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瓦斯隧道施工的关键要素及其对策田 荣 吴应明 （中铁二十局集团有限公司 陕西咸阳 712000）摘 要 阐述了施工瓦斯隧道可采取的有别于煤矿安全规程、防治煤与瓦斯突出细则和铁路瓦斯隧道技术规范要求的安全、技术措施。关键词 瓦斯隧道 施工技术 安全措施近几年来,我集团公司先后在广渝高速公路、南昆铁路、内昆铁路、水柏铁路和渝怀铁路陆续建成了七座瓦斯隧道，未发生一例瓦斯事故。特别是渝怀铁路的三座瓦斯隧道的安全顺利建成，使我集团公司瓦斯隧道的施工技术和管理水平更趋成熟。表1是我集团公司已建成瓦斯隧道的基本情况。表1 已建成瓦斯隧道的基本情况表隧 道 名 称隧道长度（m）煤系地层长度（m）瓦斯含量（%）瓦斯压力（Mpa）辅助坑道电源数量运输方式通风方式南昆铁路天生桥隧道245032010430.87平导斜井2有轨管道加巷道式广渝高速公路华蓥山隧道21507208.941.251无轨管道压入式内昆铁路朱嘎隧道25972407.690.45平导2有轨管道加巷道式水柏铁路发耳隧道124111009.430.961无轨管道压入式渝怀铁路白沙陀3号隧道7611804.850.371有轨管道压入式渝怀铁路白沙陀4号隧道21189358.420.782有轨管道压入式渝怀铁路白马2号隧道36031305.730.531无轨管道压入式在瓦斯隧道的施工过程中，我们以煤矿安全规程、防治煤与瓦斯突出细则、铁路瓦斯隧道技术暂行规定和新颁布的铁路瓦斯隧道技术规范(以下分别简称煤规、细则、暂行规定和技术规范)为依据。但并非简单的生搬硬套，而是紧密结合施工实际，对瓦斯隧道施工的部分关键要素进行优化，既保证了安全，又提高了功效，走出了一条安全与进度统一，质量与效益并重的新路子。这里所说的“关键要素”，是指煤规、细则、暂行规定和技术规范要求瓦斯隧道施工过程中应采取的安全和技术措施。从表1中可以看出对瓦斯隧道在辅助导坑、电源数量、运输和通风方式等方面所采取的不同的处置方式。通过施工实践，我们总结出瓦斯隧道施工的下列关键要素可采取有别于煤规、细则、暂行规定和技术规范要求的措施和对策，可供大家参考。1 双电源技术规范规定，高瓦斯工区和瓦斯突出工区供电应配置两路电源。建立双电源的目的，是为了保证洞内，特别是通过瓦斯段时的连续通风，以防因停电而使通风中断，继而造成瓦斯聚集而诱发瓦斯事故。当建立双电源有困难时，可设置备用发电机。备用发电机的发电量应满足通风机的需要。如果连备用发电机也没有，当通风中断，恢复通风时可由外向里逐步推进，直至全隧瓦斯浓度降低到1%以下后，再向洞内送电。2 瓦斯检测瓦斯检测在技术规范里没有专门提出。实际上，瓦斯检测是瓦斯隧道施工中一项十分重要的工作。2.1 瓦检仪器的选择瓦检仪器种类繁多，按产地有国产和进口之分；按测量原理，瓦检仪器又有较多类型。国产仪器结构简单，性能稳定，操作方便，而且价格适中；按测量原理，瓦检仪器分光干涉、热催化、热导、气敏、红外等类型，尤以前三种用得较多。由于测量原理不同，各种仪器都有其优缺点。同时使用上述至少两种仪器，可以集仪器之所长，弥补其不足，并使检测结果相互参照，彼此验证。对瓦检仪器不必求洋，而应求全。2.2 检测技术在一个施工循环中，瓦斯含量增加幅度最大的工序，是在凿眼过程中和放炮之后。这是因为炮眼可能成为与前方瓦斯层的连接通道；而放炮之后，由于突然揭露出大面积的新鲜岩层，有可能使封闭的瓦斯层逐渐解放或完全暴露，致使瓦斯沿围岩裂隙缓慢渗漏甚至大量涌出。因此，加强凿眼过程中及装药前和放炮后的瓦斯检测至关重要。抓住了这个环节就抓住了检测瓦斯的“牛鼻子”。瓦斯检测需要重视的另一问题是检测的部位。由于瓦斯比空气轻，而且有很强的扩撒性，当隧道风速小到一定程度（通常认为风速不应小于1m/s）时，瓦斯将游离出来，在隧道顶层和死角处聚集，甚至集团公司部超限达到爆炸浓度。因此，隧道顶部及顶部超挖的空洞、盲巷、避车洞等是检测的重点。牢记两个数值：当瓦斯浓度达到1%时，禁止打眼、装药、放炮；瓦斯浓度达到1.5%时，撤人、停电、通风。3 使用防爆电气和作业机械技术规范规定，隧道内高瓦斯工区和瓦斯突出工区的电气设备和作业机械，必须使用防爆型。其实，瓦斯隧道内对固定敷设的电缆、照明、通信、信号在采用防爆型后，即使高瓦斯工区和瓦斯突出工区的移动电气设备和作业机械，也可采用非防爆型。如前所述，这是因为瓦斯隧道在施工过程中，洞内瓦斯含量增加幅度最大的工序，是在凿眼过程中和放炮之后。放炮后经过通风把瓦斯浓度降低到0.5%后，非防爆的移动电气设备和作业机械即可进洞作业。在正常通风条件下，洞内瓦斯浓度将继续下降或保持相对稳定状态。即使出现因通风中断使洞内瓦斯浓度升高的情况，还可采取使这些非防爆的移动电气设备和作业机械就地熄火或开出隧道的方式来处置。在瓦斯隧道使用非防爆的移动电气设备和作业机械，即实行“半防爆”方案，使施工单位在电气设备和作业机械的配置方面留有更大的选择空间，也节省了投资。4 关于平行导坑长瓦斯隧道往往设计有辅助导坑，其中又以平行导坑居多。如果设置平行导坑的目的是仅仅是为了解决正洞通风问题的话，还是不设置的为好。其原因是：4.1 平行导坑断面小，其高度远远低于正洞。由于瓦斯比空气轻，容易聚集在正洞顶部，当采取巷道式通风，把平行导坑作为回风巷道时，很难排除正洞顶部的瓦斯，对正洞的排烟降尘作用也十分有限，正洞还容易出现循环风；4.2 平行导坑本身也存在独头掘进，长距离通风问题；4.3 平行导坑同样要揭煤和防治瓦斯，从而人为的增添了不安全因素；4.4 平行导坑的造价一般相当于正洞造价的40%，成本过大。欲解决长瓦斯隧道的通风问题，完全可以通过优化通风方案和加强通风管理，用管道通风来实现。5 通风通风是排烟降尘和稀释瓦斯的最主要手段。瓦斯隧道宜采用管道压入式或混合式通风。在长距离通风中，为了提高风压，可采用两台风机串联工作。如采用有轨运输方式，所需风量应按爆破排烟、同时工作最多人数的吸氧量（按4m3/人计算）以及回风流瓦斯浓度不超限（瓦斯浓度小于0.75%）分别计算，并按允许最低风速（1m/s）进行检验，取最大值。如采用无轨运输方式，除进行以上计算和检验外，还必须进行稀释柴油机尾气中co的计算，并取其最大值。由于内燃机产生的co量与行车速度、路面好坏、内燃机性能、柴油质量、有无净化装置以及运输距离等因素有关，许多因素难以定量。所以多以经验公式计算。Q = Q0N式中 Q-无轨运输所需风量Q0-单位功率的通风量,一般取Q0 = 4.0m3kwN-洞内作业柴油机功率的总和。计算所需风量还应考虑风阻、风耗因素，以选取供风量合适的通风机。由于风管阻力与风管直径的5次方成反比，所以应尽可能选用大直径风管。但从方便施工和减少风管对衬砌台车的干扰考虑，风管直径以12001300为宜。6 超前钻探超前钻探是为了准确掌握煤层的位置、产状、厚度和瓦斯储存状况。技术规范要求用钻机进行钻探。施工中，用风钻同样能达到探明煤层和瓦斯的目的。其方法是进入煤系地层后，每次打眼都用5m钻杆打23个超前钻孔，而放炮则控制在3m以内，使工作面始终保持距煤层2m以上的安全距离。根据打眼时的钻进速度、岩屑性质及浆液颜色，很容易对煤层作出判断。超前钻孔的位置可根据岩层产状确定：当掘进由煤层顶板进入煤层时，超前钻孔布置在隧道底部；反之，当掘进由煤层底板进入煤层时，超前钻孔布置在隧道顶部。见下图，超前钻孔布置图：渝怀线白马2号隧道和白沙沱3号、4号隧道均采用上述方法进行超前钻探，取得了良好的效果。即使揭煤期间，也取得了月掘进130160m的较快进度。其中白沙沱4号隧道属于煤与瓦斯突出隧道。采用5m超前钻探工艺，避免了钻机的频繁移动，不中断隧道的正常掘进，简便易行，事半功倍。同时由于科学布孔，最大限度的发挥了钻孔作用。超前探孔还可兼做炮眼，节约成本，提高功效。7 使用煤矿安全炸药和毫秒电雷管技术规范规定，瓦斯工区的爆破作业必须采用煤矿许用炸药和毫秒电雷管。煤矿许用炸药加入了食盐作消焰剂，能吸收热量，降低爆炸气体的温度，削弱瓦斯与氧的连续反应，安全性高。但其爆力和猛度只相当于一般岩石铵锑炸药的80%；毫秒电雷管总延期时间不能超过130ms，只能选用到5段，难以满足公路和铁路隧道大断面的施工要求。由于上述原因，在瓦斯工区掘进时，当洞内瓦斯从无到有，由小变大，浓度达到0.5%时再使用煤矿许用炸药和毫秒电雷管，而不必提前使用。既保证了安全，使煤矿许用炸药和毫秒电雷管的使用更具针对性，又使煤矿许用炸药和毫秒电雷管给施工带来的不利因素降低到了最低限度。8 揭煤放炮细则第61条规定，石门揭穿突出煤层前，当预测为突出工作面时，必须采取防治突出措施，经效果检验有效后可用远距离放炮或震动放炮揭穿煤层，当预测为无突出危险时，可不采取防治突出措施，但必须采取震动放炮揭穿煤层。所谓“震动放炮”，是指通过多打眼（每2断面45个炮眼），多装药（炸药为正常掘进量的1.52倍），一次放大炮，使煤体及岩层造成强烈的震动，在人员撤到安全地点的条件下诱导突出，以保证作业的安全。震动放炮适合于煤矿揭煤：矿山井巷断面小，震动放炮不致引起塌方。但公路和铁路隧道断面大，由于煤系地层岩性松软，震动放炮使围岩的强烈震动，极易造成隧道大面积坍塌。因此，瓦斯隧道在揭煤时，经预测无论煤层有无突出危险性，都不宜采取震动放炮揭煤。新颁布的技术规范规定石门揭煤宜采用微震动爆破法，是符合施工实际的。为了保证既能一次揭开煤层，又不致围岩因过度“震动”而引起坍塌，应结合掘进在工作面进行爆破试验，不断调整和修正爆破参数，使之达到最佳的爆破效果，并尽可能减少对围岩的扰动。揭煤后应及时支护，加固围岩，以防坍塌。9 瓦斯救护技术规范规定，高瓦斯工区及瓦斯突出工区应配备救护队。瓦斯隧道施工，不可预见和无法抗拒因素多。任何一条瓦斯隧道施工，都不能保证绝对不发生瓦斯事故。配备救护队的目的，就是为了及时、有效地对瓦斯事故进行救护。由于救护队是一支军事化性质的专业队伍，人员必须经过专业培训，而且要有相应的装备和器材，需花费大量的人力和财力。但救护队的服务时间又十分有限：隧道一旦穿过含瓦斯段，救护队即失去了存在的必要，大量的设备和器材将被闲置，经过专业培训的救护队员也只能被调作他用。在解决这个矛盾时，施工单位可与当地救护队建立协作关系。因为大凡瓦斯隧道存在的地方，附近都会有煤矿，有煤矿就必然有矿山救护队。矿山救护队不是生产单位，而是为生产服务的单位，他们的工作不能用定额、计件、计时加奖励的办法去管理。所以一般情况下，矿山救护队会有经费紧张，个人收入较一线工人偏低的情况，他们是乐于和外单位建立协作关系的。由于施工单位不配备救护队，而是巧借当地矿山救护队这支“援军”作为自己的预备队，从而节约了大量人力和财力，也解除了施工单位的后顾之忧，使之集中精力抓施工。10 结语10.1 瓦斯隧道不同于煤矿，两者至少有以下区别： 煤矿以采煤为目的，井巷多沿煤层走向或倾斜方向布置；公路和铁路隧道则垂直或基本垂直于煤层走向，尽量以最短距离穿过煤层。就与煤层的关系而言，前者是面，后者是点； 矿山井巷断面小，一般不超过18 m2；公路和铁路隧道断面大，双线公路隧道的开挖断面目前已超过110m2。 煤矿是多水平、多采区、多工作面同时作业；公路和铁路隧道则以单一的工作面直通洞外。所以，公路和铁路瓦斯隧道的瓦斯浓度大都低于邻近煤矿。如果忽视以上基本情况，在施工瓦斯隧道时套用煤矿的管理模式，照搬煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则，往往失之偏颇。虽然保证了施工安全，但也增加了许多不必要的投入，加大了工程成本。10.2 不同的瓦斯隧道，其瓦斯含量、瓦斯压力、煤系地层长度及其在隧道所处位置以及隧道本身长度等存在较大差异。施工中应紧密结合实际，具体情况具体分析，科学的，实事求是的进行处置，切忌生搬硬套煤规、细则和技术规范。否则，会给施工带来诸多不便，规范也不会发展