寶鼎二號(hào)隧道瓦斯等級(jí)劃分分析

范云沖,熊靈陽

摘 要：通過對攀大路寶鼎二號(hào)隧道瓦斯等級(jí)的定性分析，介紹了公路隧道瓦斯等級(jí)的劃分方法及注意事項(xiàng)，其研究思路可以為其它類似隧道工程瓦斯等級(jí)鑒定及隧道瓦斯分類提供一定的經(jīng)驗(yàn)和參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道;瓦斯;分類分級(jí);瓦斯壓力;絕對瓦斯涌出量

1 概述

寶鼎二號(hào)隧道位于攀枝花市仁和區(qū)境內(nèi)，該隧道左洞全長8 775 m，右洞全長8 762 m，隧道最大埋深約647 m，該隧道為攀大高速公路（四川境）的控制性工程。由于全隧穿越三疊系煤系地層，線路附近煤礦開采歷史久遠(yuǎn)，該隧道為瓦斯隧道，隧道瓦斯類型對工程投資及施工工期影響較大，成為攀大項(xiàng)目業(yè)主最關(guān)心的問題之一。

2 研究思路

為確定寶鼎二號(hào)隧道的瓦斯等級(jí)及瓦斯工區(qū)段落，我院首先對隧址區(qū)含煤地層進(jìn)行了1/1萬和1/2 000的地質(zhì)調(diào)查和煤礦資料收集，并編制完成了該隧道《煤層采空區(qū)及瓦斯專項(xiàng)調(diào)查報(bào)告》[1]。

同時(shí)，該隧道共完成了9個(gè)詳勘鉆孔，在鉆孔中進(jìn)行了有害氣體測試及瓦斯原位測試，并取煤樣進(jìn)行了煤質(zhì)分析試驗(yàn)。

通過上述調(diào)查和試驗(yàn)，再依據(jù)《公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》（四川省地方標(biāo)準(zhǔn)DB51/T2243-2016）[2]附錄E，計(jì)算隧道開挖過程中的絕對瓦斯涌出量Q絕，根據(jù)不同煤層的絕對瓦斯涌出量及該規(guī)程第5章隧道瓦斯分類，確定瓦斯隧道類型、瓦斯工區(qū)段落及是否存在瓦斯突出煤（巖）層。

3 隧道瓦斯等級(jí)劃分分析

3.1 隧道區(qū)煤系地層概況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查報(bào)告及區(qū)域地質(zhì)資料，隧道區(qū)穿越的主要地層為三疊系上統(tǒng)大蕎地組（T3d）和大箐組（T3dq）。大蕎地組分布于隧道進(jìn)口及洞身段（左右洞分別長5 725 m和5 680 m），共分為十一段，可采煤層73層，可采煤層總厚度52.28 m，為測區(qū)主要含煤地層。大箐組分布于洞身及出口段（左右洞分別長3 050 m和3 082 m），共分兩段，僅第二段含薄煤層或煤線，煤層總厚為0.1 m～1.55 m，測區(qū)無人開采本組煤層。

3.2 瓦斯涌出量計(jì)算及瓦斯地層判斷

公路隧道以石門形式揭露煤層，不存在采煤問題，瓦斯涌出量按獨(dú)頭坑道計(jì)算，其絕對瓦斯涌出量計(jì)算公式詳見《公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》附錄E：

Q絕=Q1+Q2+Q3 （公式1）

式中：Q1——隧道開挖掌子面爆落煤塊瓦斯涌出量（m3/min）;

Q2——隧道新暴露工作面瓦斯涌出量（m3/min）;

Q3——隧道施作噴混凝土地段洞壁瓦斯逸出量（m3/min）。

Q1、Q2、Q3的計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)的選取詳見該規(guī)范附錄E相關(guān)內(nèi)容，部分參數(shù)數(shù)據(jù)由試驗(yàn)單位提供。通過計(jì)算，該隧道穿越的主要煤層瓦斯絕對涌出量見表1：

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，按《公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》第5章表1可知，該隧道進(jìn)口及洞身穿越的大蕎地組含煤地層絕對瓦斯涌出量均大于1.5 m3/min，屬高瓦斯地層。

另外，該隧道穿越的大箐組含煤地層僅第二段含薄煤層，煤層厚度薄，地質(zhì)調(diào)查及鉆孔均未揭示煤層，鉆孔檢測瓦斯含量較低，故施工圖設(shè)計(jì)時(shí)將洞身及出口段穿越的大箐組地層定性為低瓦斯地層。

3.3 煤與瓦斯突出判斷

根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》（AQ1024-2006）[3]，確定礦井是否具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，主要以實(shí)際發(fā)生的動(dòng)力現(xiàn)象為依據(jù)（礦井在采掘過程中只要發(fā)生過一次經(jīng)鑒定屬于煤與瓦斯突出的動(dòng)力現(xiàn)象，該煤層即定為突出煤層，該礦井即定為突出礦井），當(dāng)動(dòng)力現(xiàn)象的特征不明顯時(shí)，可根據(jù)煤的破壞類型、瓦斯放散初速度指標(biāo)（ΔP）、煤的堅(jiān)固性系數(shù)（f）和煤層瓦斯壓力（P），進(jìn)行綜合分析，作出最后鑒定結(jié)論，其臨界值應(yīng)根據(jù)相鄰?fù)怀龅V井實(shí)測資料確定，如無實(shí)測資料時(shí)，可參考下表（表2）所列數(shù)據(jù)劃分。只有全部指標(biāo)值達(dá)到或超過臨界值時(shí)，方可劃為突出煤層。

根據(jù)收集的攀枝花煤業(yè)集團(tuán)相關(guān)勘探地質(zhì)報(bào)告可知，測區(qū)煤的堅(jiān)固性系數(shù)、瓦斯放散初速度及瓦斯壓力見表3。

根據(jù)測試成果，區(qū)內(nèi)測定的最大煤層瓦斯壓力3.62 MPa，最大瓦斯放散初速度19.355，煤的堅(jiān)固性系數(shù)f值在0.2～0.7，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評價(jià)參數(shù)最大值均超過了突出的臨界值，其中瓦斯壓力>0.74 MPa共71層次，占79%;根據(jù)勘探鉆孔取出煤芯樣，大多呈碎塊狀、粉末狀，煤芯斷面擦痕明顯，且煤層揉皺現(xiàn)象明顯，構(gòu)造煤破壞程度較嚴(yán)重。

根據(jù)表3，區(qū)內(nèi)煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評價(jià)參數(shù)的瓦斯壓力、瓦斯放散初速度、煤的堅(jiān)固性系數(shù)最大值均超過了突出的臨界值，有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性;同時(shí)與隧道鄰近的礦井-桐麻灣煤礦（原沿江礦）為瓦斯突出礦井，該煤礦多次發(fā)生瓦斯突出事故，故在本次隧道瓦斯等級(jí)判斷中應(yīng)加以重視。

桐麻灣煤礦位于隧道北側(cè)，距線路約7 622 m;桐麻灣煤礦（原沿江礦）為突出礦井，該礦主要開采大蕎地組二段煤層，雖煤礦瓦斯涌出較小，但由于該礦小構(gòu)造發(fā)育，在煤礦開采過程中曾發(fā)生過動(dòng)力現(xiàn)象，有記錄的動(dòng)力現(xiàn)象16次，其中強(qiáng)度最大為250 t，瓦斯涌出量最多為4 188 m3，發(fā)生地點(diǎn)距地表的最小深度為192 m。動(dòng)力現(xiàn)象具體情況詳見表4。

4 隧道瓦斯分級(jí)結(jié)論

由于“44-中～46-下”號(hào)煤層發(fā)生過煤與瓦斯突出的動(dòng)力現(xiàn)象，根據(jù)《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》可判斷上述煤層為瓦斯突出煤層，寶鼎二號(hào)隧道在大蕎地背斜及寶鼎背斜核部穿上述煤層的地段應(yīng)為瓦斯突出工區(qū)段，該隧道可定性為瓦斯突出隧道。

根據(jù)上述分析及計(jì)算結(jié)果，將該隧道穿“44-中～46-下”的地段劃分為瓦斯突出地段，將其余穿大蕎地組地段劃分為高瓦斯地層，將洞身及出口段穿越的大箐組地段定性為低瓦斯地層。根據(jù)該劃分原則對隧道左右洞瓦斯地層進(jìn)行劃分，其結(jié)果為全隧低瓦斯地層約35%，高瓦斯地層約51%，瓦斯突出地層約14%。

寶鼎二號(hào)隧道目前已經(jīng)通車，通過施工過程中瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控分析報(bào)告看，該隧道瓦斯工區(qū)段落劃分與設(shè)計(jì)基本一致，另外在大蕎地組44-46號(hào)煤層開挖揭煤時(shí)，曾發(fā)生過瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，由此可見該隧道瓦斯等級(jí)劃分的方法是合適的，該隧道定性為瓦斯突出隧道是合理的。

參考文獻(xiàn)：

[1]四川煤田地質(zhì)一三七總公司.攀枝花至大理（四川境）高速公路寶鼎二號(hào)隧道煤層采空區(qū)及瓦斯專項(xiàng)調(diào)查報(bào)告 [D].達(dá)州.2016.8.

[2]李玉文，王聯(lián)，等.公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程（四川省地方標(biāo)準(zhǔn)DB51/T2243-2016）.四川省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，2016.08.18.

[3]胡千庭，等.煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范（AQ1024-2006）.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布，2006.11.02.