高瓦斯隧道通風技術研究

李 鳴

（中交路橋建設有限公司，北京 101121）

1 工程概況

雞鳴隧道進洞口坐落于重慶市城口縣婆子鄉梨坪村南西側斜坡處，溝底高程約827.50 m，進口斜坡坡向約56°； 出洞口位于一斜坡下部，斜坡下部為常年性河溝-雙岔河，勘察時沖溝流量約30 L/s，溝底高程約為818.90 m。 出洞口斜坡坡向約148°，坡角30°～48°，隧址區的最高標高點位于K64 km＋130 m 山頂，標高2030 m，最低標高點位于隧道出口段的沖溝溝底附近，標高818.90 m，相對高差達1215.50 m，隧道最大埋深1140.05 m。 隧址區在K65 km+836 m～K65 km+898 m 段、 K66 km+975 m～K66 km+996 m 段穿越龍馬溪組炭質頁巖層，厚約23～33 m，厚度相對較大，出露位置主要是團城-雙河背斜兩翼，南翼埋深較淺，一般84～86 m，巖層直立，儲氣構造不佳，容易逸出地表，故隧道施工遇頁巖氣溢出的可能性較小。 但北翼巖層相對緩傾，埋深達507～526 m，隧道施工遇頁巖氣溢出的可能性較大。

勘察后，雖然SCK2 號鉆孔揭穿了P3d 和P2g兩層含煤地層，但由于鉆孔中P3d 埋深較淺，含煤料，分述如下。

1） 依據通渝隧道對C1，C2 煤層瓦斯總涌出量推測其瓦斯含量為12.52 m3/t 及9.52 m3/t，瓦斯總涌出量為2.98 m3/min 及2.65 m3/min。 通渝隧道為高瓦斯隧道。

2） 根據城口縣安監局收集的東升煤礦相關資料可知： 東升煤礦為瓦斯礦井，瓦斯絕對涌出量為0.3 m3/min，相對涌出量為6.7 m3/t，為低瓦斯礦井。

由于本次控制煤層的鉆孔較少，且煤層分布的不連續性，已實施的鉆孔SCK2 揭露的煤層情況無法囊括本場地所有含煤地層。 結合收集的資料綜合考慮，將雞鳴隧道歸為高瓦斯隧道。

2 隧道工程施工方式分析

2.1 擴散通風

擴散通風主要是通過自然風的方式進行隧道內外的氣體交換，使得隧道內施工工作面的氣體與外部相結合，而不需要再設置相應的通風設備，來排出隧道內部渾濁的氣體或瓦斯[1]。 但擴散通風有著比較明顯的缺點，因沒用主動的通風設備使其通風的效率不高，能夠影響的范圍也很小，所以一般適用于隧道深度較小的隧道[2]。

2.2 引射器通風

引射器通風是利用噴嘴噴出的高壓流體在噴嘴射流的周圍造成負壓而吸入空氣，并在混合管口內混合，將能量傳遞給被吸入的空氣，使之具有通風壓力，達到通風的目的。 引射器通風主要包含壓氣式引射器通風和水力引射器通風，這兩種通風方式具有不同的優勢和缺點。 其中壓氣式引射器通風是采用壓氣驅動，價格較高，不夠經濟且得到的風力和風量有限； 優點是體積較小，安裝簡單，工作時期噪音小。 通常情況下壓氣式引射器不作為主要的通風手段使用，而是作為輔助的通風方式進行設置。 而水力引射器通風則是以水為動力，在費用上相對于壓氣式引射器通風價格更低，更加經濟。 水力引射器通風可以在工作盲區使用，比較適合超前導坑開挖[3-4]。

2.3 機械通風

機械通風主要包括： 壓入式通風、 壓出式通風和混合式通風。 其中混合式通風就是將壓入式與壓出式的通風方式相結合，即通風管道既能將新鮮空氣壓入也能將隧道工作面的渾濁空氣或瓦斯壓出，這樣的通風方式可以較大地提高通風效率，能夠很好地滿足施工的需求[5]。但需要特別注意的是，在進行管道安裝時必須是適用的硬質管道，因此裝置的設置費用較高，且在實際施工過程中必須把控好壓入或壓出的時機。

2.4 利用輔助坑道通風

2.4.1 雙巷通風

兩個平行隧道通過橫洞連接，工作面兩側采用壓機通風，靠近門的一端密封，避免循環空氣的發生雙向通風。

2.4.2 混合式通風

隧道進風口處安裝風機壓機，將新風送至工作面。 當隧道與地面高度相差較大時，其自然產生的風壓就可以滿足送風標準，這時就不用特別設置風壓裝置。

3 雞鳴隧道通風方式的選擇與施工重點

3.1 通風方式

雞鳴隧道是左側洞長為7435.2 m，右側洞長為7452 m 的超長隧道。 因此雞鳴隧道的通風方式總體選擇機械通風。 對于隧道施工中的非瓦斯區域和低瓦斯區域施工時采用壓入式通風方式。 而對于高瓦斯區域的施工則采用壓入式通風結合雙巷通風的方式。 高瓦斯施工區域應按照設計要求配置通風設備，不斷地將外部新鮮空氣壓入到施工區域，加快內外氣體的交換速率，以滿足施工規范要求。 根據設計資料可知，隧道口的正洞挖掌子面所需風量為3972 m3/min，根據數據選擇風機類型，可以采用FBDCZ-19 型2×110 kW （單機高速風量2550～5430 m3/min，風壓116～3417 Pa） 防爆式抽風機，將其設置在正洞門口，即可滿足現場施工對雞鳴隧道通風的技術要求。

3.2 地下風機房及其附屬工程結構設計

雞鳴隧道于K61 km+224 m～K62 km+300 m 右側設置一處地下風機房，位于IV 級圍巖內，并設置一通風斜井，平長620 m，斜長676.24 m，坡度為43.55%，采用有軌運輸施工工藝。 地下風機房及其附屬工程包括地下風機房、 排風聯絡風道、 排風口、 設備房、 運輸通道、 人行（電纜）等的設置。

3.3 瓦斯區段及瓦斯突出區段處設計

1） 施工工序要求。 當施工斷面接近所預測的煤層時，要進行預報處理，并通過鉆孔等方式測定其準確位置。 要測定此處瓦斯濃度與壓力，然后抽排釋放瓦斯，同時加強通風，隧道內空氣質量達到規范所標定的安全標準后才可進行施工[6]。 在所穿越的煤層及前后20 m 范圍內按照一級防護的要求進行襯砌處理，若發現煤層采空區，則按采空區相關設計進行處理。

2） 增加瓦斯檢測措施，采用人工檢測與自動監測相結合的方式。

3） 加強通風。 通風所需風量應按規范中瓦斯絕對涌出量分別計算，同時滿足瓦斯工區施工中風速需超過1 m/s 的要求。 施工通風方式宜用巷道式通風方式。

4） 采用防爆型施工設施，嚴格落實施工現場管理措施，防止出現任何形式的火花或者明火。

5） 為降低運營中瓦斯滲漏的風險，對穿煤中心點前后10 m 范圍內應采用開挖后徑向注漿的方式封堵裂隙[7]。

6） 運營中增加瓦斯檢測次數，可利用新型智能化系統實現對隧道中瓦斯含量的實時監控，同時對裝設在隧道內的風機實現自動控制，當系統所監測到的瓦斯濃度超過所設置的瓦斯最大濃度時自動報警，自動開啟備用風機，以及時吹散瓦斯，降低其在隧道中的濃度。

3.4 鄰近瓦斯區段防滲漏設計

因雞鳴隧道的施工段穿越龍馬溪組炭質頁巖，施工中極易遇到高瓦斯區。 所以對臨近瓦斯段進行防滲漏設計非常必要。 當施工到達高瓦斯區域時，應該增加監控手段。 一旦發生泄露，應立即排查滲漏區域，確定滲漏量大小，并按照上述3.3 瓦斯區段及瓦斯突出區段處的設計方案對隧道進行處置變更。 若瓦斯滲漏量較大、 瓦斯壓力也較大，應在上述步驟中增加注漿措施，可采用開挖后徑向注漿、開挖后局部注漿的方式進行處理[8]。

3.5 自燃煤層的處治

針對施工區域的地質風險，不排除煤層出現自燃的可能。 因此，在施工過程中要進行預勘察，判斷煤層自燃的位置。 當隧道施工進入自燃煤層段落時，首先應對煤層的自燃傾向性進行鑒定，根據鑒定結果綜合采取預防煤層自燃的措施，加強施工通風及灑水降塵，并對可能發生自燃的煤層及時噴射混凝土將其封閉，以免發生煤塵爆炸或煤層自燃。同時，為了避免煤層自燃，對周圍環境產生影響，對自燃煤層的棄渣要單獨堆放，并用1 m 厚的地表黏土進行封閉，分層壓實、 鋪平，頂部還應設置3%～5%的排水坡度。

4 總結與經驗

4.1 施工效果總結

通過上述的設計方案，使得整個工程能夠有效應對在施工過程可能出現的瓦斯突然滲透等突發情況。 經現場測量可知，隧道施工區域中的風速可以穩定在1.2 m/s 左右及以上，并且全隧道的最低風速也高于0.5 m/s，完全滿足現行規范中對于隧道施工區域風速不宜小于1 m/s 的要求以及全隧道最低風速應大于0.5 m/s 的要求。

4.2 通風方式和設備的選擇

實際施工中盡量避免選擇擴散通風方式，雖然擴散通風的方式不用特別安裝通風設備，可以節約工程費用，但其通風效果不穩定且通風效果比較差。 隧道施工的運輸環節通常分為有軌運輸和無軌運輸。 對于有軌運輸通常選擇壓入式或者混合式通風方式。 而對于無規則運輸則選擇吸入式或混合式等通風方法比較合適。 特別地，若出現平導設置的施工情況，通常則選擇巷道式通風方式。

選擇通風風機時要充分考慮現場的通風方式和結構布置。 風機的尺寸要小于通道的尺寸，且風管的排列方式為等距排列。 風機的數量要根據現場的實際情況以及管道的大小進行綜合考慮，并不是越多越好。 工作過程中應保證風機的風力穩定、 風量充足且對管壁的壓力較小，可以在達到良好通風要求的同時，盡量做到經濟[9]。

對于風管的選擇，理論上應采用直徑較大的風管，這樣能夠有效地降低風阻，節約能源，提供充足的風力以及足速的風速。 但還是要與風機、 通風方式和結構布置相結合，形成系統的通風方式，特別要注意，在進行風管連接時，要保證風管之間的緊密相連，防止在通風過程中出現氣體從氣管的連接縫隙中跑出的情況，防止發生實際通風效果與理論通風效果相差較大的情況。

5 結束語

本文根據雞鳴隧道的實際情況，對隧道的通風環節進行了相應的研究。 特別是對于高瓦斯隧道，針對性地說明了瓦斯給施工環節帶來的問題和困難。 同時指出了施工過程中存在的影響通風情況的因素，最后提出了對應不同情況應該如何選擇相應的通風方式和設備。