淺談瓦斯隧道施工技術(shù)

白前昆

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶 400000）

0 引言

瓦斯隧道的施工技術(shù)性較強(qiáng)，在施工過(guò)程中，施工設(shè)備的控制和運(yùn)行都需要控制。隨著當(dāng)前工程建設(shè)技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，隧道施工技術(shù)也在不斷完善。加強(qiáng)瓦斯隧道施工質(zhì)量，施工人員應(yīng)科學(xué)選擇施工工藝，確保施工過(guò)程的安全。

1 工程概況

華巖隧道長(zhǎng)約4.9km，是重慶市“主城西進(jìn)”的重要通道，隧道穿越中梁山南礦采空區(qū)，為瓦斯隧道（見(jiàn)圖1）。中梁山南礦是著名的煤與瓦斯突出礦井，瓦斯氣儲(chǔ)量為406億m3。礦井煤層瓦斯壓力最大達(dá)4.7MPa，煤層瓦斯含量為15.41～19.3m3/t，礦井相對(duì)瓦斯涌出量74.61～215.77m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量47.67～51.21m3/min，礦井瓦斯等級(jí)屬煤與瓦斯突出礦井。在進(jìn)行隧道施工的過(guò)程中，需要對(duì)瓦斯地段施工技術(shù)進(jìn)行控制。

圖1 華巖隧道

瓦斯隧道是指含有低含量瓦斯氣體的隧道，在對(duì)瓦斯隧道的施工過(guò)程中，瓦斯氣體對(duì)施工人員的身體健康具有一定的威脅性，長(zhǎng)時(shí)間的施工會(huì)造成施工人員瓦斯中毒。另外施工中可能導(dǎo)致瓦斯爆炸與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，為保障瓦斯隧道施工安全性，需對(duì)瓦斯隧道施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2 施工中引發(fā)瓦斯爆炸的主要原因

瓦斯是從煤和周圍巖石中逸出的甲烷、二氧化碳和氮的混合物，它是無(wú)色、無(wú)味的。瓦斯爆炸有三個(gè)主要條件：有一定濃度的瓦斯、高溫火源和足夠的氧氣。首先，瓦斯爆炸有一定的濃度范圍和相應(yīng)的極限。當(dāng)氣體濃度在5%～16%之間時(shí)，將發(fā)生瓦斯爆炸。濃度為5%是爆炸的下限值。低于這個(gè)限度，在明火情況下不會(huì)發(fā)生爆炸，但在火焰周圍會(huì)形成燃燒層。在濃度超過(guò)16%的情況下，即使失去爆炸特性，也會(huì)發(fā)生在空氣中的燃燒。當(dāng)氣體濃度約為9.5%時(shí)，與氧的反應(yīng)完成，爆炸功率最大；高溫火源為氣體的點(diǎn)火溫度，也是氣體點(diǎn)火的最低溫度，通常在650～750℃范圍內(nèi)，但也可能因火源性質(zhì)、混合氣體壓力等因素而發(fā)生變化。當(dāng)氣體與高溫火源直接接觸時(shí)，不會(huì)立即爆炸，且感應(yīng)時(shí)間短。充足的氧氣是瓦斯爆炸的必要條件之一，氧氣濃度超過(guò)12%，氣體濃度和高溫火源符合條件，就會(huì)發(fā)生爆炸事故。

3 瓦斯隧道施工中各技術(shù)要點(diǎn)的分析

3.1 隧道開(kāi)挖技術(shù)要點(diǎn)

（1）為了保證瓦斯隧道施工安全，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案要求對(duì)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

（2）在施工過(guò)程中，需要對(duì)開(kāi)挖進(jìn)尺進(jìn)行控制，隧道掘進(jìn)工作面應(yīng)當(dāng)保持一定錯(cuò)位，即一個(gè)掘進(jìn)工作面應(yīng)當(dāng)超前另外一個(gè)掘進(jìn)工作面，超前距離控制在60m。

（3）在煤系地層采用鉆爆開(kāi)挖時(shí)，按照臺(tái)階法開(kāi)挖進(jìn)行炮眼布置，必須嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。①嚴(yán)格采用不低于三級(jí)的煤礦許用炸藥和煤礦許用電雷管，五段毫秒電雷管總延期時(shí)間不得超過(guò)130ms；②在穿煤過(guò)程中護(hù)頂工作要及時(shí)，尤其在半斷面（上臺(tái)階斷面）開(kāi)挖時(shí)，要堅(jiān)持做到短開(kāi)挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、搶支護(hù)，采用密鉆眼、少裝藥、多分段，襯砌緊跟開(kāi)挖掌子面，盡量形成封閉環(huán)。

（4）在隧道開(kāi)挖期間，需要實(shí)施隧道內(nèi)的瓦斯含量監(jiān)測(cè)。瓦斯隧道施工過(guò)程中有專業(yè)人員監(jiān)測(cè)瓦斯數(shù)據(jù)，還可在隧道內(nèi)設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)器，監(jiān)控器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛龋?dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到設(shè)定上限時(shí)，檢測(cè)器會(huì)進(jìn)行預(yù)警，以對(duì)施工人員進(jìn)行警示。

（5）由于隧道施工的特殊性，可以在連接左右隧道的連通橫道內(nèi)適當(dāng)位置處，設(shè)置避難硐室、風(fēng)門等設(shè)施。在隧道內(nèi)每隔一定距離設(shè)置測(cè)風(fēng)站，用于測(cè)量風(fēng)速、溫度、濕度、CH4、CO2等參數(shù)。

3.2 爆破及運(yùn)輸設(shè)備作業(yè)技術(shù)要點(diǎn)

（1）必須采用濕式鉆孔，開(kāi)挖工作面附近20m風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔坏么笥?.5%.

（2）洞內(nèi)爆破必須統(tǒng)一指揮，并由經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)且持有爆破操作合格證的專業(yè)人員進(jìn)行作業(yè)。爆破作業(yè)和爆破器材管理人員必須穿防靜電服裝；洞內(nèi)每天放炮次數(shù)應(yīng)有明確規(guī)定，裝藥與放炮時(shí)間不得過(guò)久。

（3）爆破是以炸藥為主要材料，選擇炸藥時(shí)不得超期使用變質(zhì)炸藥，購(gòu)買炸藥須按國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。為了保證爆破作業(yè)的安全，必須控制炸藥的用量，在炸藥中可以加入消焰劑，以減少明火的發(fā)生。為保證爆破時(shí)間的控制，必須對(duì)感應(yīng)靈敏度進(jìn)行控制。

（4）對(duì)于炸藥、雷管等危險(xiǎn)品的存在和運(yùn)輸，各項(xiàng)管理和操作工作的開(kāi)展，均應(yīng)以國(guó)家有關(guān)規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此類危險(xiǎn)品進(jìn)行管理。與此同時(shí)，在爆破作業(yè)中，為了保證其正常運(yùn)行，必須使用專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行爆破作業(yè)。

（5）為保證爆破工作的質(zhì)量，在爆破作業(yè)之前，必須按照有關(guān)規(guī)范對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控。放炮作業(yè)時(shí)，應(yīng)選擇母線連接和起爆方式，判斷爆破的可行性，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，應(yīng)立即停止爆破。當(dāng)達(dá)到爆破要求并完成爆破工作后，要及時(shí)通風(fēng)，通風(fēng)30min以上，檢查人員方可進(jìn)入工作面。

（6）爆破人員應(yīng)提前在爆破現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)工作間，并應(yīng)注意自身著裝物品，不得穿戴化纖材料衣物。

（7）運(yùn)輸車輛防爆設(shè)備改裝依據(jù)煤礦行業(yè)的《礦用防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車通用技術(shù)條件》（MT/T 989—2006）、《礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)》（MT/T 990—2006）以及《爆炸性環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術(shù)通則》（GB 19854—2005）、《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》（GB 3836）等，對(duì)車輛的柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，蓄電池等電氣系統(tǒng)進(jìn)行防爆改裝，通過(guò)改裝，實(shí)現(xiàn)消除引火源目的。根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)以及實(shí)際使用環(huán)境，為在不影響設(shè)備的正常使用的前提下，同時(shí)能讓設(shè)備達(dá)到基本的防爆要求。

（8）在隧道內(nèi)運(yùn)行的所有運(yùn)輸車輛和所有作業(yè)機(jī)械除進(jìn)行防爆改裝外，必須設(shè)置車載移動(dòng)分站、車載移動(dòng)瓦斯傳感器和車載移動(dòng)斷電儀。在施工中實(shí)現(xiàn)施工設(shè)備預(yù)警和自動(dòng)斷電、熄火，防止瓦斯爆炸。

3.3 隧道瓦斯抽排放技術(shù)要點(diǎn)

隧道施工瓦斯抽放系統(tǒng)可采用移動(dòng)瓦斯抽放泵和在地面建立固定瓦斯抽放系統(tǒng)，根據(jù)華巖隧道實(shí)際情況，隧道施工穿越煤層較多，考慮在進(jìn)口端地面建立一個(gè)瓦斯抽放泵站，使抽出的瓦斯直接排出隧道外，站內(nèi)安設(shè)2臺(tái)高負(fù)壓瓦斯抽放泵，對(duì)進(jìn)口端左、右兩幅隧道的掘進(jìn)面進(jìn)行預(yù)抽煤層瓦斯，當(dāng)掘進(jìn)面前方遇到采空區(qū)時(shí)，打抽放鉆孔對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放。若右幅隧道先揭煤，則從瓦斯抽放泵房鋪設(shè)一趟高負(fù)壓瓦斯抽放主管至右幅施工隧道的掘進(jìn)工作面，對(duì)右幅隧道進(jìn)行抽放。左幅隧道需抽放時(shí)，再將抽放管路經(jīng)左右幅隧道橫通道鋪設(shè)至左幅隧道掘進(jìn)工作面抽放點(diǎn)。同理，若左幅隧道先行抽放，則將管路鋪設(shè)于左幅隧道，右幅隧道需抽放時(shí)再?gòu)淖蠓榉殴苈蜂佋O(shè)至右幅隧道瓦斯抽放點(diǎn)。

3.4 初支與二襯施工技術(shù)要點(diǎn)

初期支護(hù)：瓦斯隧道施工過(guò)程中，需按瓦斯?jié)舛葎澐止ざ危煌ざ尾捎貌煌谋Ｗo(hù)措施。一般說(shuō)來(lái)，瓦斯工段分為三個(gè)等級(jí)，主要是按國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，其中一、二級(jí)工段要求進(jìn)行復(fù)合襯砌，同時(shí)根據(jù)施工環(huán)境對(duì)二襯進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二次襯砌施工：為了保證氣體的阻隔和防止氣體的泄漏，在二次襯砌設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用氣密性混凝土作為二次襯砌設(shè)計(jì)。二次襯砌采用專業(yè)的防瓦斯設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)理念非常科學(xué)，值得注意的是，在瓦斯施工高度相對(duì)較高的地段，二次襯砌施工應(yīng)保證拱、墻、仰拱初支之間的完全閉合，以對(duì)瓦斯氣體進(jìn)行隔離。當(dāng)隧道施工段距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)考慮襯砌降壓管的設(shè)計(jì)。

3.5 防明火措施

（1）靜電防護(hù)措施。由于人體易攜帶靜電，在施工瓦斯隧道時(shí)，施工人員不允許穿戴任何化纖材料的衣物進(jìn)入工作環(huán)境。對(duì)于可產(chǎn)生靜電的工具機(jī)，需要進(jìn)行接地處理，以保證隧道施工環(huán)境的靜電防護(hù)，杜絕因靜電而造成的危險(xiǎn)事故。

（2）明確操作規(guī)范。在隧道建設(shè)過(guò)程中，施工機(jī)具與巖石的碰撞會(huì)產(chǎn)生火花，這類現(xiàn)象雖不常見(jiàn)，但仍需預(yù)防。在施工過(guò)程中，要禁止明火，此類工作規(guī)范應(yīng)以瓦斯隧道施工規(guī)章的形式體現(xiàn)出來(lái)，以保證施工人員對(duì)此類防火措施的了解。

（3）管理防范措施。在隧道施工過(guò)程中，要對(duì)隧道施工進(jìn)行監(jiān)督和監(jiān)督，減少材料的堆積，不斷檢查和管理隧道施工中的細(xì)節(jié)，通過(guò)瓦斯監(jiān)控器（見(jiàn)圖2）進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，同時(shí)通過(guò)消防設(shè)施配備和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急方案的制定，防止發(fā)生危險(xiǎn)事件，從而保證在出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，及時(shí)開(kāi)展應(yīng)急反應(yīng)工作。

圖2 瓦斯監(jiān)控器

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，瓦斯隧道施工雖然危險(xiǎn)性較大，但只要掌握瓦斯爆炸的原因、要求和爆破技術(shù)，就能有效地防止瓦斯爆炸，充分保證瓦斯隧道的施工安全。