成貴鐵路高瓦斯隧道瓦斯防治技術

汶文釗,秦曉玲

（1.中鐵一局技術研發(fā)中心，陜西西安710054；2.中鐵一局五公司，陜西寶雞721006）

1 工程概況

成都至貴陽鐵路經由四川省的樂山市，向東經宜賓市、興文縣，云南省的威信鎮(zhèn)雄縣，貴州省的畢節(jié)市、大方縣、黔西縣，至貴陽市，線路長515.02km。隧道穿越油氣田瓦斯地層、煤系地層、多個煤層、煤礦采空區(qū)。全線共有21座高瓦斯隧道，其中有3座有瓦斯突出風險的隧道，在施工中對煤層瓦斯進行了抽排，高瓦斯隧道的安全施工是成貴鐵路瓦斯隧道施工的重點。

2 成貴鐵路高瓦斯隧道工程特點和難點

（1）高瓦斯隧道多，而且多為長隧，4000m以上的高瓦斯隧道有10座（其中5000m以上6座）。長距離增加了瓦斯隧道通風的難度，施工風險高，安全管理難度大。

（2）高瓦斯隧道穿過煤層多、煤層厚，最厚煤層真厚度達到5m。有的隧道需進行多次揭煤，揭煤工作難度大。隧道穿過煤層時瓦斯含量高，超前探孔內瓦斯高達到76%甚至100%，施工風險大。在一高瓦斯隧道的平導鄰近煤層施工過程中，當時為了接長風管停風25min，瓦斯?jié)舛葟?.18%上升到了10.4%，可見在煤層及鄰近煤層的隧道施工，是瓦斯安全管理的重點。

（3）全線有瓦斯突出風險的隧道有3座，對有瓦斯突出風險的隧道進行了瓦斯抽排，施工風險大、施工工期長。

3 成貴鐵路高瓦斯隧道瓦斯防治技術

成貴鐵路高瓦斯隧道采用超前探孔和加深炮孔對地層及煤層瓦斯進行超前探測，通過人工和自動檢測監(jiān)測瓦斯?jié)舛?，采取雙風管雙風機模式的通風系統(tǒng)確保瓦斯隧道的通風，采用防爆的電氣設備和防爆的機械設備杜絕物體高溫及火花的產生，加強現(xiàn)場火源管理和各項管理制度的落實，通過多種手段和措施確保了高瓦斯隧道的施工安全。

3.1 高瓦斯隧道瓦斯超前探測

高瓦斯隧道采取不小于?76mm的超前探孔1～3孔對掌子面圍巖進行探測，探孔長度30m，每次搭接長度5m。加深炮孔每個斷面布設5個，在每次開挖時均打設，加深量不小于3m。對探測孔或加深炮孔內的瓦斯進行檢測，判斷前方地層是否含有高濃度瓦斯。對隧道穿越煤層前的瓦斯探測，按照揭煤程序、按專項設計進行探測孔的布設和進行探測。對有瓦斯突出風險的隧道，根據(jù)專項防突探測方案進行探測，并取樣分析有關數(shù)據(jù)。

3.2 高瓦斯隧道瓦斯檢測

瓦斯檢測是瓦斯隧道施工的重要工序，也是瓦斯隧道施工中安全施工的依據(jù)和保障，瓦斯施工應遵循“瓦斯?jié)舛瘸瑯瞬皇┕?，施工瓦斯?jié)舛炔怀瑯恕钡脑瓌t，當瓦斯?jié)舛瘸瑯撕罅⒓赐Ｖ故┕?，加強通風，當瓦斯?jié)舛认♂尳档偷皆试S濃度后，方可施工。高瓦斯隧道采用自動瓦斯檢測系統(tǒng)和人工瓦斯檢測相結合的方式，自動檢測和人工檢測相互補充和相互校驗。

3.2.1 自動瓦斯檢測系統(tǒng)

自動瓦斯檢測系統(tǒng)采用KJ系列的自動檢測系統(tǒng)，可連續(xù)、自動檢測，瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)設備包括（見圖1）：主控計算機、洞內分站、低濃度瓦斯傳感器、一氧化碳傳感器、粉塵傳感器、溫度傳感器、風速傳感器、遠程斷電儀、報警器、設備電源和備用電源等。該系統(tǒng)可實現(xiàn)計算機數(shù)據(jù)存儲、洞內傳感器聲光報警及洞外監(jiān)控中心自動報警，并根據(jù)通風情況及瓦斯?jié)舛葘崿F(xiàn)自動的風電閉鎖及瓦電閉鎖。甲烷傳感器等傳感器設在開挖掌子面、二襯模板臺車、進洞30m處。

圖1 自動瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)

3.2.2 瓦斯人工檢測

人工檢測由瓦檢員檢測，瓦檢員為有煤礦瓦檢員經歷的持證人員擔任，瓦檢員配備光干涉瓦檢儀和便攜式瓦斯報警儀，人工檢測是對瓦斯容易聚體的部位按照規(guī)定的頻率進行檢測，一般為隧道塌腔、隧道掌子面、隧道施工斷面變化部位、模板臺車襯砌施工部位、隧道洞室、會車道加寬處、橫通道處、通風死角，這些部位是人工瓦斯檢測和監(jiān)測的重點部位。隧道內帶班人員及安全員進洞隨身攜帶便攜式瓦斯報警儀，不定時對隧道各部位瓦斯?jié)舛冗M行檢測及監(jiān)測。

3.3 高瓦斯隧道通風

隧道的瓦斯防治的最有效的措施是通過通風把瓦斯?jié)舛冉档偷皆试S濃度范圍內，并通過隧道通風排出洞外。高瓦斯隧道采取雙風管雙風機的加強通風模式，通風管采用抗靜電、阻燃的低漏風率的柔性風管。雙風管雙風機為2套獨立運行的通風系統(tǒng)，通風設備配置計算時，一套的通風系統(tǒng)就可以滿足瓦斯隧道的通風需要，設雙套通風系統(tǒng)為通風安全儲備及備用和特殊情況下的滿足連續(xù)通風需要。當隧道瓦斯超標時可以同時開啟，以快速地降低瓦斯?jié)舛鹊桨踩珴舛?，在延伸接長風管或移動模板臺車時，2套通風管道可以互換通風，確保瓦斯隧道實現(xiàn)連續(xù)通風。

成貴鐵路高瓦斯隧道實行通風方案驗收制，對高瓦斯隧道，施工單位應編制隧道通風專項方案，經專家評審后實施，實施過程中專家組要根據(jù)評審后的方案進行驗收，并定期檢查通風系統(tǒng)的運行情況。施工過程中采取了“設備高配，通風加倍”的通風理念，在穿越煤層施工中，隧道瓦斯?jié)舛染刂圃?.3%范圍內。

3.4 機電設備及機械設備的配置

成貴鐵路的高瓦斯隧道均采用防爆的機電設備和防爆的施工機械設備。對隧道未襯砌段采用Ⅰ級防爆電氣設備和照明燈具，已襯砌段采用Ⅱ級防爆設備和照明燈具。聘請煤礦專業(yè)電工管理隧道電氣設備和照明燈具及接線工作，確保電氣設備和照明燈具的防爆性能的有效性。

高瓦斯隧道的施工采用無軌運輸方式，以柴油為動力的行走運輸及裝渣施工設備多采用防爆改裝的設備。防爆改裝按照煤炭行業(yè)MT989《礦用防爆柴油機無軌膠輪車通用技術條件》（MT989）和《礦用防爆柴油機通用技術條件》（MT990）進行防爆改裝，主要的改裝部分為電啟動系統(tǒng)、電路系統(tǒng)、動力部件的高溫部位及散熱系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)，并加裝瓦斯傳感器和斷電儀，當瓦斯超標后，整機立即熄火斷電。濕噴機、輸送泵等電力為動力的機械設備采用新購的礦用防爆型設備，對電力為動力的機械設備沒有煤礦礦用防爆的，采用防爆改裝，主要對電啟動系統(tǒng)、電路系統(tǒng)進行防爆改裝，并加裝瓦斯傳感器和斷電儀。

定期對機電設備和防爆機械設備進行檢查，特別是接線部位、改裝部位進行防爆性能檢查，防止防爆性能失效。

3.5 加強現(xiàn)場火源管理。

引起瓦斯燃燒爆炸的一個條件是650℃～750℃的溫度或引爆火源，施工現(xiàn)場要加強對火源的管理和高溫物體的處置。

3.5.1 加強進度管理、杜絕火源進洞

設置門禁，進洞人員進行隨身檢查，杜絕火柴及打火機、手機等可產生電火花的電子產品帶進隧道，運輸車輛進洞時檢查駕駛室是否有會產生火源、電火花的物品帶進隧道。

嚴格動火作業(yè)的實施程序，隧道開工前，嚴格界定那些工序需要動火作業(yè)，然后制定動火制度和動火程序，實施時動火工序嚴格按照界定的工序，不可逾越和放寬。動火作業(yè)實施時嚴格按照動火制度實施。

3.5.2 采取措施避免產生施工火花

(1)隧道裝渣時對洞渣進行灑水，避免機械“找頂”,減少和防止產生碰撞火花。

(2)采用煤礦許用爆破器材，消除爆破時火花的產生。堵塞炮孔，采用水壓爆破，杜絕出現(xiàn)炸藥的高溫殘暴藥。

3.6 加強制度管理，制度落實到人，層層監(jiān)督

聘請煤炭行業(yè)有關專業(yè)技術人員、鐵路公路行業(yè)內有瓦斯隧道施工經驗的專業(yè)技術人員編寫了十二項管理制度，從進洞管理、機械電氣設備管理、瓦斯檢測監(jiān)測、隧道通風管理、高瓦斯隧道防火、防爆管理、隧道揭煤管理等十二方面進行了制度化規(guī)定。聘請由煤礦瓦斯管理的專業(yè)人員及有隧道瓦斯施工經驗的專業(yè)技術人員組成專家組，定期對高瓦斯隧道的管理制度的執(zhí)行進行檢查，檢查制度落實以及現(xiàn)場執(zhí)行情況，加強制度管理落實到人，層層監(jiān)督到位，杜絕瓦斯事故的發(fā)生。

4 結束語

成貴鐵路高瓦斯隧道數(shù)量多，而且大多穿過煤層，施工過程中瓦斯逸出量大，施工風險大，施工過程中通過對高瓦斯區(qū)段連續(xù)超前探孔探測瓦斯，采用自動瓦斯檢測系統(tǒng)和人工瓦斯檢測相結合的瓦斯檢測監(jiān)測手段，雙風管雙風機的高配置的通風系統(tǒng)，電氣設備和機械設備均采用防爆的設備，通過很抓制度落實和嚴格的過程監(jiān)督管理，確保了高瓦斯隧道的施工安全。