斯自動監(jiān)控

瓦斯自動監(jiān)控系統(tǒng)必須采用獨立電源，設(shè)備有“風(fēng)電閉鎖，甲烷電閉鎖的功能，傳感器是損件，在正常需要的數(shù)量的基礎(chǔ)上考慮一定的富余量，形式瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)配置清單。

監(jiān)測傳感器的安設(shè)地點有：掌子面：掌子面新暴露的圍巖面是瓦斯涌出的主要地點，需要布設(shè)瓦斯傳感器和一氧化碳傳感器。回風(fēng)巷：在隧洞中的回風(fēng)巷中要布置瓦斯傳感器、一氧化碳傳感器和風(fēng)速傳感器。

瓦斯比空氣輕，容易積存在隧洞的頂部，所以要求瓦斯傳感器吊掛在隧洞的頂部，距離拱頂距離20-30cm；CO與空氣密度接近，CO傳感器一般吊掛在隧洞的頂部；傳感器吊掛在隧洞的平均風(fēng)速位置，根據(jù)已知隧洞斷面，判斷其風(fēng)量是否能符合設(shè)計規(guī)定。

風(fēng)機要注意對傳感器進行防水保護。 要求掌子面?zhèn)鞲衅骶嚯x掌子面不超過5m，傳感器距離回風(fēng)口10-20m的區(qū)域。傳感器可掛在提前埋設(shè)的掛勾上。掌子面?zhèn)鞲衅鞯囊苿雍蛷?fù)位工作由值班電工負責(zé)。

表3 隧洞控制瓦斯采取措施表

5.3 防止局部瓦斯積聚的措施

局部瓦斯積聚一般出現(xiàn)在通風(fēng)(高頂)死角、瓦斯涌出點等，遇到火源時可能發(fā)生局部瓦斯燃燒或爆炸。 防止局部瓦斯積聚的方法：加強通風(fēng)，增大風(fēng)量，提高隧洞內(nèi)風(fēng)速，消除通風(fēng)死角。

5.4 防止瓦斯災(zāi)害擴大的措施

當(dāng)瓦斯隧洞內(nèi)任何工作人員發(fā)現(xiàn)災(zāi)害事故預(yù)兆或已成災(zāi)害時，必須迅速向周圍發(fā)出信號，給附近工作地點人員報警，并立即向洞外值班室人員報告。說明時語言要簡短明確。

當(dāng)發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸時，所有洞內(nèi)工作人員以最快速度撤至洞外。來不及撤離洞外的，要迅速用濕毛巾捂住鼻子和嘴，面朝下趴在水溝旁，等待營救。

6 瓦斯隧洞施工管理制度

6.1 瓦斯隧洞隱患排查治理制度

全面掌握本項目瓦斯治理方面存在的危險源的數(shù)量、地點及現(xiàn)狀，及時跟蹤隱患排查治理進展情況。建立隧洞安全生產(chǎn)隱患排查治理長效機制，扎實做好各項工作，從根本上杜絕事故的發(fā)生，確保安全生產(chǎn)的順利進行。

6.2 瓦斯隧洞通風(fēng)管理制度

隧洞通風(fēng)設(shè)有專職管理人員，施工期間，定期進行檢查，維修，維護工作。

6.3 瓦斯檢測、監(jiān)控管理制度

瓦斯人工檢測，每個工作作業(yè)面的瓦檢員不少于3人，并需經(jīng)專門培訓(xùn)，考試合格后持證上崗。瓦斯檢測實行“三班制”，必須24h不間斷巡回檢測。

監(jiān)測探頭懸掛位置要符保設(shè)計要求，對瓦斯自動監(jiān)控系統(tǒng)進行定期檢查。

6.4 瓦斯隧洞進洞管理制度

施工進洞人員要經(jīng)過登記，檢查。在通風(fēng)及瓦斯?jié)舛确锨闆r進洞。瓦檢員進洞必須攜帶自救設(shè)備，且必須經(jīng)現(xiàn)場負責(zé)人批準(zhǔn)，其他人員嚴(yán)禁入內(nèi)。

6.5 瓦斯隧洞監(jiān)測儀器配備制度

專職瓦斯檢查員應(yīng)配備光學(xué)瓦斯檢測儀，班組長、放炮員、入洞檢查的管理人員應(yīng)配備便攜式瓦斯檢測儀；>1000m的瓦斯隧洞都必須按規(guī)定安裝瓦斯自動監(jiān)測報警斷電系統(tǒng)，實行甲烷電閉鎖。

采用光學(xué)瓦斯檢測儀、便攜式甲烷檢測報警儀和有害氣體檢測儀等配合使用。

甲烷傳感器(也叫瓦斯自動檢測報警斷電裝置)要布置在隧洞上方，垂直懸掛，距離拱頂≤250mm，距側(cè)壁≥200mm。