华蓥山隧道瓦斯监测方案.doc

目目 录录 一、编制依据一、编制依据2 二、工程概况二、工程概况2 2.1 概述.2 2.2 工程地质状况 .3 2.3 气候水文状况.9 2.4 设计概况.9 2.5 主要技术标准.10 三、工程特点与监测目的三、工程特点与监测目的10 3.1 隧道穿越煤层瓦斯地质特点 .10 3.2 瓦斯监测的目的 .12 四、瓦斯监测系统设计与仪器配备四、瓦斯监测系统设计与仪器配备13 4.1 总体设计 .13 4.2 瓦斯自动监测系统 .14 4.3 人员定位管理系统 .24 4.4 智能广播系统.31 4.5 隧道视频监控系统 .34 4.6 安全系统调度中心平台建设 .36 4.7 管理人员配置 .39 五、五、 人工瓦检人工瓦检40 六、监测资料整理、分析及报送六、监测资料整理、分析及报送42 七、瓦斯实时监测与报警、控制制度的建立七、瓦斯实时监测与报警、控制制度的建立42 八、监测工作质量保证体系八、监测工作质量保证体系42 九、监测工作的安全措施九、监测工作的安全措施43 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 华蓥山隧道瓦斯监测方案华蓥山隧道瓦斯监测方案 一、编制依据一、编制依据 1)煤矿安全规程 2)通风安全质量标准化标准 3)通风安全监测装备使用管理规定 4)煤矿监控系统总体设计规范 5)煤矿监控系统中心站软件开发规范 6)爆炸性环境用防爆电气设备通用要求 7)爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备要求 8)环境监测系统产品标准 9)煤矿安全质量标准化标准 10)煤矿安全监控系统通用技术要求(aq6201-2006)2006.05 11)煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范(aq1029-2007)2007.04 12)中华人民共和国行业标准公路隧道施工技术规范 jtj 04294； 13)中华人民共和国行业标准公路隧道设计规范 jtg d702004； 14)铁路瓦斯隧道技术规范( tb10120- 2002)； 15)重庆渝北至四川广安高速公路（重庆段）工程地质详细勘察资料 二、工程概况二、工程概况 2.1 概述概述 渝广高速华蓥山隧道起点位于北碚区与合川区交界处，有县级公路横穿隧 址区，并有乡镇公路从拟建隧道进出口附近通过，交通较为便利。k 线进口位 于重庆市北碚区静观镇西山村，由 se 至 nw 穿越观音峡背斜，出口位于重庆市 合川区清平镇桃李园村。华蓥山隧道属特长隧道，设计为双洞六车道，隧道左 线（zk23+467zk28+485）全长 5018m，右线（k23+467k28+467）全长 5000m，总体走向约 298，为双向隧道，左右分修，两线相距 1630 米，隧道 净空高度为 8.0m，宽度达 12.5m。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 2 华崟山隧道处于川东褶皱带腹部的观音峡背斜为一富水构造，近核部的 t2l、t1j、p2c、p1m 为强含水层，其间受 t3xj、t1f、p2l 弱含水层的阻隔作 用，形成三个相对独立的强富水带。华崟山隧道由 se 翼进入背斜，由 nw 翼穿 出，穿越以上三个强富水带，且隧道段大多处于地下水位以下，在此条件下的 隧道施工容易遭遇涌突水、突泥事故，同时可能造成地表塌陷、地下水疏干等 次生环境问题。 隧址区位于北碚区与合川区交界处，西面有 g75 高速公路以及 212 国道通 过北碚区，东面有 g60 高速公路与 210 国道通过，在观音峡背斜之上有 s204 省 道顺背斜走向穿越整个隧址区，并有乡镇公路从拟建华蓥山隧道进出口附近通 过，交通较为便利。 2.2 工程地质状况工程地质状况 2.2.1 地形地貌地形地貌 华蓥山隧道横穿观音峡背斜形成的背斜山，背斜核部为山脊线，标高一般 在 700800m，最高标高 851.9m；山脊两侧为岩溶槽谷，标高一般在 450700m，翼部则为“屏障式”列峰山岭顺向斜坡，标高一般在 480680m，坡角 2068。 隧址区整体为近南北走向的条状山，中部山脊线地形较陡，多呈陡坡地形， 坡角一般在 45左右，山脊高程一般为 650.0851.9m，地形相对较高。最高 点位于华蓥山隧道 k 线洞身段 zk38+080 处，地面高程约 960，最低点位于隧 道 k 线出口端 zk41+950 处，地面高程约 527，整体高差为 433m。 观音峡背斜呈“一山三岭夹两槽” 的地貌形态，背斜山脊线东侧槽谷标一 般为 595.0650.0m，并多分布溶蚀残丘、残峰。槽谷内岩溶发育，沿槽谷方 向多分布多分布溶蚀洼地，底部均覆盖第四系粘土，粘土总体厚度不大。槽谷 内岩溶洼地、漏斗、落水洞、溶洞等多呈串珠状分布出露，槽谷内的洼地之间 多被山丘阻隔，形成相互独立的洼地，区内瓦窑湾以北区域多有横向冲沟伸入 洼地，成为洼地地表水的排泄口，其中五里坝洼地（即华蓥山隧道位置）无横 切沟发育，呈封闭的洼地地形。瓦窑湾以南至嘉陵江则多为封闭式岩溶洼地， 无横切沟伸入洼地内，分布多个互相独立的漏斗、落水洞，且规模均较大，一 般宽度可达一百至数百米，如小凼、大凼、楠木凼等漏斗、落水洞基本呈串珠 华蓥山隧道瓦斯监测方案 3 状一字排开，被当地老百姓俗称为“九窝十八凼”。槽谷东侧为锯齿状山脊， 并多发育横向冲沟，冲沟切割多形成宽度较窄的“v”形谷，冲沟多切割较深， 并多深入岩溶槽谷内。 山脊线西侧槽谷规模比东侧槽谷大，槽谷标高一般 400.00460.00m。多 覆盖较厚的第四系粘土，谷内岩溶洼地、漏斗、落水洞、溶洞等的规模和数量 均明显弱于东侧槽谷，槽谷内纵向上地形起伏较小，槽谷延伸长，在华蓥山隧 道比较线附近即瓦店村和棕色之间为槽谷内的最高点，标高约 495.00m，由此 分别往南和往北高程逐渐降低。槽谷 nw 侧为由须家河地层形成条状山脊，并 发育有 5 条横切沟横切山脊伸入槽谷内，冲沟分别分布在杨柳坝、大屋村、棕 桥沟、大田坎及代家沟。 2.2.2 地层岩性地层岩性 隧道地层由新至老依次为：第四系坡残积层（q4dl+el）；侏罗系沙溪庙组 （j2s）、下溪庙组（j2xs）、新田沟组（j2x）、自流井组（j1-2z）、珍珠冲 组（j1z）；三叠系须河组（j3xj）、雷口坡组（t2l）、嘉陵江组（t1j）、飞 仙关组（t1f），二叠系长兴组（p2c）、龙潭组（p2l）、茅口组（p1m）。 2.2.3 地质构造地质构造 华蓥山隧道区域内构造较发育，以川东隔档式构造为框架，形成具有明显 特征的“重庆皱束”，其间在背斜中发育各期断层。重庆褶皱束由一系列平行 雁行排列的隔挡式梳状褶皱构造和走向压性断裂组成，呈北北东-南南西向展布， 在川东隔挡式褶皱中，华蓥山背斜、华蓥山背斜、明月山背斜延伸最长，而华 蓥山复式背斜构造面端在合川三汇镇撒开，形成向北东收敛的重庆帚状构造带， 包括沥鼻峡、温塘峡和观音峡背斜。区内背斜构造陡窄，向斜宽缓。背斜翼部 岩层倾角在 45以上，局部直立或倒转，宽约 46km。向斜地层倾角在 35 以内，宽 1020km。 华蓥山隧道位于新华夏系华蓥山帚状褶皱束，区内西山、沥鼻峡、温塘峡、 观音峡、龙王洞等背斜及其间的向斜，是该帚状褶皱束的南延部分。主要特点 是背斜褶皱紧密，两翼不对称多西陡东缓；背斜轴线扭摆多弯曲，呈反“s” 型，轴向倾斜变化多，构造分支多，独立高点多，断裂多。隧道穿越构造为观 音峡背斜和次级背斜构造，并发育多条断层，隧址区地质构造较为复杂。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 4 1）褶皱 华蓥山隧道区构造形态主要受观音峡背斜控制，隧道穿越观音峡背斜，该 背斜北起合川三汇镇 （与华蓥背斜斜接），往南跨过嘉陵江及长江，南延至江 津市贾嗣镇倾没，长约 105km，宽约 24km（以须家河组地层顶面计）。背斜 轴线扭摆多弯曲，呈反“s”形，呈 nnesn 向展布，两翼不对称，西陡东缓， 西翼倾角 75左右，东翼倾角 4055，背斜东西两翼褶皱分别为静观向斜、 北碚向斜。 2）断层 隧址区内断层以天府逆断层（f1）为主，其间发育四条 f2、f3、f4、f5 四条次生小断层，其中，隧道穿越 f1、f2 断层。 f1 逆断层（天府逆断层）：位于观音峡背斜北段东翼，区内长约 30km， 断层走向约 n35e，倾向 se，倾角 81，地面断开地层为飞仙关组、长兴 组、龙潭组，断层上盘向 nw 方向斜冲，为压扭性斜冲逆断层，该断层标高在 200700m 之间，断距由北往南从 150m 逐渐变小到 50m 左右。隧道 k26+000 处穿越该断层。 f2 逆断层：位于观音峡背斜北段东翼，区内长约 5km，断层走向约 n35e，倾向 se，倾角 70，地面出露地层为龙潭组，断层上盘向 nw 方向 斜冲，为压扭性斜冲逆断层，断层断距约 100m。隧道 k25+794 处穿越该断层。 3）节理裂隙 由于区内构造发育，在此按构造部位对裂隙进行了统计，其两翼特征见表 1。 表表 1 背斜节理背斜节理特征表特征表 构造部位 产状（走向/倾角、倾 向） 密度 （条/ m2） 节理特征 背斜 nw 翼 1201487178nw 347464856nw 46 多为张性裂隙，部分为闭合状，表 层少数被粘土充填，见钙质、铁质 充填。裂隙延伸长 38m。 背斜 se 翼 1422054562se 2402677078se 38 多为张性裂隙，多见钙质、铁质充 填。裂隙延伸长一般 210m，裂面 多较平整。 背斜近核部 1842154858 2973367078 512 多为张性裂隙，地表多数被粘土充 填，多见钙质充填。裂隙延伸长 212m，裂面多较平。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 5 2.2.4 水文地质水文地质 1）地表水 （1）区域水系及分水岭 华蓥山背斜位于北碚区嘉陵江以北，山脊总体呈 nne 向。隧址区轴部由飞 仙关组（t1f）和长兴组（p2c）(其它部位还有龙潭组（p2l）、茅口组 （p1m）地层)的页岩和可溶岩形成凸显的山岭，标高一般在 750870m，相比 两侧向斜谷地的相对高差达 500m 以上。在背斜翼部地形陡峻，为须家河组 （t3xj）地层形成的次级单斜山岭，地势一般较核部的可溶岩山岭低。山脉总 体地势为北高南低，由山脊构成的 nne 向纵向分水岭明显。 隧址区地表水均属嘉陵江水系。背斜南东翼地表水汇入黑水滩河，北西翼 地表水主要汇入清平河，而后两河直接流入嘉陵江；背斜北部三汇镇一带地表 水系多属局部小支流，东侧沟水汇入金刀峡，西侧沟水主要汇入三汇河再流入 渠江；背斜南侧被 嘉陵江切断。由于背斜总体地势北高南低，决定了地下水主 趋势流向为由 nne 向 ssw 向。 （2）隧址区地表水分布及特征 隧址区树枝状支沟发育及岩溶作用形成较多的落水洞、洼地、槽谷，并有 地下暗河分布，故地表基本无大的地表水体分布。区内出露的地表水体主要为 地下水的暗河分布，故地表基本无大的地表水体分布。区内出露的地表水体主 要为地下水的径流排泄点，以朱及暗河出口的形式出露。据“初勘报告”地表 调查，区内有暗河出口 17 处，流量 5.885.6l/s，标高主要在 580m640m， 总流量 624 l/s。主要分布在观音峡背斜的南东翼，北西翼由于受煤矿开采的影 响分布少。多被临近场镇作为生活用水水源。区内较大泉（井）点 66 个，流量 0.115 l/s，标高 300700m，总流量 190 l/s。 2）地下水 （1）含水岩组及富水等级的划分 本隧道穿过华蓥山隔挡式背斜，从两翼到核部穿越的地层依次为新田沟组 （j2x）、自流井组（j1-2z）、珍珠冲组（j1z）、三叠系须家河组（t3xj）、 雷口坡组（t2l）、嘉陵江组（t1j）、飞仙关组（t1f）、长兴组（p2c）、龙 潭组（p2l）地层。根据各地层岩性差异和含水特征不同，将隧址区地下含水岩 华蓥山隧道瓦斯监测方案 6 组划分为：碎屑岩类裂隙孔隙含水岩组、可溶性岩类溶洞溶隙含水岩组，但对 隧道影响较大的为碳酸盐类裂隙溶洞水为主。 根据不同部位构造、地貌、补给、储水条件不同，将碎屑岩类裂隙含水岩 组分为水量丰富、中等和贫乏三个等级；将碳酸盐类溶洞裂隙含水岩组划分为 水量丰富、中等两个等级。 （2）隧址区含水岩组富水特征 1. 碎屑岩类裂隙孔隙水 侏罗系红层含水岩系：该岩系由新田沟组（j2x）、自流井组（j1-2z） 和珍珠冲组（j1z）地层组成，主要分布于隧道进出口两端斜坡，进口段厚度约 800m，出口段 149m。岩系以泥岩、砂质泥岩、页岩为主，夹粉、细砂岩灰岩 等。泥岩和页岩属软质岩，地表风化裂隙发育透水性弱，为相对隔水层；砂岩 单层厚度一般小于 10m，且层厚不稳定，其孔隙较发育，渗透性较好，具备地 下水储备条件。由于该套地层总体为泥砂岩互层，各含水层地下水横向水力联 系弱，仅在强降雨时暂以少量上层滞水的形式存在，调查地表一般无泉水出露， 属孔隙裂隙弱含水层，地下水贫乏中等。 须家河组（t3xj）含水岩系：该岩系分布于背斜两翼，由砂岩与泥岩不等 厚互层组成，总厚度：东翼约 352m，西翼约 620m。其中 t3xj5、t3xj3、t3xj1 为泥岩含煤段，张裂隙不发育，富水性、透水性弱，为相 对隔水层，水量贫乏。t3xj6、t3xj4、t3xj2 为细中粒，薄厚层状砂岩段。 在砂岩中，张裂隙普遍较发育，多数未充填，纵向节理较横向节理发育，常切 穿岩层层间结构面。裂隙和孔隙，特别是层间裂隙为地下水的储存、运移空间。 且区内砂岩厚度大，出露广，可得到充分补给。整个砂岩构成主要含水岩层， 受构造和地形影响，地下水上部具潜水性，深部具承压性，调查地下水多沿砂 泥岩接触带以泉形式出露，流量一般 0.013l/s。属孔隙富水性丰富的含水层， 但富水性不均一。此外，在隧址区附近分布有煤窑多处，石门、煤巷和采空区 为地下水储存、运移提供较大的集水空间和廓道，据调查老窑坑口流量 10l/s 以上。因此，煤窑的分布情况对该套地层的含水性影响较大。 飞仙关组二、四段（t1f2、t1f4）含水岩系：该岩系分布于背斜两翼靠核 部，主要由页岩，泥岩夹泥质灰岩、灰岩组成。总厚度：东翼约 463m，西翼 约 378m。岩透水性差，为相对隔水层，地下水贫乏。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 7 龙潭组（p2l）含水岩系：地表无出露，分布于背斜核部，主要岩性为泥岩、 页岩夹煤层，岩层透水性差，为相对隔水层，地下水贫乏。地下水主要储存在 采空区内，受采空区影响较大。 2.碳酸盐岩类裂隙溶洞含水岩组： 水量丰富的可溶性岩类溶洞含水岩组为三叠系中统雷口坡组（t2l）、嘉陵 江组（t1j）、飞仙关组三段（t1f3）地层的灰岩、白云岩、白云质岩、泥质灰 岩，局部夹盐溶角砾岩等组成。经地表调查，该类型岩组岩深强烈发育发育， 地表多形成沟槽或者洼地，出露众多落水洞、漏斗、溶洞、暗河等岩溶现象， 且分布复杂，为地下水补给提供了较好的条件。其中又以三叠系飞仙关三段和 嘉陵江二、四段岩溶更为发育，地下水极为丰富。而其它组段的岩溶发育程度 相对较低，地表出露的泉流量相比也较小，其富水性相对稍弱。 水量中等的可溶性岩类溶洞溶隙含水岩组主要由长兴组（p2c）的燧石灰 岩和飞仙关组一段的杰岩、页岩组成，分布于背斜核部山脊线附近，其顶部和 底部分别被飞仙关组一段下部的页岩和龙潭组页岩所隔。由于该地层处于山顶、 坡陡的特殊位置，不利雨水充分入渗 ，决定了该地层岩溶不甚发育。据调查地 表岩溶漏斗、落水洞、坚井、溶洞等岩溶现象少，泉点也较少，且流量较小； 该含水岩组地下水主要在岩溶裂隙中运动，于切层沟谷地带出露地表。 综述，碳酸盐岩类溶洞裂隙含水岩组在不同岩性接触带是岩溶最发育的地 段，隧址区的可溶岩类及不同的层序组合，岩溶发育有较大差异。因此，碳酸 盐岩含水岩系水文地质条件较复杂，水量多丰富，构成拟建隧道重要涌水或突 水层段。 3.天府断裂富水性特征 天府逆断层（f1）发育于观音峡背斜东翼近轴部，断层面近直立，该断层 断开的底层分别有龙谭组、长兴组及飞仙关组地层。由于断层带岩体较破碎， 构造裂隙发育，具有较好的富水性，但由于断层带岩性以粘土岩为主，地下水 主要赋存于断裂构造的裂隙中，总体水量不大。根据初勘的调查：金马煤矿、 刘家沟煤矿及磨心坡煤矿的揭露情况表明，采煤平硐在揭露该断层时均出现过 涌水情况，涌水量约 10003000m3.由此表明，拟建隧道在穿越该断层时可能出 现涌水现象。 4.地下水补给、径流、排泄条件 华蓥山隧道瓦斯监测方案 8 补给：主要接受大气降雨补给，多年平均降雨量达 1204.3mm，丰沛的降 雨给地下水提供了源泉。在非可溶岩地区，入渗系数较小，大气降雨大多沿地 表斜坡向溪沟汇流，少部分入渗补给地下水。在可溶岩中，槽谷区地表岩溶由 轴部向两翼发育程度减小，地表多为落水洞、漏斗、洼地，沿构造线方向呈串 珠状排列，为地下水的补给区，接受大气降雨补给，沿垂直岩溶管道下渗，赋 存于水平岩溶管道及溶蚀裂隙中 径流、排泄及动态特征条件：华蓥山背斜属于典型的隔挡式背斜，隔挡式 背斜地下水径流限制在碎屑岩所夹持的可溶岩范围内，岩溶地下水主要沿背斜 轴向，顺碳酸盐岩地层走向流动，具体流向受当地侵蚀基准面控制。径流方式 有岩溶管道和岩溶裂隙两种径流，地下水大部分集中在与构造线方向一致的管 道中径流。岩溶水的排泄受地形和河流水文网的制约，大多在地形低洼处和河 流切割部位排泄，主要以暗河和岩溶下降泉的形式排泄。而在非可溶岩地区， 地下水的排泄主要是沟谷控制，浅表部地下水向沟谷排泄。整个华蓥山隧道区 段地下水主要沿构造线方向顺层径流，通过大泉和泄流排入嘉陵江。局部受沟 谷切割，向沟谷排泄，最终汇入嘉陵江。嘉陵江为区域的排泄基准面。 5.隧道涌水量预测 本隧道在可溶岩段及可溶岩和非可溶岩接触带发生涌水突泥的可能性较大。 在隧道进出口和中段均通过白邻煤矿、荣泰煤矿和太来煤矿等的采矿区时，可 能会遇到采空区积水，造成较大的涌突水。预测华蓥山隧道总的平均正常涌水 量为 60201m3/d，总的最大涌水量为 190819 m3/d。 2.3 气候水文状况气候水文状况 项目区属亚热带温湿气候区，湿度大，冬冷夏热，降雨丰富，夏季多暴雨， 根据北碚气象局资料：多年平均气温 18.8，极端最低气温-3.8，极端最高 气温 43。全区多年平均降雨量 1204.3 毫米，最大日降雨量达 263.8 毫米， 一般集中在 59 月，并常有雷阵暴雨，占年降雨量的 70%。雾日全区年平均 40 天，最多达 148 天，偶见降雪，无霜期长。 本隧址区属长江一级支流嘉陵江水系。区内观音峡背斜东翼地表水系为黑 水滩河，西翼地表水系为梁滩河；南侧被嘉陵江切断，北侧地表水系多属局部 小支流。受构造控制，地表两翼主河流由 ne 流向 sw，与背斜轴线一致。区 华蓥山隧道瓦斯监测方案 9 内横向冲沟发育，平面上多属树枝状水系，次级支流部分为季节性溪沟，具暴 涨暴落的特点，时有流水，而主沟常年有流水。地表植被发育，生态环境较好。 2.4 设计概况设计概况 华蓥山隧道里程桩号 zk23+467k28+485（k23+467k28+467）单线 5018/5000m（双线 10018m）。本标段隧道内路面纵坡进口端为 0.507%的上 坡，出口端为 2.4%的上坡，进口路面横坡-2%，出口路面横坡 3%。标段包 括正洞洞门，洞身开挖、支护、衬砌，相关附属工程：13 个人行横通道、6 个 车行横通道、6 个紧急停车带。 2.5 主要技术标准主要技术标准 1）道路等级：六车道高速公路； 2）设计车速：100km/h； 3）隧道型式：双向六车道； 4）路基宽度：33.5m； 5）设计荷载：公路-i 级； 6）设计基准期：100 年 7）地震基本烈度：度 8）隧道建筑限界：一般地段隧道建筑限界净宽 14.75m，净高 5.00m； 紧急停车带段隧道建筑限界净宽 17.25m，净高 5.00m 人行横通道建筑限界净宽 2m，净高 2.5m 车行横通道建筑限界净宽 4.5m，净高 5m 9）隧道防水等级：二级，二次衬砌混凝土抗渗等级不小于 p6。 车行、人行横通道防水等级：二级，二次衬砌混凝土抗 渗等级为 p6。 三、工程特点与监测目的三、工程特点与监测目的 3.1 隧道穿越煤层瓦斯地质特点隧道穿越煤层瓦斯地质特点 根据勘察报告，华蓥山隧道穿越观音峡背斜两翼及核部含煤地层三叠系须 家河组和二叠系龙潭组，背斜两翼须家河组地层中的煤层均为可采煤层，煤层 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 0 厚一般 0.3m，洞身段背斜西翼煤层倾角 6872，背斜东翼煤层倾角 7074。在背斜核部区域龙潭组地层分布多层可采煤，厚度一般在 0.8m 左右， 由于构造复杂，煤层倾角变化较大，但总体一般在 65左右。其中须家河组煤 层属低瓦斯煤，发生瓦斯突出、煤尘爆炸及煤层自燃的可能性小，而龙潭组煤 层属高瓦斯煤，易发生瓦斯突出、煤尘爆炸及煤层自燃现象。隧道属高瓦斯隧 道，必须加强监测，采取专门的防突措施，进行瓦斯抽放，防止突出发生。 1）煤矿采空区 华蓥山隧址区有悠久的采煤历史，分布多处煤矿，且主要分布在观音峡背 斜西翼和轴部区域，东翼分布较少。其中跟隧道相关的规模性煤矿有 7 处，分 别为荣泰煤矿、金马煤矿、太来井煤矿、大田煤矿、刘家沟煤矿、白岭煤矿及 新木煤矿。其中荣泰煤矿、白岭煤矿及新木煤矿开采的为须家河地层的煤，其 余煤矿则开采龙潭组地层的煤。隧道穿越煤层采空区的段落有：k 线左线 k24+182k24+203 段、k27+366k27+385 段、k27+512k27+532 段、 k27+632k27+651 段；k 线右线 yk24+171yk24+192 段、yk27+367yk27+386 段、yk27+510yk27+529 段、yk27+617yk27+636 段。隧道开挖可能产生塌陷 和采空区突水，在龙潭组地层采空区可能揭露采空区内聚集的瓦斯气体。 2）穿煤 华蓥山隧道穿越观音峡背斜两翼及核部含煤地层三叠系须家河组（t3xj）和 二叠系龙潭组（p2l），不考虑已采空的煤层，k 线穿煤段落分别有 k23+796k23+801 段、k23+924k23+928 段、k24+064k24+069 段、 k25+421k25+476 段、k25+590k25+595 段、k25+629k25+634 段、 k25+707k25+716 段、k25+880k25+886 段、k25+901k25+908 段、 k27+145k27+149 段。由煤层分布里程可见，煤层几乎分布于整个隧道的始终。 3）压煤 隧道穿煤里程为 k23+796k23+801 段、k23+924k23+928 段、 k24+064k24+069 段、k25+421k25+476 段、k25+590k25+595 段、 k25+629k25+634 段、k25+707k25+716 段、k25+880k25+886 段、 k25+901k25+908 段、k27+145k27+149 段。其中须家河组一段含 1 层可采煤， 三段含 1 层可采煤，五段含 2 层可采煤，煤层厚 0.30m，龙潭组可采煤主要为 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 1 k2、k4、k6 及 k8，煤层厚度约 0.80m。按隧道两侧，上下各 100m 为禁采区， 煤层体自重 1.50 吨/m3，根据各煤层所在位置的倾角进行计算，隧道压覆煤储 量约 48.6 万吨。 4）有毒有害气体 据收集的隧址区附近大坝沟煤矿的瓦斯鉴定报告：该煤矿开采 t3xj 地层中 的煤，瓦斯鉴定报告表明该煤矿为低瓦斯矿井。隧洞穿过 t3xj 煤层段为低瓦斯 区段。统计见下表 2 瓦斯检验报告统计表。 表表 2 2 瓦斯检验报告统计表（大坝沟煤矿）瓦斯检验报告统计表（大坝沟煤矿） 2007 年度2008 年度2009 年度2010 年度 相对瓦斯涌出量（m3/t） 8.879.387.346.36 绝对瓦斯涌出量（m3/min） 0.140.190.170.13 相对 co2涌出量（m3/t） 6.345.435.623.71 另外据收集的隧址区刘家沟煤矿的瓦斯鉴定报告：该煤矿开采 p2l 地层中 的煤，瓦斯鉴定报告表明该煤矿为高瓦斯矿井，属于煤与瓦斯突出矿井。隧洞 穿过 p2l 煤层段为高瓦斯区段。统计见下表 3 瓦斯检验报告统计表。 表表 3 3 瓦斯检验报告统计表（刘家坝沟煤矿）瓦斯检验报告统计表（刘家坝沟煤矿） 2007 年度2008 年度2009 年度2010 年度 相对瓦斯涌出量（m3/t） 42.4445.9646.4665.34 绝对瓦斯涌出量（m3/min） 4.363.876.265.89 相对 co2涌出量（m3/t） 23.6417.1318.1819.52 根据对原刘家沟煤矿的调查，刘家沟煤矿自建矿以来共发生煤与瓦斯突 出 30 余次，突出煤量达 1 万余吨，最大突出强度为 5488t/次(1990 年 8 月 3 日 开采+70m 水平木莲伞煤柱以北区域的 k2 煤层时)，最大涌出瓦斯量为 3.5105m3。根据四川煤田地质局 135 地质队提交的重庆煤炭工业公司天府 矿务局刘家沟煤矿-200m 水平延深补充勘探地质报告，龙潭组煤层煤尘爆炸 指数为 2123%，煤层均具有煤尘爆炸危险性。另外该报告指出，矿井开采的 煤层有自燃倾向，属易自燃及较易自燃煤层，发火期 13 个月，本矿曾多次发 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 2 生过采空区煤层自然发火事故。 由以上资料可知，华蓥山隧道具有煤层分布广，采掘历史久，采空区范围 大，同时，距离洞口越远瓦斯含量和压力越高的特点。所以，必须加强施工全 过程的瓦斯监控并做好瓦斯灾害防治工作。 3.2 瓦斯监测的目的瓦斯监测的目的 隧道施工过程中瓦斯监控量测是保证瓦斯隧道施工安全的重要手段，是避 免人员伤亡和设备损坏的必要措施，对于保证隧道安全、快速施工至关重要。 监测目的具体为： 1）通过对掌子面 24 小时实时监测，及时掌握隧道掘进造成的瓦斯涌入而 导致的瓦斯超标，及时报警，保证人员安全撤离，避免瓦斯爆炸等重大 灾害； 2）通过对隧道中段的监测，及时了解因隧道通风不良而导致的隧道局部瓦 斯富集，消除隐患，保证施工正常进行； 3）通过隧道洞内风速监测，及时掌握隧道通风情况，结合瓦斯浓度监测结 果，对隧道内瓦斯含量进行主动干预与控制； 4）通过设备瓦斯闭锁装置，及时停止瓦斯含量超标状态下设备的运转，排 除引起瓦斯爆炸的隐患，实施安全控制。 四、瓦斯监测系统设计与仪器配备四、瓦斯监测系统设计与仪器配备 4.1 总体设计总体设计 华蓥山隧道属于复杂地质条件下高风险特长公路隧道，设计为高瓦斯隧道， 实际上所穿越煤层具有多次瓦斯突出的历史，而且分布于隧道深部，通风难度 大。所以，必须加强瓦斯监测工作和施工管理。有鉴于此，设计如下监测系统， 如表 4 和图 1 所示： 表表 4 华蓥山隧道瓦斯监测与施工管理系统设计表华蓥山隧道瓦斯监测与施工管理系统设计表 系统名称系统名称职能职能系统功能系统功能 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 3 瓦斯自动监测系统监控 主要功能：在隧道掘进巷道内安装监测设备、 各类传感器，实时采集巷道内的 n2、ch4、co2、co、粉尘、so2、sh2 等有毒有害气 体进行分析处理，一但发生数据超限，在监控中心 和现场同时声光报警提示。对局部通风机和主通风 机进行在线式运行监测，一但风机停止运行或有故 障时监控中心同步声光报警提示。 具有数据存储，报表打印，历史数据查询，图 形显示，曲线分析等软件功能。 人员定位系统管理 主要功能：在掌子面、下导坑作业面、二衬施 工等区域设计安装人员定位分站和读卡天线，对区 域内的作业人员进行实时动态跟踪定位管理，对每 天进入巷道作业的人员进行数量统计，考勤管理。 在突发瓦斯事故、塌方、涌水、突泥等灾害导 致人员被困的条件下，可以明确被困人员数量和位 置，为及时营救准备必要的条件。 智能广播系统管理 主要功能：在掌子面、下导坑作业面、二衬施 工等区域设计安装智能广播机站，在瓦斯超标、突 水、突泥等重大事故发生时，及时通过广播发出撤 离指令，避免人员伤亡。 视频监控系统监测 主要功能：在主要作业点、峒口、库房（炸药） 等区域设计安装高清红外摄像机，对区域内的人和 物进行实时动态监控管理。 图 1 华蓥山隧道瓦斯监测与管理系统设计示意图 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 4 4.2 瓦斯自动监测系统瓦斯自动监测系统 瓦斯自动监控系统由地面中心站、监控软件、数据接口装置(调制解调器)、 洞内智能分站、各种矿用传感器及控制执行器组成。具体详见图 2。 图图 2 2 瓦斯自动监控系统电缆传输方式结构示意图瓦斯自动监控系统电缆传输方式结构示意图 4.2.14.2.1 监控系统软件主要功能监控系统软件主要功能 系统应用软件运行在 microsoft windows98/2000/xp 中文操作平台上，采 用 visualc+6.0、microsoft access2000 或 sql server2000 数据库编制，采 用多进程、多线程技术实时并发处理多任务，软件功能丰富。 系统具有通讯传输测试、传输故障记录、显示、传输错误统计功能。 系统自检功能，包括分站、传感器故障诊断，报警提示。 在线生成分站定义、传感器定义、监测点定义，修改监测点的报警、断电 等监测参数功能。 以各种表格、曲线形式显示各测点实时数据，包括监测参数、测点位置、 数值、状态、报警值、断电值等。 实时数据、统计数据的查询、报表统计功能。数据调用、查询功能齐全， 可查询实时数据、历史数据、各种曲线、报警、断电以及操作记录，便于管理 人员分析处理。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 5 相同类型传感器和不同类型传感器的实时数据同屏曲线动态对比功能。 动态图形显示功能。系统具备各种动态图元素的生成绘制，建立了多种动 态图形库，可以方便的绘制采掘平面图、通风系统图、监控设备布置图，使用 户对井下实时数据和设备运行状态的了解更形象、生动；同时具有多种动态图 的循环显示功能。 数据存储采用变值变态、疏密结合、数据库动态生成的方式，使数据的存 储容量只和计算机的硬盘容量有关系，如果硬盘容量足够大，监测数据可无限 期保存。 多种报警方式。以图标变化、数值颜色变化、声音等多种方式报警。 报警数据的无线发送功能。系统能将报警数据发送到主管领导的手机中， 以便及时处理各种危险事故。 系统具有多种用户权限管理功能。不同的用户具有不同的操作权限。 监测终端采用 b/s 结构。监测终端采用 java 语言，终端监测用户只输入 ip 地址或网址可完成数据、图形监测。 组网功能。系统向外提供了统一的数据接口，便于联网和其它数据分析系 统联网。系统主界面如图 3 所示。 图图 3 3 监控系统的主界面监控系统的主界面 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 6 4.2.24.2.2 系统主要设备系统主要设备 1 1）传输接口装置）传输接口装置 传输接口装置是用于监控分站和地面监控主机之间进行通讯的智能型接口 装置。该装置以 fsk 移频键控通讯方式通过二芯无极性电缆与分站通讯，接口 装置内置光电隔离、保护安全栅，抗干扰性能好。如图 4。 图图 4 4 传输接口装置图片传输接口装置图片 主要技术指标主要技术指标 供电电压：ac220v； 整机功耗： 10w； 与分站间传输速率：1200bps； 最大传输距离：不小于 15km； 信号线最大短路电流：50ma； 接口与主计算机传输：rs232c、距离不大于 15m； 防爆型式：一般兼本质安全型； 传输接口工作方式：主从、半双工、单层连接。 2 2）监控分站）监控分站（大）（大） 监控分站内含本质安全电源，省去了向传感器供电的电源箱，结构紧凑， 便于在井下安装使用。按新版安全规程要求设计，各项功能齐全。除具备采集、 显示井下各种安全参数数值、设备运行状态以及接受主机命令传送数据和状态 信息以外，还具有如下功能： 具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。传输线断线或中心站软 件故障时，分站仍可独立工作，确保井下安全生产； 具有监控设备故障闭锁功能，防止不接入监控设备违章生产； 配接的传感器种类、量程、断电点、复电点等参数在地面中心站主机定义 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 7 生成以程序下装到分站，分站免编程； 根据测点定义，分站能够执行异通道断电功能，使井下断电控制更灵活； 分站装有备用电池，交流电源掉电后自动投入工作，供电时间2h。 通用监控分站（8 模 8 开）是监控系统的重要组成部分，具有数据采集、 控制输出、遥控输入、液晶显示等功能。分站能完成两路甲烷风电闭锁功能。 当监控系统故障或数据传输线断线时，分站可独立工作。分站可以接收电流、 频率等符合矿山行业标准规定的多种信号制式传感器信息。如图 5。 图图 5 5 监控分站（大）监控分站（大） 主要技术指标主要技术指标 （1）防爆型式：矿用本质安全型；防爆标志：exib （2）工作电压：dc 18v （3）最大工作电流：不大于 250ma （4）分站容量： 模拟量输入：8 路模拟量输入，可输入频率型、电流型； 开关量输入：8 路开关量输入； 控制量输出：8 路开关量输出。 (5）输入输出信号制 模拟量输入信号：频率型模拟量输入：200hz1000hz，电流型模拟量输入： 1ma5ma 或 4ma20ma，频率型和电流型通过跳线互换，其中开关量和模拟量 可互换。 (6）显示 采用液晶显示，分站具有汉字显示功能，能显示各种传感器名称、数值。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 8 (7）模拟量的转换误差不大于 1%。 (8） 开关量输入信号：0/5ma。 (9）控制量输出信号：高低电平，高电平时不小于 5v（负载电流 3ma） ，低 电平时不大于 0.5v。 (10）通信口的传输方式：主从、半双工。 3 3）通用监控分站（小）通用监控分站（小） 图图 6 6 通用监控分站（小）通用监控分站（小） 主要技术指标：主要技术指标： 容量：模拟量输入 4 个；开关量输入 4 个；控制量输出 4 个。 输入信号制式：模拟量 2001000hz、0200hz、0400hz、2006001000hz；开关量：05ma。 控制输出：断电继电器接点容量 ac220v 5a；dc12v。 4 4）智能遥控甲烷传感器）智能遥控甲烷传感器 智能遥控甲烷传感器用于检测矿井空气中的甲烷含量。它是一种智能型检 测仪表，具有自动稳零、低功耗、软启动、环保电源、精度高、稳定可靠等特 点。各种操作可通过遥控器来实现，免开盖调试。能与国内各种监控系统、风 电瓦斯闭锁装置、断电仪配套使用。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 1 9 图图 7 7 智能遥控甲烷传感器智能遥控甲烷传感器 表表 5 5 主要技术指标主要技术指标 测量范围 0-4% ch4 测量误差 0.001.00 % ch4，0.10 % ch4 1.002.00 % ch4，0.20 % ch4 2.004.00 % ch4，0.30 % ch4 响应时间小于 30s 报警点0.5-2.5% ch4 可调 报警方式红色 led 灯闪烁、蜂鸣器鸣叫 输出信号200-1000hz 或 4-20ma 工作电压本安 dc8v-22v 电 流 50ma 5 5）一氧化碳传感器）一氧化碳传感器 一氧化碳传感器是用于连续检测矿井一氧化碳气体浓度的高精度仪表。传 感器使用进口检测元件，使传感器的性能、测量精度、使用寿命都大大提高。 具有红外遥控调校零点、灵敏度、报警点等功能。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 2 0 图图 8 8 一氧化碳传感器一氧化碳传感器 表表 6 6 主要技术指标主要技术指标 测量范围0-100ppm 或 0-500ppm 测量误差 2 响应时间小于 40s 报警点 24ppm 报警方式红色 led 灯闪烁、蜂鸣器鸣叫 输出信号200-1000hz 或 4-20ma 工作电压本安 dc8v-21v 电 流工作电流50ma；报警电流70ma 6 6）风速传感器风速传感器 风速感器是采用超声波测量原理。主要用于连续监测矿井通风总回风巷、 井下主要测风站、扇风机等处的风速，是矿井通风安全参数测量的重要仪表。 具有红外遥控调校功能和调校简单的特点。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 2 1 图图 9 9 风速传感器风速传感器 表表 7 7 主要技术指标主要技术指标 测量范围 0.3-15 m/s 测量误差小于 0.3 m/s 响应时间小于 40s 显示三位 led 就地显示 输出信号200-1000hz 或 4-20ma 工作电压本安 dc8v-21v 电 流工作电流70ma 7 7）设备开停状态传感器）设备开停状态传感器 设备开停状态传感器主要用于监测矿井机电设备运行状态，如矿井主扇、 局扇、链板运输机、胶带运输机、水泵等的开停状态。传感器将机电设备开停 状态信号转换为电流信号，传送到监控分站。 传感器为矿用本质安全型设备，适于在具有瓦斯及煤尘爆炸危险矿井中使 用。该传感器具有灵敏度高，结构紧凑，功耗低，安装使用方便及免维护等特 点，该传感器既可以用于两线三态监测，也可以用于三线两态监测，适合与国 内现有监控设备配套使用。 华蓥山隧道瓦斯监测方案 2 2 图图 1010 设备开停状态传感器设备开停状态传感器 表表 8 8 主要技术指标主要技术指标 工作电源本安 dc9v-21v、整机电流10ma 动作值大于 5a 输出信号三线两态：5ma /0ma 两线三态：6ma /2ma/0ma 运行显示led 亮/灭 至分站的距离 2km 设备配置清单设备配置清单 表表 9 9 设备配置清单设备配置清单 序号序号设备名称设备名称规格规格单位单位数量数量备注备注 1 监控主机专业工控机台 4 2 显示器 21 台 4 3 串口卡 pci/usb 张 2 4 报警音响木质套 2 5 打印机激光打印机台 2 6 ups 电源 5kva/2h 台 2 7 监控软件 kj83n 套 1 含网络远程 端 华蓥山隧道瓦斯监测方案 2 3 8 数据通讯接口 kj83n-j 台 4 9 信号避雷器 scty-b-1 台 4 10 电源避雷器 scty-b-2 台 4 11 监控分站 kj83-f2 台 4 12 一氧化碳传感器 gth500(b) 台 8 13 二氧化碳传感器 grg5h(b) 台 8 14 风速传感器 gfw15 台 4 15 负压传感器 gpd5 台 4 16 高低浓度甲烷传感 器 gj4/4d 台 12 17 粉尘浓度传感器 gcg1000 台 4 18 硫化氢传感器 glh200 台 4 19 温度传感器 gwd100 台 4 20 风机开停传感器 gkt-l 台 4 21 风量传感器 gft6 台 4 22 远程断电器 kdg5/36 台 4 23 稳压电源 ca1713 台 4 24 全量程甲烷检测报 警仪 jcb4(b) 台 10 25 四参数便携测定器 cd4 台 10 26 本质安全型红外测 温仪 cwh700 台 5 27 头灯只 28 安全帽只 29 通信线缆 mhyv1*4*0.43km20 30 接线盒个 50 华蓥山隧道瓦斯监测方案 2 4 4.3 人员定位管理系统人员定位管理系统 生产安全的核心是人的安全。矿山、隧道生产迫切需要利用相应的人员跟 踪定位设备，全天候对人员进行实时自动跟踪和考勤，随时掌握每个员工的位 置、活动轨迹及人员的位置分布情况。 矿用人员定位管理系统是我公司本着 “科技兴安为己任、 以人为本”的指导思想，应用数字信息手段、rfid 技术， 研发生产的具有独立知识产权的矿用安全电子产品，适宜于煤矿、隧道人员的 安全管理。 本系统各项性能指标均通过了国家安全检验检测中心的各种检验、测试、 评审等；取得了国家安标中心颁发的安标证、防爆证、检验合格证 。 对项目的设计，严格执行gb3836.1-2000 爆炸性环境用防爆电气设备通 用要求 、 aq 1048-2007 煤下作业人员管理系统使用与管理规范的规定，坚 持以下原则。 1 1）以人为本，严格管理，消除隐患）以人为本，严格管理，消除隐患 通过对隧道作业人员实时、精确的定位，建立了一个完整而实时的隧道管 理信息系统，可对隧道作业人员的工作岗位、计划安排、进出巷道的权限、人 员分布、安全物资流动等要素进行严格管理， 以达到落实责任、提高安全生产 的技术水平、保证安全生产的目的。 2 2）实现可视管理，提高管理水平）实现可视管理，提高管理水平 为调度控制中心提供准确、实时的隧道作业人员身份信息、工作位置、工 作轨迹、安全物资流动等相关管理数据，实现了对隧道工作人员的可视化管理， 提高生产管理的水平。 3 3）实行有效监督，保证制度落实）实行有效监督，保证制度落实 通过对瓦斯巡检、通风巡检、设备巡检、安全巡检等安全生产岗位人员的 精确定位，确保其按规定线路、时间、地点以及次数检查到位，杜绝瓦斯检查、 安全检查的脱岗、空班、漏检情况，及时发现和处理危险情况，促进安全生产。 4 4）提高救援效率，保障生命安全）提高救援效率，保障生命安全 一旦发生安全事故，通过该系统立刻可以知道该作业面的具体工作人员构 成及人员数量、事故发生位置、救援设备位置等信息，尽快确定被困人员的身 华蓥山隧道瓦斯监测方案 2 5 份、人数、所处位置等必要信息，确保抢险救灾和安全救护工作的高效运作。 救援人员可使用手持式探测器接受被困人员的信息，极大地提高救援效率，保 障生命安全。 （1 1）系统主要功能）系统主要功能 1.实时掌握隧道人员的动态情况 地面人员不能及时动态掌握隧道工作人员的相关情况，如：人在哪？多少 人？是谁？地面人员根本无法了解，从而也无法对人员进行有效的管理。 2.杜绝空、漏检情况发生 严格的安全生产规章制度，如瓦斯巡检制度、安全检查制度，但往往空班、 漏检的情况却时有发生，给安全生产带来了极大的隐患。 3.人员的合理分配 为了增产，盲目增加人员，隧道人员严重的不合理集中，极易造成极大的 损失，往往有关领导并不知情。 4.便于救援 一旦发生事故，因为无法掌握人员的相关信息，连人数都难于统计，有效 救援更如同盲人寻路，造成抢险救灾、安全救护的效率极低，救护效果极差。 （2 2）系统原理概述）系统原理概述 人员定位管理系统人员定位管理系统是集计算机技术、rfid 信息采集处理技术、无线数据传 输技术、网络数据通讯技术、机械电子自动控制技术于一体的系统产品，可实 现各类车辆、人员在不同状态（移动、静止）下的自动识别。 本系统的隧道人员定位跟踪管理功能基于射频识别技术对煤矿隧道作业人 员进行跟踪和管理实现的。系统通过对作业人员佩带的无线识别卡发出的电波 信号进行识别从而达到对人员的出入进行实时监控，非法出入，隧