西山瓦斯隧道施工安全技术措施

摘要： 以西山隧道穿越地质不良的煤层瓦斯富含地段的施工实践为例，探讨了瓦斯隧道掘进瓦斯爆炸灾害的预防措施，并从瓦斯测定、开挖、支护技术等措施上提出了见解。

Abstract: Taking construction practice of Xishan tunnel through the poor coal gas-rich seam for example, the measures to prevent gas explosion disaster in gas tunnel boring are discussed, and views on the determination of gas, excavation, support technology and other measures are put forward.

关键词： 瓦斯隧道；瓦斯爆炸；预防措施

Key words: gas tunnel；gas explosion；preventive measures

中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）18-0105-01

0引言

太原至古交高速公路全长为20.557公里，西山隧道（分离式）长15.034公里，是太古高速公路的控制性工程，号称三晋第一长隧。西山富含煤炭资源，同时瓦斯含量大，隧道主体工程距离上部含煤地层的距离在155～243m，隧道与采空区之间岩层风化破碎，节理发育、孔隙发达。

在西山隧道开工不久，七个工作面即出入口各两个，两个斜井，一个竖井，岩层都属于Ⅳ、Ⅴ级弱围岩时，其中一斜井掌子面经检测有瓦斯涌出，瓦斯是无色、无味、无臭的一种混合气体，其主要成分为甲烷（CH4）。瓦斯极易燃烧，但不能自燃，当与空气混合到一定浓度时，遇火源能燃烧或爆炸。当坑道中的瓦斯浓度小于5％或大于16％r，遇到火焰只是在火源附近燃烧而不会爆炸；瓦斯浓度在5％/6％到14％/16％时，遇到火源便会爆炸，9.5％左右时爆炸威力最大，但瓦斯浓度大于43％r，一般遇火也不能燃烧，瓦斯浓度爆炸界限见表1。

1西山瓦斯隧道施工安全技术措施

考虑西山隧道所处位置的特殊性，为安全施工，防止瓦斯爆炸，隧道施工采取“加强通风、勤测瓦斯、严禁火源”三条基本强制原则。

加通风是防止瓦斯爆炸最有效的方法。瓦斯隧道施工前，要参考勘测设计文件提供的隧道瓦斯最大涌出量、里程段落长度、投入机械设备及人员数量等因素，考虑一定富裕系数，提前做好通风设计计算，确定施工通风风量、风速（不小于1m/s），科学选配隧道施工通风所需风机、风管（防爆型风机、阻燃型防静电风管）的性能和规格。确保隧道空气中的瓦斯浓度稀释到允许浓度以下，并将其排除洞外。通风设备必须配备备用的通风机，一旦工作中的通风机生故障时，备用机械能立即供风。当通风机发生故障或停止运转时，洞裙ぷ魅嗽庇α⒓闯防氲叫孪士掌地区，直至通风恢复正常，才允许进入工作面继续作业。

勤监测：掌子面一般有十几个风枪作业，噪音大，人员交流困难，采用“双保险”监测措施：即建立遥控自动化监测系统与人工现场监测相结合。遥控自动化系统由洞口监测中心（配置主控计算机）和两个隧道内的控制分站以及在隧道内各工作面，人行、车行通道等处设瓦斯浓度探头，风速探头，自动报警器，远程断电仪。通过各探头，洞口和监测中心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。各工作面和瓦斯情况可及时地被监控人员掌握，提高对事故的应变能力，特别是岩层出现褶皱、断层、甚至遇到煤层揭煤放炮期间，监测人员能立即观察到炮后瓦斯浓度变化曲线和涌出量，节省施工间隙。但设置自动监测系统的探头须离开挖面有一定的距离，必须指派专职瓦斯检测员，配置便携式瓦斯检测仪，实行跟班作业巡查检测，实行装药前，放炮前，爆破后人工进行瓦斯检查（即一炮三检查）。使得开挖过程中监测瓦斯浓度做到不间断。测定瓦斯浓度点，设在隧道风流的上部进行，距离煤壁200mm处。

炮孔的堵塞质量对提高爆破效率，减少有害气体和防止炸药爆炸时火花包泄起很大作用，因此，装药完毕必须充填符合安全要求长度的泡泥，并捣实。实际用1：3的泥沙混合泡泥，湿度为18~20%。这种泡泥既有良好的可塑性，又具有较大的摩擦系数，炮孔深度超过1m时，要求堵塞长度不小于0.3m。

起爆电源在含瓦斯的隧道环境中爆破，通电时间必须小于6ms，使用线路电源放炮，由于无法控制通电时间，电路被炸断时可能产生电火花，引爆瓦斯。因此只能采用MFBB型煤矿发爆器作为起爆电源。

由于爆破激起的空气冲击波的温度和压力都很高，但作用时间较短，不能将瓦斯加热到爆发温度，可是空气冲击波经过反复迭加，则有引起瓦斯爆炸的危险。因此，掘进掌子面不得有阻塞断面三分之一以上的物体，隧道中的凿岩台车、装载机、运输机等大型机械在爆破前应退离到距掌子面后20m以外。

铲装石渣前必须将石渣浇湿，防止金属器械摩擦和撞击发生火花；出碴运输车辆要安装尾气排放净化器，防止排放尾气带有火花。

风枪开钻采用套钻技术和湿式作业方式：先用短的钻杆钻孔打眼，再用长的钻杆在打好的钻眼继续钻孔作业，以避免风枪的长钻杆在岩层表面打滑产生火花；钻孔与喷射砼作业要做到先开水后开风，以密闭粉尘，避免产生火花。

Ⅳ、Ⅴ级弱围岩拱部开挖一次成形并采用型钢拱架支撑，Ⅲ级围岩及以上全断面开挖，及时喷砼（厚度>15cm，也称初衬）封闭围岩减少瓦斯溢出。型钢拱架的连接钢筋一律采用机械连接，不得焊接连接，即采用圆钢代替：每根圆钢的两头丝扣长度不低于100mm，用4个螺母及垫片和型钢固定；钢筋网片之间的连接以及和型钢、连接钢筋的固接采用铁丝扭结。纵向连接钢筋的预留孔和超前小导管一样，即型钢在洞外分节加工拼装时预留。

初衬结束后，分离式隧道之间的人行、车辆通道可以开挖成型，以作应急通道。

2结束语

采取以上措施后，西山隧道的施工基本上顺利进行，没有瓦斯爆炸事故的发生，但在以后的施工过程中不能有丝毫的松懈，工作人员必须经过正规安全培训，懂得瓦斯隧道施工安全知识。

参考文献：

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001，（3）.

[2]张子敏，张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测[M].北京：煤炭工业出版社，2005，（12）.

[3]重庆市煤炭协会.重庆地区煤与瓦斯突出防治技术[M].北京：煤炭工业出版社，2005，（12）.