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［摘要］隨著水利工程建設的快速發展，隧洞群成為了水利工程的重要組成部分，由于地區不同，地質條件差異較大，煤層瓦斯隧洞頻繁地出現在水利工程中。瓦斯危害性大，達到一定濃度后遇火會燃燒和發生爆炸，給瓦斯隧洞施工帶來極大的安全隱患。夾巖水利樞紐及供水工程隧洞繁多，水打橋隧洞瓦斯含量大，給施工帶來了極大地安全隱患，工程參建各方認真研究分析，在隧洞通風、供電、設備改造、安全監測等方面采取合理、科學的控制措施和施工方法，最終安全地完成了瓦斯洞段施工，保證合同工程工期。

［關鍵詞］煤層瓦斯；隧洞；技術措施；作業環境；安全產生

1工程概況

夾巖水利樞紐及供水工程，是一座以城鄉供水和灌溉為主、兼顧發電、扶貧開發、改善生態環境的“國家重點水利工程”，供水區域涉范圍7個縣市區，渠道總長829000m。其中水打橋輸水隧洞總長20360m，埋深50～435m，隧洞進口位于鼎新煤礦附近，標段地質情況復雜、溝谷眾多、巖溶發育，隧洞穿越地層主要為二疊系至三疊系地層，洞線與巖層走向大角度斜交，地質報告中有煤層瓦斯出現，甚至會出現高瓦斯。

2水打橋隧洞瓦斯活動情況

根據設計地質預報，隧道進口里程0-25m～0+961m段洞身通過二疊系P3L中厚及薄層細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖夾粉質泥巖、泥巖等，含煤層，瓦斯絕對涌出量為1.86m3/min，屬于施工的高危區域,存在煤與瓦斯突出的安全風險。水大橋隧洞隧洞于2015年12月正式進行隧洞開挖，隧洞洞口覆蓋層只有3m厚度，經過采用大管棚的施工方法順利通過，當進入隧洞內就出現了不同程度的煤層瓦斯，開始瓦斯含量較低，濃度只有0.5%左右，當開挖達到200m以后瓦斯含量增高、濃度達到3%，監理部及時組織召開專題討論會，會議相關方提出了治理方案措施，施工單位隨即開展了瓦斯專項技術治理工作。

3瓦斯隧洞施工技術措施

3.1加強隧洞通風，及時排出瓦斯。根據設計提供的地質預報并結合現場的實際情況，在水打橋隧洞進口距離洞口30m處安裝SDF（B）-4-No13型軸流式風機2臺，通風機采用風筒壓入式向隧道內通風，風筒直徑1.8m，高效風量2691m3/min，既能滿足隧道施工風量要求亦能滿足在揭煤時最大斷面風速不小于0.3m/s；全壓930～5920Pa，通風機功率110kW。在隧洞的避車洞里安裝了通風局扇吹入，這樣能夠及時將一些通風死角部位進行通風回流，在隧洞開挖到300m以后，為保證長隧洞通風的流速和效果在隧洞中部每間隔200m安裝1臺射流風機，以確保快速排出隧道瓦斯。3.2隧洞施工設備技術改造。根據《瓦斯隧道技術規范》規定，結合現場實際情況對電氣設備與作業機械使用防爆型，隧道開挖進入煤層瓦斯段，對所使用的機械設備進行防爆改裝，主要包括：挖掘機、裝載機、自卸汽車等，機械設備改裝選擇了有資質的專業公司對機械進行防爆改裝。針對瓦斯隧洞內燃施工機械設備，選配了一套適合于車載的瓦斯自動監測報警閉鎖系統，見表1。該系統安裝于內燃施工機械設備上，實時監測其周圍環境空氣中的瓦斯濃度，當環境瓦斯濃度超過報警限值，系統發出聲光報警；當濃度繼續上升時，超過斷電上限后，監控系統發出車輛自動斷油斷電信號，控制車輛的相關電子裝置實現自動斷電熄火功能。當環境瓦斯濃度降到安全限值以下報警解除，該內燃施工機械設備方可再次進行啟動。3.3施工供電線路的鋪設。按照煤層瓦斯施工作業供電要求配置兩路電源，隧洞內電源與隧洞外電源分別設置電源線，隧洞供電方案為各自獨立系統，洞內電器全部采用防爆型。隧洞內設兩回路電源線路，主要供隧洞內射流風機、照明及局扇使用，當一回路運行時，另一回路備用，以保證供電的連續性。洞內的高壓電纜均使用有屏蔽的監視型橡套電纜，低壓電纜使用為不延燃橡套電纜，各種電纜的分支連接，均使用了與電纜配套的防爆連接器、接線盒。為保證隧洞的正常通風及照明，備用1臺630kW發電機，在停電15min內，啟動發電機供隧道內通風、監測及照明。對進入隧道的供電線路，在隧道洞口處裝設避雷裝置。洞內照明系統采用了洞內防爆變壓器輸出經礦用防爆主電纜在各相應地段設置照明及信號專用ZXB4型綜合保護裝置，將380V三相中性點不接地電源降為127V，用分支電纜、防爆接線合接入防爆燈具，以滿足道路和施工的需要。隧洞內照明燈具在開挖工作面附近固定照明燈具采用EXdⅠ型礦用防爆照明燈，移動照明全部采用礦燈。3.4瓦電聯鎖系統應用。為保證施工安全，在施工現場安裝了煤礦瓦斯監測設備，考慮到監測系統在內燃施工機械設備上應用與礦井的條件差別，選用重慶煤科院研制的KZJ001-F煤礦監測分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器,見圖1。該系統具有體積小巧、安裝方便、運行穩定的特點。圖1傳感器系統工作原理系統工作原理：主要采集施工機械工作區域的環境瓦斯氣體濃度參數，控制分站根據采集的濃度值和控制邏輯進行分析處理。當環境瓦斯濃度逐漸上升，達到比較危險的濃度時（如按規定設定為0.3%），分站向報警器發出報警信號，報警器發出聲光報警，操作人員聽到或看到報警信號后立即停止作業，在查明原因并解除危險后再行作業，可以實現危險提前處理的作用。如果瓦斯濃度上升較快或者是施工機械現場無人值守時，環境瓦斯濃度達到較高危險限值時（如按規定設定為0.5%），此時控制分站向機械的斷油熄火控制器和電源控制器發出控制信號，使機械自動停止工作并關閉總電源，實現閉鎖，控制機械重新啟動產生火花造成爆炸事故。3.5超前鉆孔探測煤層瓦斯含量。采用超前水平鉆探法對開挖面前方50m范圍內的煤層瓦斯含量進行探測，鉆孔采用MDL-200多功能全液壓履帶鉆機，鉆孔直徑ϕ108mm，每斷面布設3個超前水平探測孔，見圖2。其中一孔取巖芯，對掌子面前方圍巖和煤層結構進行取芯分析，探孔45m一環，單孔長為50m，相鄰探測孔之間的搭接長度為5m，對有異常現象出現的工作面增加探測孔并結合其他手段進行綜合性分析。實施過程中對每一個探測孔進行連續性瓦斯檢測，由專業瓦斯檢測員每鉆孔5m深度量測一次，對于瓦斯濃度含量低（孔口檢測小于2%）時，按照常規的通風方法進行稀釋排出洞外，對于瓦斯濃度含量高（孔口檢測大于2%）時，采用加強通風方式進行稀釋排放，并根據現場的實際情況延長通風時間，直至瓦斯濃度符合要求時才進行工作面開挖作業施工。3.6煤層瓦斯隧洞開挖施工技術。3.6.1鉆孔與爆破。在確定開挖工作面具備爆破作業時，使用鉆孔爆破方法進行隧洞開挖，由于斷面小采用全斷面開挖方式，使用YT28型氣腿式鑿巖機鉆孔，孔徑ϕ48mm，炸藥采用煤礦許用安全炸藥，起爆方式采用電力起爆，并使用煤礦許用電雷管，最后一段的雷管延期時間在130ms以內。炮孔堵塞采用黏土炮泥封堵；爆破網路采用并聯方式和爆破連線采用串聯連接方式，連接接頭相互扭緊，明線部分包裹絕緣層并懸空固定，母線與電纜、電線、信號線分別掛在隧洞兩側。施工中對周邊孔鉆孔間距、鉆孔深度、裝藥量等有嚴格的要求，采用不耦合系數裝藥結構，合理的不耦合裝藥系數減小爆破壓力對孔壁的破壞性，在裝藥時不耦合系數采用2.1。周邊孔鉆孔及裝藥參數，見表2。3.6.2瓦斯隧洞出渣作業。為保證工作面安全施工，爆破后由專業瓦斯檢測員對瓦斯濃度進行檢測，如果瓦斯濃度超過0.5%時，采取加強通風措施直到瓦斯濃度降到安全值后才能出渣，出渣采用裝載機裝渣，使用15t自卸車出渣，由于出渣過程中機械設備產生尾氣排放可能會導致瓦斯濃度再次升高，當升高一定濃度（0.5%）時，施工設備的防爆裝置就會報警并發揮作用，自動切斷機械設備的油路和電路。通過采取措施當工作面恢復低濃度時再繼續出渣作業。3.6.3瓦斯隧洞支護作業由于受地質情況復雜、巖石破碎、煤系地層軟弱帶影響，對開挖部位的巖面及時進行了錨噴支護工作，支護采用錨桿、鋼支撐、鋼筋網、噴混凝土等聯合支護形式。1）錨桿使用ϕ25mm的螺紋鋼筋，錨固長度3m，使用氣腿式手風鉆鉆孔，采用先注漿后插桿施工工藝。2）鋼支撐采用22工字鋼，經過加工后在工作面分段組裝，每段之間使用螺栓連接，嚴禁使用電弧焊接，鋼支撐安裝后用砂漿錨桿進行固定。3）鋼筋網采用ϕ8mm鋼筋編制而成，使用綁線固定在錨桿上。4）噴混凝土是一道關鍵性工藝，它既能夠對圍巖進行加固，又能夠對瓦斯氣體起到封閉作用，因此對噴混凝土的厚度和強度要求高，施工過程中做到了及時噴錨施工。

4瓦斯隧洞安全監控

為保證施工安全，施工現場加強對瓦斯的檢測監控管理，安排專業瓦斯檢測人員主要對瓦斯的監測工作進行監督、檢查，定期對各工作面進行瓦斯檢測，并將監測數據整理匯總后上報監測中心。隧道瓦斯監測系統由自動監測系統和人工監測相結合的原則進行設置，實現以自動監測為主，人工監測為輔的監測管理體。自動監測按要求確定監測點進行設置，采集數據上傳至監控中心進行分級控制和響應。人工監控管理由瓦斯監測人員24h輪班進行無縫監測，共配置專職瓦檢人員4名。1）瓦斯檢測的部位及重點：人工監測每人配置高、低濃度便攜式瓦斯濃度檢測儀各一臺，對瓦斯容易聚集的掌子面，拱頂、超挖處、避車避人洞等部位保證1次/h的監測頻率。2）瓦斯監測方法及監測記錄：掌子面爆破后，在距離掌子面20cm處進行現場測量瓦斯濃度，測量位置為掌子面開挖輪廓內20cm處以及靠近通風機通風口的100cm處，現場讀數，檢測儀設定的報警值為瓦斯濃度達到0.5%，為施工人員安全提供應急保證。

5結語

瓦斯隧洞施工技術實施效果。水打橋隧洞0-25～0+961m段為煤層瓦斯洞段，在施工過程中從瓦斯控制的源頭開始，實施了相應的通風設計、安全供電措施、機械設備防爆改造、系統檢測監控等，開挖過程中嚴格施工程序，沒有發生安全生產事故，保證了施工人員和機械設備安全，為水打橋隧洞合同工期按期完成奠定了基礎。

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作者:孫金龍 江光華 單位:廣州新珠工程監理有限公司