［摘要］隨著水利工程建設(shè)的快速發(fā)展，隧洞群成為了水利工程的重要組成部分，由于地區(qū)不同，地質(zhì)條件差異較大，煤層瓦斯隧洞頻繁地出現(xiàn)在水利工程中。瓦斯危害性大，達(dá)到一定濃度后遇火會(huì)燃燒和發(fā)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(rèn)真研究分析，在隧洞通風(fēng)、供電、設(shè)備改造、安全監(jiān)測(cè)等方面采取合理、科學(xué)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(guān)鍵詞］煤層瓦斯；隧洞；技術(shù)措施；作業(yè)環(huán)境；安全產(chǎn)生
1工程概況
夾巖水利樞紐及供水工程，是一座以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主、兼顧發(fā)電、扶貧開發(fā)、改善生態(tài)環(huán)境的“國(guó)家重點(diǎn)水利工程”，供水區(qū)域涉范圍7個(gè)縣市區(qū)，渠道總長(zhǎng)829000m。其中水打橋輸水隧洞總長(zhǎng)20360m，埋深50～435m，隧洞進(jìn)口位于鼎新煤礦附近，標(biāo)段地質(zhì)情況復(fù)雜、溝谷眾多、巖溶發(fā)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(zhì)報(bào)告中有煤層瓦斯出現(xiàn)，甚至?xí)霈F(xiàn)高瓦斯。
2水打橋隧洞瓦斯活動(dòng)情況
根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)預(yù)報(bào)，隧道進(jìn)口里程0-25m～0+961m段洞身通過二疊系P3L中厚及薄層細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾粉質(zhì)泥巖、泥巖等，含煤層，瓦斯絕對(duì)涌出量為1.86m3/min，屬于施工的高危區(qū)域,存在煤與瓦斯突出的安全風(fēng)險(xiǎn)。水大橋隧洞隧洞于2015年12月正式進(jìn)行隧洞開挖，隧洞洞口覆蓋層只有3m厚度，經(jīng)過采用大管棚的施工方法順利通過，當(dāng)進(jìn)入隧洞內(nèi)就出現(xiàn)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(dāng)開挖達(dá)到200m以后瓦斯含量增高、濃度達(dá)到3%，監(jiān)理部及時(shí)組織召開專題討論會(huì)，會(huì)議相關(guān)方提出了治理方案措施，施工單位隨即開展了瓦斯專項(xiàng)技術(shù)治理工作。
3瓦斯隧洞施工技術(shù)措施
3.1加強(qiáng)隧洞通風(fēng)，及時(shí)排出瓦斯。根據(jù)設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)預(yù)報(bào)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在水打橋隧洞進(jìn)口距離洞口30m處安裝SDF（B）-4-No13型軸流式風(fēng)機(jī)2臺(tái)，通風(fēng)機(jī)采用風(fēng)筒壓入式向隧道內(nèi)通風(fēng)，風(fēng)筒直徑1.8m，高效風(fēng)量2691m3/min，既能滿足隧道施工風(fēng)量要求亦能滿足在揭煤時(shí)最大斷面風(fēng)速不小于0.3m/s；全壓930～5920Pa，通風(fēng)機(jī)功率110kW。在隧洞的避車洞里安裝了通風(fēng)局扇吹入，這樣能夠及時(shí)將一些通風(fēng)死角部位進(jìn)行通風(fēng)回流，在隧洞開挖到300m以后，為保證長(zhǎng)隧洞通風(fēng)的流速和效果在隧洞中部每間隔200m安裝1臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，以確保快速排出隧道瓦斯。
3.2隧洞施工設(shè)備技術(shù)改造。根據(jù)《瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)電氣設(shè)備與作業(yè)機(jī)械使用防爆型，隧道開挖進(jìn)入煤層瓦斯段，對(duì)所使用的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行防爆改裝，主要包括：挖掘機(jī)、裝載機(jī)、自卸汽車等，機(jī)械設(shè)備改裝選擇了有資質(zhì)的專業(yè)公司對(duì)機(jī)械進(jìn)行防爆改裝。針對(duì)瓦斯隧洞內(nèi)燃施工機(jī)械設(shè)備，選配了一套適合于車載的瓦斯自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警閉鎖系統(tǒng)，見表1。該系統(tǒng)安裝于內(nèi)燃施工機(jī)械設(shè)備上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其周圍環(huán)境空氣中的瓦斯?jié)舛龋?dāng)環(huán)境瓦斯?jié)舛瘸^報(bào)警限值，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警；當(dāng)濃度繼續(xù)上升時(shí)，超過斷電上限后，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出車輛自動(dòng)斷油斷電信號(hào)，控制車輛的相關(guān)電子裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電熄火功能。當(dāng)環(huán)境瓦斯?jié)舛冉档桨踩拗狄韵聢?bào)警解除，該內(nèi)燃施工機(jī)械設(shè)備方可再次進(jìn)行啟動(dòng)。
3.3施工供電線路的鋪設(shè)。按照煤層瓦斯施工作業(yè)供電要求配置兩路電源，隧洞內(nèi)電源與隧洞外電源分別設(shè)置電源線，隧洞供電方案為各自獨(dú)立系統(tǒng)，洞內(nèi)電器全部采用防爆型。隧洞內(nèi)設(shè)兩回路電源線路，主要供隧洞內(nèi)射流風(fēng)機(jī)、照明及局扇使用，當(dāng)一回路運(yùn)行時(shí)，另一回路備用，以保證供電的連續(xù)性。洞內(nèi)的高壓電纜均使用有屏蔽的監(jiān)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(fēng)及照明，備用1臺(tái)630kW發(fā)電機(jī)，在停電15min內(nèi)，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)供隧道內(nèi)通風(fēng)、監(jiān)測(cè)及照明。對(duì)進(jìn)入隧道的供電線路，在隧道洞口處裝設(shè)避雷裝置。洞內(nèi)照明系統(tǒng)采用了洞內(nèi)防爆變壓器輸出經(jīng)礦用防爆主電纜在各相應(yīng)地段設(shè)置照明及信號(hào)專用ZXB4型綜合保護(hù)裝置，將380V三相中性點(diǎn)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(nèi)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(dòng)照明全部采用礦燈。
3.4瓦電聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)用。為保證施工安全，在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝了煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)設(shè)備，考慮到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在內(nèi)燃施工機(jī)械設(shè)備上應(yīng)用與礦井的條件差別，選用重慶煤科院研制的KZJ001-F煤礦監(jiān)測(cè)分站和KG9701A低濃度甲烷傳感器,見圖1。該系統(tǒng)具有體積小巧、安裝方便、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。圖1傳感器系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理：主要采集施工機(jī)械工作區(qū)域的環(huán)境瓦斯氣體濃度參數(shù)，控制分站根據(jù)采集的濃度值和控制邏輯進(jìn)行分析處理。當(dāng)環(huán)境瓦斯?jié)舛戎饾u上升，達(dá)到比較危險(xiǎn)的濃度時(shí)（如按規(guī)定設(shè)定為0.3%），分站向報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警，操作人員聽到或看到報(bào)警信號(hào)后立即停止作業(yè)，在查明原因并解除危險(xiǎn)后再行作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)提前處理的作用。如果瓦斯?jié)舛壬仙^快或者是施工機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)無人值守時(shí)，環(huán)境瓦斯?jié)舛冗_(dá)到較高危險(xiǎn)限值時(shí)（如按規(guī)定設(shè)定為0.5%），此時(shí)控制分站向機(jī)械的斷油熄火控制器和電源控制器發(fā)出控制信號(hào)，使機(jī)械自動(dòng)停止工作并關(guān)閉總電源，實(shí)現(xiàn)閉鎖，控制機(jī)械重新啟動(dòng)產(chǎn)生火花造成爆炸事故。
3.5超前鉆孔探測(cè)煤層瓦斯含量。采用超前水平鉆探法對(duì)開挖面前方50m范圍內(nèi)的煤層瓦斯含量進(jìn)行探測(cè)，鉆孔采用MDL-200多功能全液壓履帶鉆機(jī)，鉆孔直徑ϕ108mm，每斷面布設(shè)3個(gè)超前水平探測(cè)孔，。其中一孔取巖芯，對(duì)掌子面前方圍巖和煤層結(jié)構(gòu)進(jìn)行取芯分析，探孔45m一環(huán)，單孔長(zhǎng)為50m，相鄰探測(cè)孔之間的搭接長(zhǎng)度為5m，對(duì)有異�，F(xiàn)象出現(xiàn)的工作面增加探測(cè)孔并結(jié)合其他手段進(jìn)行綜合性分析。實(shí)施過程中對(duì)每一個(gè)探測(cè)孔進(jìn)行連續(xù)性瓦斯檢測(cè)，由專業(yè)瓦斯檢測(cè)員每鉆孔5m深度量測(cè)一次，對(duì)于瓦斯?jié)舛群康停ǹ卓跈z測(cè)小于2%）時(shí)，按照常規(guī)的通風(fēng)方法進(jìn)行稀釋排出洞外，對(duì)于瓦斯?jié)舛群扛撸ǹ卓跈z測(cè)大于2%）時(shí)，采用加強(qiáng)通風(fēng)方式進(jìn)行稀釋排放，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況延長(zhǎng)通風(fēng)時(shí)間，直至瓦斯?jié)舛确弦髸r(shí)才進(jìn)行工作面開挖作業(yè)施工。
3.6煤層瓦斯隧洞開挖施工技術(shù)。
3.6.1鉆孔與爆破。在確定開挖工作面具備爆破作業(yè)時(shí)，使用鉆孔爆破方法進(jìn)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(jī)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(shí)間在130ms以內(nèi)。炮孔堵塞采用黏土炮泥封堵；爆破網(wǎng)路采用并聯(lián)方式和爆破連線采用串聯(lián)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(hào)線分別掛在隧洞兩側(cè)。施工中對(duì)周邊孔鉆孔間距、鉆孔深度、裝藥量等有嚴(yán)格的要求，采用不耦合系數(shù)裝藥結(jié)構(gòu)，合理的不耦合裝藥系數(shù)減小爆破壓力對(duì)孔壁的破壞性，在裝藥時(shí)不耦合系數(shù)采用2.1。
3.6.2瓦斯隧洞出渣作業(yè)。為保證工作面安全施工，爆破后由專業(yè)瓦斯檢測(cè)員對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測(cè)，如果瓦斯?jié)舛瘸^0.5%時(shí)，采取加強(qiáng)通風(fēng)措施直到瓦斯?jié)舛冉档桨踩岛蟛拍艹鲈�，出渣采用裝載機(jī)裝渣，使用15t自卸車出渣，由于出渣過程中機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生尾氣排放可能會(huì)導(dǎo)致瓦斯?jié)舛仍俅紊�，�?dāng)升高一定濃度（0.5%）時(shí)，施工設(shè)備的防爆裝置就會(huì)報(bào)警并發(fā)揮作用，自動(dòng)切斷機(jī)械設(shè)備的油路和電路。通過采取措施當(dāng)工作面恢復(fù)低濃度時(shí)再繼續(xù)出渣作業(yè)。
3.6.3瓦斯隧洞支護(hù)作業(yè)由于受地質(zhì)情況復(fù)雜、巖石破碎、煤系地層軟弱帶影響，對(duì)開挖部位的巖面及時(shí)進(jìn)行了錨噴支護(hù)工作，支護(hù)采用錨桿、鋼支撐、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土等聯(lián)合支護(hù)形式。
1）錨桿使用ϕ25mm的螺紋鋼筋，錨固長(zhǎng)度3m，使用氣腿式手風(fēng)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(jīng)過加工后在工作面分段組裝，每段之間使用螺栓連接，嚴(yán)禁使用電弧焊接，鋼支撐安裝后用砂漿錨桿進(jìn)行固定。
3）鋼筋網(wǎng)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(guān)鍵性工藝，它既能夠?qū)鷰r進(jìn)行加固，又能夠?qū)ν咚箽怏w起到封閉作用，因此對(duì)噴混凝土的厚度和強(qiáng)度要求高，施工過程中做到了及時(shí)噴錨施工。
4瓦斯隧洞安全監(jiān)控
為保證施工安全，施工現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)對(duì)瓦斯的檢測(cè)監(jiān)控管理，安排專業(yè)瓦斯檢測(cè)人員主要對(duì)瓦斯的監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行監(jiān)督、檢查，定期對(duì)各工作面進(jìn)行瓦斯檢測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理匯總后上報(bào)監(jiān)測(cè)中心。隧道瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人工監(jiān)測(cè)相結(jié)合的原則進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)以自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，人工監(jiān)測(cè)為輔的監(jiān)測(cè)管理體。自動(dòng)監(jiān)測(cè)按要求確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，采集數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心進(jìn)行分級(jí)控制和響應(yīng)。人工監(jiān)控管理由瓦斯監(jiān)測(cè)人員24h輪班進(jìn)行無縫監(jiān)測(cè)，共配置專職瓦檢人員4名。
1）瓦斯檢測(cè)的部位及重點(diǎn)：人工監(jiān)測(cè)每人配置高、低濃度便攜式瓦斯?jié)舛葯z測(cè)儀各一臺(tái)，對(duì)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(jiān)測(cè)頻率。
2）瓦斯監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)記錄：掌子面爆破后，在距離掌子面20cm處進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量瓦斯?jié)舛�，測(cè)量位置為掌子面開挖輪廓內(nèi)20cm處以及靠近通風(fēng)機(jī)通風(fēng)口的100cm處，現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)，檢測(cè)儀設(shè)定的報(bào)警值為瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.5%，為施工人員安全提供應(yīng)急保證。
5結(jié)語
瓦斯隧洞施工技術(shù)實(shí)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(shí)施了相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)計(jì)、安全供電措施、機(jī)械設(shè)備防爆改造、系統(tǒng)檢測(cè)監(jiān)控等，開挖過程中嚴(yán)格施工程序，沒有發(fā)生安全生產(chǎn)事故，保證了施工人員和機(jī)械設(shè)備安全，為水打橋隧洞合同工期按期完成奠定了基礎(chǔ)。
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