图山寺高瓦斯风险隧道综合技术研究

摘要：以兰渝铁路图山寺隧道为例，对长大高瓦斯风险隧道的瓦斯提前排放、通风、监控、机械配置等综合施工技术进行了讨论和分析，明确瓦斯隧道施工中瓦斯的预防措施和瓦斯工区的作业流程，工艺要求，规范瓦斯隧道作业施工，减少施工过程中的不安全因素。

关键词：高瓦斯隧道；提前排放；通风；监控；施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

瓦斯是从煤（岩）层内逸出的各种有害气体的总称，其主要成分为甲烷（ＣＨ４）。瓦斯工区是地层含有瓦斯的隧道施工区段。当瓦斯与空气混合达到一定浓度时，遇到高温火源就能燃烧或发生爆炸，一旦形成灾害事故，就会造成大量作业人员的伤亡，严重影响隧道的安全生产，瓦斯爆炸事故是瓦斯隧道事故中最严重的事故。瓦斯爆炸的主要危害是产生高温焰面，冲击波和有害气体。本文以兰渝铁路图山寺隧道为例，对长大高瓦斯风险隧道的瓦斯提前排放、通风、监控、机械配置等综合施工技术进行了讨论和分析。

1 工程概述

图山寺高瓦斯隧道全长3216m，起讫里程：IDK785+710～IDK788+926，为单线隧道，最大埋深约192m，是兰渝铁路三大高风险隧道之一，更是重点控制性工程。隧道位于丘陵区，穿越近东西向展布的脊状山梁，地面高程320～540m，相对高差约220m。丘坡陡峭，局部为平台，坡面植被较发育，斜坡下为沟谷平坝。

隧道位于川中产油产气地层，一般埋深2000～2800m。天然气等有害气体可能顺着岩层构造裂隙上逸，并在隧道洞身范围基岩裂隙或缝隙中局部游散富集，集成气囊，并具有随机性和不均匀性，危及隧道施工。根据西南石油大学提供的《浅层天然气分布特征咨询研究》，对隧道深孔天然气测试结果，单孔天然气最高浓度9500ppm，计算隧道天然气含量6087m3；参照达成线既有炮台山隧道出口平导，瓦斯压力0.2KPa，天然气绝对涌出量3.03m3/min。确定该隧道为高瓦斯隧道，其中IDK785+790～IDK788+830为高瓦斯工区。隧道施工时采用钻孔超前预报及检测，加强通风和防爆、防燃措施，确保施工安全。

2 主要施工技术

隧道通风采用压入式和巷道式相结合的通风方式；瓦斯检测采用钻孔超前预报检测，人工检测和自动检测相结合；隧道施工采用新奥法施工，人工风钻打眼，矿用炸药、煤矿许用电雷管起爆，光面爆破，超前小导管和喷射砼支护，台阶法开挖，防爆挖掘机辅助防爆装载机挖、装，防爆自卸汽车运输，二次衬砌采用防爆模板台车衬砌，砼在洞外集中拌和，防爆砼运输车运输，泵送入模。

2.1 瓦斯提前排放

隧道正洞均采用3个89超前水平钻孔进行全断面超前地质探测，超前钻孔孔径一般为89mm，单孔长度为30m，搭接长度不小于5m，超前地质钻孔按下图布置，并在超前地质钻孔处设置检测点，以检测是否有有害气体涌出。

超前地质钻孔每25m一环。

若探测到有害气体，要根据记录确定有害气体的涌出位置，当超前探物及验证孔确认富含瓦斯时，增加不少于3个φ89超前钻孔(4～6号孔)，进一步确认瓦斯、天然气浓度、岩体破碎程度。

正洞超前探孔布置示意图

下部台阶瓦斯排放应采取下列措施：可在上部台阶底部打俯角孔排放；孔距与排距宜为1.0m。

排放孔施工前加强排放工作面及已开挖段的支护，防止坍塌造成突出。

排放孔施工必须严格按设计施钻，钻孔过程排专人检查其角度和长度。

排放孔施工过程中注意观察各种异常情况及动力现象，当某孔施工中动力现象严重，可暂停该孔施工，待其他孔施工完后再补贴该孔。

每钻完一个孔后检测该孔瓦斯浓度，以后每天进行两次，掌握排放效果和修正排放时间。

在超前卸压孔施工过程中，加强掌子面瓦斯浓度和孔内瓦斯浓度监测，通过对浓度变化的分析，研究下一步通风方案和开挖施工措施，确保掌子面瓦斯浓度达到0.5％以下。

2.1.1水气分离设施

本隧道地下水需要经过水气分离装置分离掉天然气后才允许排入隧道侧沟。

地下水排放路径：纵向盲沟水气分离装置洞内侧沟。

瓦斯等有害气体的排放路径：纵向盲沟水气分离装置纵向盲沟瓦斯排放管排入大气。

隧道纵向盲沟采用φ100波纹管，水气分离装置采用φ100PVC管。

隧道竣工后对泄水孔进行瓦斯等有害气体检测，若有有害气体逸出，应及时报告相关单位，以便处理。

2.2通风方案

2.2.1方案概述

⑴采用射流风机诱导正洞为进风巷，平导为回风巷，靠近掌子面的横通道为风流通道，其余横通道用风门封闭，风门采用钢架结构外贴土工布密封，避免漏风和循环风出现。

⑵每个洞口安装2台SDF(C)No12.5型轴流风机通过φ1.5m双抗风管(阻燃、抗静电)将新鲜空气送至掌子面。通风机设在洞外距洞口30m处。风管最前端距掌子面5m，并且前55m采用可折叠风管，以便放炮时将此55m迅速缩至炮烟抛掷区以外。

⑶射流风机采SDS-Ⅱ-No10.0型风机，风机布设在隧道拱顶或距边墙2m处。

⑷掌子面至模板台车地段设置移动式局扇(将轴流风机安装在平板车上)配合软风管供风，以增加瓦斯易聚集地段的风速，防止瓦斯聚集。

⑸在掌子面至模板台车地段的死角、塌腔等部位用高压风将瓦斯引出。具体方案为根据瓦斯检测结果对其吹入高压风，将其聚集的瓦斯吹出，使之与回风混合后排出。

⑹在每个隧道的避车洞处设置5.5KW局扇一台，以吹散该处聚集的瓦斯。

2.2.2通风要求

2.2.2.1风速

根据以往瓦斯隧道施工案例，如：家竹箐瓦斯隧道回风风速0.5m/s、华蓥山瓦斯隧道回风风速0.5m/s，朱嘎瓦斯隧道回风风速0.5m/s，综合考虑本隧道的实际情况，本通风方案回风风速按0.5m/s设计，为防止瓦斯积聚，对如塌腔、模板台车、避车洞、通道等处增加局扇或高压风进行解决，对于一般段落采用射流风机卷吸升压以提高风速，从而解决回风流瓦斯的层流问题。

2.2.2.2瓦斯含量

根据《铁路瓦斯隧道技术规范》，对隧道内不同地段的瓦斯浓度有不同的要求，具体内容见下表。为确保施工安全，本隧通风瓦斯浓度按0.5%考虑。

隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施表

2.2.2.3通风的连续性

根据《铁路瓦斯隧道技术规范》，瓦斯隧道施工期间，应实施连续通风。因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。

2.3加强通风管理，制定瓦斯监控方案

成立专人的通风安装、使用、维修、维护的通风班组，每天进行巡检。保证管路顺直，无死弯、漏洞，其开机人员每天按班组对风机运行进行记录登记，并制定瓦斯监控方案

2.3.1瓦斯监控要求

《铁路瓦斯隧道技术规范》要求：瓦斯隧道施工期间，应建立瓦斯通风监控、检测的组织系统，加强施工过程中测定气象参数、瓦斯浓度、瓦斯涌出量、风速、风量等参数。低瓦斯工区可用便携式瓦检仪，高瓦斯工区和瓦斯突出工区除便携式瓦检仪外，尚应配置高浓度瓦检仪和瓦斯自动检测报警断电装置并配备救护队。

2.3.2监控方案总述

根据上述要求，结合本隧道特点，采用人工监控和自动监控系统组成监控体系。自动监控系统经比选论证，选用重庆煤科院生产的KJ90安全监控系统做为主安全监控系统。内燃驱动的配备便携式甲烷检测报警仪，在工作面的上隅角设置便携式甲烷检测报警仪，对需人工检测的部位，保证每15分钟检测一次，在瓦斯浓度＞1.5%时，保证每5分钟检测一次。在洞口测风站配备手动式测风仪，定期测定回风巷的风流速度。当风流速度变化时，及时找出原因，采取措施。

隧道自动断电报警系统为声、光连动形式，同时左、右隧道连动，任何一个隧道遇到紧急情况，两个隧道同时报警。

仪器设备的检验按照《铁路瓦斯隧道技术规范》附录C瓦斯测定仪检测质量的控制及厂家的使用说明书进行定期检定，编制相应的管理制度。

2.3.2.1瓦斯监控管理

⑴成立专人的瓦斯监控系统安装、使用、维修、维护的班组。

⑵监控系统安装后，首先，由经理部组织相关人员、系统安装单位及集团公司有关专家对监控设施进行验收，合格后，邀请有关权威机构验收，确认监控效果是否与设计相符。其次，经理部组织对瓦斯监控系统的运行管理人员进行必要的培训，并每月对监控系统进行定期检查。

⑶采用人工与自动监控相互结合的方式进行瓦斯监控管理，人工检测的部位、要如实详尽记录、签认。

2.3.2.2建立健全监控组织机构，明确管理责任

针对本隧道围岩中赋存瓦斯的特点，在隧道施工管理的基础上，成立了相应的瓦斯安全管理机构，在施工作业队成立通风防爆班组，组织瓦斯检测和结果分析工作，各工作面配备瓦检员，实行日夜现场检测、收集数据。聘请有经验的地质专家和煤矿安全顾问，在此基础上组建成立以经理为组长、生产、安全副经理和总工为副组长，各部门参加组织实施的防爆领导小组，明确管理责任和岗位安全职责，建立健全各种规章制度。

2.4机械设备

2.4.1设备配套原则

隧道内非瓦斯工区和低瓦斯工区的电气设备与作业机械可使用非防爆型，其行走机械严禁驶入高瓦斯工区和瓦斯突出工区。隧道内高瓦斯工区和瓦斯突出工区的电气设备与作业机械必须使用防爆型。

2.4.2机械的性能

⑴防爆柴油机的技术要求：

排气温度不超过70℃；

水箱水位下降设定值；

机体表面温度不超过150℃；

电器系统采用防爆装置；

启动系统采用防爆装置；

以上各项设定值是光指标、声报警，延时60s自动停车；

防爆柴油机采用低水位报警和温度过高报警。

⑵排气系统中一氧化碳、氮气化物含量不超过国家设定排放标准。

改装柴油机防爆系列按照国家柴油机的技术规范和要求标准。

3 结语

瓦斯隧道的施工，搞好隧道通风和瓦斯检测，是安全生产的前提条件。在图山寺高瓦斯隧道施工中，我们通过强化内部安全管理、严格瓦斯检测程序、规范操作、精心组织、科学施工，杜绝了安全事故，为类似瓦斯隧道施工通风及瓦斯监测积累了经验。瓦斯隧道安全施工生产与施工机械设备的选型关系密切，制定隧道施工方案时，必须引起高度重视。