瓦斯地层隧道施工.doc

一、 瓦斯地层的施工猫鲁寺隧道在D1K215+100D1K216+900段（对应平导里程PD1K215+000PD1K216+910段）穿越含煤或炭质页岩地层，为高瓦斯地段，瓦斯涌出量为0.68m3/min、隧道所有施工机电设备均采用防爆型，爆破材料采用煤矿专用炸药及电雷管起爆，按瓦斯隧道相关要求组织施工，并建立健全安检制度，制定各种应急预案。（一） 煤层探测及煤与瓦斯突出预测煤层探测及煤与瓦斯突出的研究表明，煤层畸变、分岔、煤厚突变处是最易发生突出现象的部位，而施工中若误揭煤层则会诱发灾难性事故。因此，了解煤层的赋存形态，通过标志层判定煤层就尤为重要。在掌子面距预测煤层位置10m以外，于上部导坑打3孔超前钻孔，详细记录岩芯，寻找标志层，确定煤层编号，及记录煤层空间位置及煤层厚度。根据煤炭行业规范规定，超前钻孔必须穿透煤层全厚并进入底板岩层（底板标志层）不小于0.5m，其终孔位置应控制在开挖轮廓外5m左右。为掌握煤层变化情况，隧道下部导坑也需打12孔超前钻孔，与上部导坑之钻孔相互印证。开挖面掘进至已定位煤层净距为5m时，首次揭煤前作2个预测孔，对煤与瓦斯赋存条件、突出程度进行预测，以确定防突措施。通常首次预测确定煤层具有突出性后，该层煤即为突出煤层。由于煤与瓦斯突出的机理十分复杂，因此，在其它部位施工时，仍应进行检验性预测孔预测。常用的是钻屑指标法，钻屑指标法临界值见表6-2-2-10。此外，在钻孔时利用所测瓦斯涌出初速度ghk及利用每米钻孔最大钻屑量、最大瓦斯涌出初速度确定的R值，也可作为预测突出的指标。表6-2-2-10 钻屑指标法临界值表最大钻屑量SK钻屑解析指标突出危险性Kg/mL/mhzk（Pa）CkK1.K(Ml/gmin1/2)f0.35f65.42002.30.80.6突出危险65.42002.30.80.6突出威胁（二） 防止煤与瓦斯突出的措施1. 瓦斯排放排放范围为隧道开挖轮廓以外5m。排放步骤与隧道开挖步骤相适应，由距煤层净距5m处掌子面施作排放钻孔，排放钻孔的数量跟据检测瓦斯数量，施工通风情况进行设置。实际上，若考虑先揭煤之施工部分开挖面的排放钻孔，则排放钻孔可减少10%以上。排放至瓦斯压力小于本矿区最小突出瓦斯压力值后，即可采取揭煤措施。2. 瓦斯揭煤工程措施揭煤采用金属骨架支护，震动放炮揭开石门，争取一次揭开煤层。首次揭煤应引起高度重视。而在煤层中掘进，煤与瓦斯的动力现象多为小型突出或压出、倾出为主。由于掘进过程中破坏了原有应力场，二次应力的产生及集中作用，岩体受爆破影响后的弱化作用，都为煤层弹性储能的释放提供了条件，煤与瓦斯的突出多发生于开挖爆破后。因此，安全揭煤首先要对周边煤体进行适当加固，限制开挖后应力场的变化范围，结合防突采用的金属骨架，采用不同外插角的自进式锚杆。其中，大外插角者，以超前加固岩（煤）体、封闭开挖范围以外煤体裂隙，以缩小岩体松弛区，防止大变形的发生，减少瓦斯涌入坑道的数量。小外插角者，作为揭煤之金属骨架防止煤与瓦斯的突出，同时也是作为保证施工安全的超前小管棚。首次揭煤作业流程见图6-2-2-7扩大揭煤作业流程见图6-2-2-8。3. 防止煤与瓦斯突出的备用措施布设较密集的排放钻孔本已起到了煤体的卸压作用，若排放效果不理想时，还可利用这些排放孔进行水力冲孔，诱导煤层喷孔现象。形成有控制的连续的小型突出，通过煤与瓦斯的大量喷出，使排放范围内具有突出危险性的煤体失去突出能力，同时水能加强煤体的可塑性，降低其弹性储能，减缓释放速度，达到防止突出的目的。4. 加强隧道通风按照隧道通风设计方案加强通风，实时监测通风质量，为保证施工安全，施工通风十分重要，要求洞内风速要保证不小于0.25m/s，风流中瓦斯浓度不得超过1%。通风供电为双回路制，保证通风不中断。进口工区由于瓦斯含量低采用压入式通风，出口（平导）工区在第一个横通道贯通前，采用压入式通风，第一个横通道贯通后至正洞贯通前利用平导采用巷道式通风。具体分四个阶段，第一、二阶段出口及出口平导均采用压入式通风；第三、四阶段均采用巷道式通风，为避免污风回流，平导中部横通道临时封闭。具体见出口（平导）通风阶段图6-2-2-36。静态验收图6-2-2-3 隧道出口工区施工通风第一阶段（高瓦斯阶段）静态验收图6-2-2-4 隧道出口工区施工通风第二阶段（高瓦斯阶段） 静态验收图6-2-2-5 隧道出口工区施工通风第三阶段（高瓦斯阶段） 静态验收图6-2-2-6 隧道出口工区施工通风第四阶段（高瓦斯阶段）注意事项a、巷道式通风时，正洞风机随正洞开挖前移，尽量缩短通风长度，满足通风要求。根据施工现场机械、施工组织等综合考虑正洞风机位置。不用的横通道均设置临时封闭，防止回流。b、出口正洞和平导进入高瓦斯地段后所有的电机设备均采用防爆型，各工作面主风机均备用一套同性能风机，并经常保持良好状态，风管采用抗阻燃、抗静电风管。c、为防止天然气聚集，在局部位置如台车顶、塌腔顶、洞室等易聚瓦斯处设局扇，保证洞内风速不小于1m/s。高瓦斯地段不间断通风，保证洞内天然气浓度小于0.5%，低瓦斯地段天然气浓度达到0.58%，立即开启风机通风稀释。对每层煤均应实施采用抽放或水力冲孔对每层煤均应实施超前钻孔预测孔煤与瓦斯突出危险性预测进行实施性防突设计震动放炮揭煤防突效果检验施作金属骨架、超前锚杆、注浆加固岩体等安全措施钻孔排放瓦斯无效效果尚不理想有突出危险效果理想图6-2-2-7 首次揭煤作业流程图（三） 瓦斯隧道防爆施工机械配套及供配电设备1. 施工机械及电气设备鉴于以内燃机为主动力的机具目前还难以解决防爆问题，故瓦斯隧道应采用以电力为动力的有轨运输及与其配套的施工机械；机械设备的工作效率应能保证所要求的隧道施工进度；进入隧道的施工机械及电气设备应具有防爆或隔爆性能，机具外表应有明显的“KA”“KB”“KH”“EX”或“MA”等标志；2. 供配电系统a、对瓦斯隧道的施工用电，应设有两回路电源线路，当一路电源发生故障停止供电时，另一回路仍能负担隧道用电的负荷。但根据铁路隧道的具体情况，架设两回路线路有困难时，亦可就近建设发电站作为备用电源。b、瓦斯隧道内供电系统，应作到“三专”“两闭锁”，即专用变压器、专用开关、专用供电线路和瓦斯浓度超标时与供电的闭锁、局扇通风与供电的闭锁，以保证瓦斯隧道安全施工；c、电压波动范围，高压为额定值的5%，低压为额定值的10%；超前钻孔检验性预测孔进行瓦斯突出危险性预测震动放炮揭煤防突效果检测施作金属骨架、超前锚杆、注浆加固岩体等安全措施采用抽放或水力冲孔无效效果尚不明显有突出危险无突出危险钻孔排放瓦斯效果理想对每层煤均应实施图6-2-2-8 扩大揭煤作业流程图d、频率波动范围为50Hz1Hz；e、隧道内敷设的电缆应符合“煤规”第444条规定：高压电缆应使用有屏蔽的监视型橡套电缆，低压电缆应使用不延燃橡套电缆，各种电缆的分支连接，必须使用与电缆配套的防爆连接器、接线器和插销。从施工速度的要求来看，由于煤系地层不允许大断面深孔大药量爆破，为防止煤层突出以及从保持巷道稳定出发，应采用“小断面、短进尺、弱爆破”方式，因此采用钻孔台车的优越性并不突出。施工通风使用主扇时，应在通风机房内安装一套有同等能力的备用风机。3. 供电设备的“三专”“两闭制”a“三专”专用变压器、专用开关、专用线路根据 “煤规”要求，对瓦斯隧道施工的重要机电设备，必须实行“三专”措施，以确保安全施工。其措施是：“由10kV电力T接干线10/6kV洞口专用变压器，由配电室矿用开关柜经矿用监屏橡套电缆送电至洞内隔爆动力专用移动变电站，降压为380V后，再由各防爆馈电开关及防爆电缆完成向各工点的供配电。”b“两闭锁”指“瓦电闭锁”与“风电闭锁”。瓦电闭锁原理见图6-2-2-9。检测瓦斯浓度1%以下时通知供电电源馈电开关瓦斯达1.5%时动作瓦斯断电仪工作面瓦斯探头工作面施工用电设备 控制闭锁线路图6-2-2-9 瓦电闭锁原理图瓦斯隧道施工中，在煤系地段因为通风不良或其它原因，会在短时间内大量瓦斯集聚超限，此时如操作电气或机械设备，可能会因漏电、短路、操作电弧等原因产生火花、引燃、引爆瓦斯，故采取在区域供电主开关处设置瓦斯断电仪，将其探头设在有瓦斯突出及工作面适当地方。当瓦斯超限时，该探头能发出报警信号，同时经断电仪控制迅速切断供电主开关；瓦斯浓度未降到要求标准时，断电仪能控制主开关不会合闸送电，从而保证了施工和人身安全，也即是实现瓦斯超限时与供电主开关的闭锁功能。风电闭锁原理见图6-2-2-10。动力电源检测瓦斯指标通知馈电开关开、停瓦斯员工作面施工用电设备馈电开关局扇电源风电闭锁线路局扇局扇开关图6-2-2-10 风电闭锁原理瓦斯隧道施工中，因停电、放炮等原因各局扇及机电设备要停止使用，这时，可能某些部位瓦斯会聚集超限，当恢复供电后，如同时启动机电设备和局扇，或在局扇之前启动机电设备，均可能会因机电设备、电缆线路的漏电、短路、操作产生火花电弧、引燃、引爆瓦斯。因此，必须是局扇先行启动供风，稀释瓦斯达到标准后，动力设备才能启动操作。在局部和动力设备主开关间设有电气闭锁线路，即“风电闭锁”。任何下，局扇停止，则动力设备即停止工作；风扇启动时，其它动力设备不会同时启动，以保证安全。此一安全措施，也即“风动闭锁”。二、 施工保证措施1. 加强思想教育瓦斯隧道施工管理，要坚决贯彻“安全第一、预防为主、依靠科学、综合治理”的方针，施工中的各项管理工作必须在此方针的基础上做到科学、简便、严密、系统。为保证瓦斯隧道的施工作业的安全性，在管理上要突出以下几点：组织机构的建立与队伍的设置要服从安全的需要；当安全与作业安排发生矛盾时要做到安全第一；当安全与施工进度发生矛盾时要做到安全第一；当施工受到自然灾害威胁时，要做到安全第一；2. 安全教育培训、凡从事瓦斯隧道工作的干部、工人，都必须进行防治瓦斯的安全技术培训，并经考试合格后发给安全工作合格证。未经培训或经培训未取得合格证的人员，干部不许指挥生产，工人不许上岗作业。、安全技术培训干部、工人都必须学习有关安全方针、政策、法规和有关安全规定，学习掌握防治瓦斯自救、互救的基本知识。干部必须学习安全技术理论知识，掌握瓦斯灾害事故发生规律、预防措施和处理方法。工人必须学习安全基础知识，了解有关事故发生的预兆，掌握事故预防和应急措施，熟悉本工种操作规程及有关设备的操作和排除故障的方法。、电工、爆破工、瓦检员、电器设备防爆监察员及仪器、仪表校正人员和防突措施效果检验人员等特种作业人员，必须经地方劳动局等有关部门的培训，取得合格证后，方准上岗作业。、调换工种人员及参与技术革新的有关人员，必须重新进行安全技术培训。、结合揭煤施工和安全检查进行职工的安全教育，每揭一道突出煤层前，必须对干部工人进行防突防爆教育，工程队每周结合安全检查进行周安全教育，组织学习事故案例，分析事故发生原因及预防措施，提高预防事故的能力。3. 加强超前地质预报工作坚持各项超前预报，探明前方地质，根据探测情况实施针对性方案。4. 建立可靠的供电系统瓦斯隧道的施工，必须保证连续供电，因为一旦隧道的通风设备供电中断，不仅影响隧道的正常施工，而且极易造成瓦斯聚集而引发瓦斯、煤尘爆炸和火灾事故，因此，必须在瓦斯隧道建立可靠的供电系统，包括可靠的电源和双回路电源线路。供电形式，以地方电网接入电源作为主要电源。为了应急，在出口备用二台500kw的柴油发电机。为防止因线路故障而停电，向洞内敷设2路电源电缆线（供施工用和备用）。电缆采用矿用橡套阻燃防爆电缆线，并在线路中安装矿用自动馈电开关和漏电保护及过流保护装置，当电缆、电气装置或电动机发生短路或过载事故时，可自动切断。5. 加强通风把瓦斯浓度降低到爆炸界限以下，稀释和排除炮烟加强通风是搞好瓦斯隧道安全施工的有效手段。施工期间应加强通风，实施连续通风，并防止瓦斯积聚，保证人员安全。洞内风速应不小于1m/s。洞内通风口尽可能设于拱顶以保证顶部通风，避免死角的出现。局部瓦斯可能积聚的地方采用局扇通风。6. 加强隧道瓦斯检测（1） 检测部位a、隧道作业面，左中右三个位置。b、隧道开挖超挖、凹陷、塌方区、裂隙处以及风流死角。c、打超前探孔时，在靠近探孔处测试d、洞内电气焊作业点，内燃机具、电机及附近20m范围内e、隧道洞室中，如变电所、水泵站、水仓等瓦斯易于积聚处。f、进洞的动力机具应在机具上悬挂热催化式瓦斯测定仪。（2） 测定次数a、瓦斯检测人员必须跟班测定瓦斯浓度，保证“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”，即在打眼后，放炮前，放炮后测定瓦斯浓度以及工班长或安全员，放炮员及瓦检员三人同时在场放炮。b、在其余工作时间每小时测定一次瓦斯浓度。c、特殊地段应经常进行瓦斯监测。每个检测点设置明显的瓦斯记录牌。每次检测结果及时填写在瓦斯记录本和记录牌上，并逐级上报。瓦斯检测人员执行瓦斯巡回检查制度。7. 隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施，详见表6-2-2-11。表6-2-2-11 隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施序号地点限值超限处理措施1低瓦斯工区任意处0.50%超限处20m范围内立即停工，查明原因，加强通风2局部瓦斯积聚（体积大于0.5m3）2.00%超限处附近20m停工，断电，撤离人，进行处理，加强通风3开挖工作面风流中1.00%停止电钻钻孔1.50%超限处停工，撤离人，断电查明原因，加强通风4工作面回风流中1.00%停工，撤人，处理5放炮地点附近20m风流中1.00%严禁装药放炮6煤层放炮后工作面风流中1.00%继续通风，不得进人7局扇及电气开关10m范围内0.50%停机，通风，处理8电动机及开关附近20m范围内1.50%停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理9竣工后洞内任何处0.50%查明渗漏点，进行整治8. 预防瓦斯爆炸瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：一是要有足够的氧气（氧气浓度在12%以上）；二是要有一定的沼气（5%16%，以9.5%时爆炸最为猛烈）三是要有高温火源，如明火、放炮火花、电器设备火花等。铁路隧道施工规范规定：“坑道中氧气含量按体积不小于20%”，这是施工人员生存的基本条件。因此，隧道在施工过程中氧气能达到瓦斯爆炸所需浓度，这是无法避免的；至于隧道里的瓦斯浓度，则主要取决于煤层和围岩中的瓦斯含量，我们只能利用通风和其它排放措施尽量使其降低到爆炸界限以下。相比之下，杜绝高温火源则是防止引燃、引爆瓦斯的一条根本措施。所以，瓦斯隧道施工必须采取以下安全措施： 、使用毫秒电雷管和安全炸药 瓦斯爆炸需要一定的反应时间，达到爆炸浓度的瓦斯遇到火源时不会立即爆炸，而会延迟一段时间，这种现象称为引火延迟现象，其引火延迟时间称为感应期。使用毫秒电雷管，并只用5段，不跳段使用，使总延期时间不超过130ms。由于延期时间小于感应期，因此不会引燃、引爆瓦斯。煤矿安全炸药加入了适当的食盐作消焰剂，能吸收热量，降低爆炸气体的温度，削弱瓦斯与氧气的连续反应。、为防止炸药爆破时产生火焰，必须用炮泥封堵好炮眼，避免漏气。使用矿用防爆型机电设备 ，所谓矿用防爆型机电设备，就是把机械的电机、电器等装在具有防爆性能外壳里（这种设备通常用“KB 或EX 表示），使其产生火花、火焰及其散发的热量不致引燃壳外的沼气。洞内的弱电设施，如：电话、信号灯、照明灯、自动闭塞装置等， 要选用矿用安全火花型（用“KH”表示），这是低电流、低电压设备， 它在任何情况下产生的火花温度总是低于瓦斯或煤尘燃烧所需的温度。洞内供电，使用矿用橡胶阻燃、防爆软电缆，这种电缆的导电主芯为铜绞线，能避免铝芯电缆在短路时飞溅出来的铝蒸气引起瓦斯或煤尘爆炸的危险，而且这种电缆以硫化橡胶作主绝缘层，并设马鞍形防震橡胶垫芯和氯丁橡胶护套，具有很好的防爆性。这些防爆机电设备，除严格按规程安装使用外，要经常检查维修， 使之处于完好状态，保持其防爆性能。9. 对引燃、引爆瓦斯的综合防治除了采取上述两条防止引燃、引爆瓦斯的措施外，对施工中容易引 发瓦斯事故的许多环节还需采取综合防治措施。a、防静电人体极易带静电，有时所带静电高达5KV 以上。这样高的电压，很容易起爆电雷管。因此，禁止穿化纤衣物进洞，给所有施工人员配发纯棉工作服，临时进洞人员必须换上棉工作服。塑料管容易聚集静电荷。当风流或压缩空气通过塑料管时，能产生许多快速间断火花或接近连续放电火花，当放电能量达到0.28MJW 时，能引燃、引爆瓦斯。故必须使用双抗（抗燃、抗静电）塑料管作通风管，并且不使用塑料管材作喷浆管和高压风管。b、防撞击火花铁器之间、铁器之间的撞击火花在施工中随处可见， 必须有相应的防范措施：是矿车两端设置橡胶碰头，避免矿车直接碰撞；二是装碴前先把石碴洒水润湿，防止耙斗与石碴相互撞击产生火花； 三是拆卸钢模板和铺设轨道时，均使用木锤。c、防放炮火花：使用水泥或粘土炮泥封孔密实不漏气，严禁使用煤粉、块状材料、水泥袋纸和其它可燃性材料堵炮眼。d、禁止使用电焊、气割等设备。10. 煤与瓦斯突出的预测和防治依据地质资料，初步判断煤层有无突出危险。在隧道施工过程中， 仍需对上述煤层分别进行实地突出危险性预测，区分突出危险煤层和突出威胁煤层，以便有的放矢地对其采取不同的防治措施。对于煤层的突出危险预测，用综合指标法或石门钻屑指标法均可。相比之下，石门钻屑指标法以两项指标代替综合指标法的四项指标，具有快速准确的特点。对各煤层采取的防护措施有:远距离放炮远距离放炮是为防止突出预测失误而采取的一种安全防护措施。放炮时把起爆点设在洞外，洞口杜绝一切火源。起爆母线采用铜芯电缆， 使用煤矿