浅析煤层、瓦斯、采空区的隧道施工技术

【摘要】煤系地层中修建隧道存在3个技术困难：一是煤系地层多数含有瓦斯，有瓦斯爆炸危险；二是瓦斯压力高的地层，存在着煤与瓦斯突出的可能，造成灾害；三是煤系地层一般为软弱围岩。巷道地层压力大，稳定性差，支护施工要求高。因此，施工中需解决3个问题：一是瓦斯隧道的防爆；二是瓦斯隧道的防突；三是瓦斯隧道的开挖及支护。

【关键词】煤层；采空区；隧道施工

一、瓦斯隧道的界定与分级

隧道施工过程中，通过施工检测，只要隧道中存在瓦斯，通过瓦斯层之前10m开始一直到通过瓦斯层之后10m的影响荡范围内，按照瓦斯隧道进行施工。

根据瓦斯隧道不同地段的瓦斯涌出量和压力情况，施工中对非瓦斯工区、一般瓦斯工区、严重瓦斯工区、有煤与瓦斯突出危险工区进行合理划分，在施工方法和施工机械上区别对待，简化施工和降低造价，如一般瓦斯工区除加强通风和瓦斯监测外，可采用普通的非防爆施工机械和电气设备；严重瓦斯工区则采用防爆设备；有煤与瓦斯突出危险工区除采用防爆设备外，还应有防突措施和相应装备。

同一施工工区中既有含煤地层，也有不含煤地层，不同的地段对封闭 瓦斯的要求不同，又可划分为非瓦斯地段、Ⅰ级（有煤与瓦斯突出）瓦斯地段、Ⅱ级（严重瓦斯）瓦斯地段、Ⅲ级（一般瓦斯）瓦斯地段。

二、瓦斯预测预报

1、使用ZY-150型全液压钻机进行水平超前钻探，超前钻探分两次进行。第一次距煤层30～50m，打2～3个钻孔，确定煤层位置，并测试瓦斯压力和浓度。第二次（近煤层测压孔）距煤层10～15m，打2～3个钻孔，穿透煤层，测出瓦斯浓度、瓦斯压力，采集煤样测定煤的坚固系数和瓦斯放散初速度。

2、瓦斯预测预报根据实测资料采用综合指标法进行判断，并根据预测结果指导施工。

三、开挖及支护

1、瓦斯隧道的开挖采用正台阶法，台阶长度根据地质和施工条件而定，一般以长台阶较好，能够尽早形成上部巷道式通风。瓦斯比空气轻，聚集在隧道顶部，隧道开挖爆破必须使用煤矿安全炸药和瞬发电雷管，使用毫秒电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms。

2、采取光面爆破，开挖周边力求圆顺，尽量避免尤其是顶部出现凹穴、空洞、死角形成瓦斯积聚。

3、开挖后及时进行喷锚支护，封闭围岩、堵塞岩隙，防止瓦斯继续溢出。

4、采用带仰拱或加厚铺底的封闭式复合衬砌，初期支护厚度不宜小于15cm，二次衬砌厚度不宜小于40cm，采用气密性混凝土就地灌注，加强捣固，不仅有利于施工安全，也有利于隧道竣工后运营期间的安全。

四、瓦斯监测

1、瓦斯检测的方法。实验室分析：从坑道中取空气试样，送实验室用气体分析器、气相色谱仪进行成分分析。这种方法测定精度高，但需要时间长。现场检查：用携带式仪器在现场直接测定空气中某一种气体或几种气体的浓度。

瓦斯遥测：用自动化遥测或监测系统远距离、定点、长期连续、自动记录显示其瓦斯浓度，当某种气体超过规定时，可报警或自动断电。

2、隧道施工中的瓦斯监测。

（1）建立健全专职的瓦斯监测管理机构，以确保施工安全。瓦斯监测管理机构的作用是：主管各项管理制度的贯彻实施；了解和控制全隧道的瓦斯状况，指挥安全生产；负责揭煤防突方案的制定，并指挥实施；负责全隧道通风状态的现场量测，并进行评估和提出改进意见；检查和校正各种瓦检设备；瓦斯工作的上岗培训；管理各种通风设备；隧道瓦斯及防突工作报表填写。

（2）建立遥控自动化系统与人工现场监测相结合的“双保险”监测制度。遥控自动化监测系统由洞口监测中心（配置主控计算机）和洞内控制分站以及洞内各工作面、各巷道、塌方空洞、巷道转角等处的瓦斯浓度探头、风速探头、自动报警器、远程断电仪组成。通过各种探头，洞口的监测中心能随时了解洞内各处瓦斯浓度和风速情况，如有超标立即报警并通过断电器关闭洞内电器电源。

五、施工通风

瓦斯隧道的防爆工作极为重要，而防爆的关键，除了诸如火源不得进洞、采用防爆机械等措施外，主要还是依靠施工通风。通风有两个目的：一是冲淡和稀释瓦斯；二是防止瓦斯在角隅和洞顶滞留。前者主要与风量有关，而后者则与风速有关。

1、施工通风原则：采用压入式或巷道式机械通风，严重、有突出危险的工区必须采用巷道式通风；主扇的能力应满足全工区通风的需要；局扇的能力应满足局部的独头巷道通风需要；局扇和主扇的通风应达到洞内工作人员最多时能保证每人每分钟有4m3新鲜空气供应，洞内各开挖面同时放炮，应能保证在30min内通风完毕，使炮烟浓度稀释到规定要求，施工通风的风量应能保证洞内各部位的瓦斯浓度不超过规定浓度，施工通风系统应能每天24h不停地连续运转，在正常运转时，洞内各部位的风速不应小于最小允许风速；主扇应由同等能力的备用风机；每个工区的局扇应有一定数量的备用量，局扇应安装风电闭锁装置，通风管应具备阻燃和抗静电性能。

2.防止瓦斯局部聚积措施

在施工过程中，尽管已规定了最小风速的限值，在巷道的转角处、断面形状突变处、较大的超挖或塌方处、洞室内以及洞壁很不平齐部位，仍不可避免地有瓦斯聚积，防止措施：提高光面爆破效果，使巷道壁面尽量平整，达到通风气流顺畅；及时喷混凝土封堵煤（岩）壁面的裂隙和残存的炮眼，减少瓦斯渗入巷道；向瓦斯聚积部位送风驱散瓦斯，一般采用以下方式：用高压风管引出高压风驱散局部积聚的瓦斯；增设康达型风管驱散瓦斯；用气动局扇驱散瓦斯；用压气引射器驱散瓦斯。

六、施工机械与供配电

1.施工机械及电气设备。为解决防爆问题，采用以电力为动力的有轨运输及与其配套的施工机械；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隔爆检验认可标记，对于普通常用的非隔爆机电设备，则一律严格禁止进入瓦斯隧道内安装使用。

2.供配电要求。电源：瓦斯隧道施工用电设备应设有两条回路，当一电源发生故障停止供电时，另一回路仍能担负隧道施工用电的全部负荷。也可建设自备发电站作为备用电源。电压：高压不大于1000V，低压大于380V；电压波动范围：高压为额定值的±5%，低压为额定值的±10%。照明供电：为保证正常工作照明及险情时人员的安全撤出和险情处理，采用单独照明系统，除常规保护外，设高灵敏度可调漏电保护装置，保证防爆要求和人身安全。其他安全措施。