隧道通风斜井穿越瓦斯地层施工技术方案

周金邦

(贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550003)

1 工程概况

春天门隧道左线运营通风采用斜井送排式通风，右线正常运营采用全射流风机纵向式通风，火灾时采用斜井排除式纵向通风。左右隧道共采用一座斜井，斜井采用中隔墙分隔为送风和排风斜井。斜井长455.809 m，平面投影长度429.264 m，断面采用单心圆断面，内轮廓线半径为4.0 m，净高5.2 m，净宽7.63 m。

斜井为岩质斜井，斜井围岩体涉及地层为三叠系中统雷口坡组白云质灰岩，三叠系上统须家河组泥岩、砂岩、页岩。围岩岩性较软，强度低，抗风化能力差，地表多风化呈岩屑状，层间发育，层间结合较差，斜井横穿须家河组一、二、三、四、五段为煤系地层，可能出现瓦斯，因此，本工程必须将对瓦斯气体浓度等监测，通风，避免瓦斯局部积聚，产生燃烧、爆炸等危害做为工作的重点和难点。

2 安全监测监控系统

(1)由于斜井是过煤系地层掘进施工，必须安装一套隧道安全监测监控系统，对隧道掘进工作面的瓦斯浓度、风速、风量、CO、局部通风机的运行状态等参数进行实时监测监控，有利于随时了解隧道掘进施工过程中的安全生产的现状，及时排除各种隧道掘进施工过程中出现的不安全因素，以保证隧道的掘进施工安全、顺利进行。

(2)斜井煤系地段内的有毒有害气体除了煤层及围岩瓦斯(CH4)、二氧化碳(CO2)外，还有CO、SO2、H2S、NO2、NH3等，其来源通常是爆破产生的炮烟、矿物氧化、火灾、爆炸以及柴油机工作产生的废气、穿过采空区有毒有害气体泄出等。斜井工作面风流中，氧气浓度应不低于20%，二氧化碳浓度不超过0.5%。

(3)当隧道过煤系地段期间，隧道内有毒有害气体浓度超过规定充许时，对隧道内作业人员将造成中毒、窒息。氧气浓度低于12%时，时间稍长即有生命危险。

(4)隧道内作业环境必须满足以下要求：

①坑道内温度不得高于28 ℃；

②瓦斯(CH4)不大于0.5%；

③粉尘浓度：含1.0%以上游离二氧化硅的粉尘，每立方米空气不得大于2 mg；含10%以下游离二氧化硅的粉尘，每立方米空气不得大于4 mg。

3 瓦斯地层的综合处理方案

3.1 超前钻孔布置

在距所揭煤层最小垂距10 m处的开挖工作面上钻5个超前钻孔，分别探测开挖工作面前方上部及左右部位煤层位置，并采取煤样和气样进行物理、化学分析和煤层瓦斯参数测定，在现场进行瓦斯含量、涌出量、压力等测试工作。

3.2 超前钻孔施工应满足下列条件

(1)在距离初探煤层位置10 m(垂直)处掌子面打3个超前孔，并取岩(煤)芯，探孔采用地质钻机钻孔，孔径为80 mm。岩(煤)取芯应完整，进入煤层后采用干钻取样。

(2)每个探孔穿透煤层并进入顶(底)板0.5 m以上。

3.3 超前钻探钻机选型

根据钻孔数量和钻孔成孔速度，配备4200L型煤矿用履带式全液压坑道钻机或同等能力钻机。

3.4 分析预测瓦斯突出危险性

对煤与瓦斯突出危险性预测对煤与瓦斯突出危险性预测一般采用打孔测压、测瓦斯涌出的初速度、测钻屑量、测钻屑温差、测煤的坚固系数等多种方式，其中只要有一项指标超标就视为该煤层具有煤与瓦斯突出危险性，就必须采取防突措施。

4 防止煤与瓦斯突出措施及措施效果检查

(1)当出现上述预兆时就必须先采取防止煤与瓦斯突出的措施。突出措施一般采取抽排卸压，该煤层总体不厚，只采取钻孔排放瓦斯以防止煤与瓦斯突出。

(2)瓦斯排放施工完毕，应检验防突措施效果，达不到要求时，需要补打钻孔或增加排放时间。直到消除了突出危险后方可揭露煤层。

5 隧道施工过煤系地层瓦斯防治

(1)揭煤前应进行石门揭煤设计，石门揭煤采用微震动爆破法，煤层掘进检验工作面是否存在瓦斯突出，每循环进尺不宜超过1.0 m。瓦斯段考虑瓦斯压力，隧道衬砌结构予以加强，为隔绝瓦斯，防止运营过程中瓦斯逸入隧道，瓦斯段采用全封闭衬砌，二次衬砌采用气密混凝土。

(2)接近突出煤层前，对设计标示的各突出煤层位置进行超前探测，标定各突出煤层准确位置，掌握其赋存情况及瓦斯状况。防突措施实施后，进行效果检验，确认防突措施是否有效。防突措施效果检验在距煤层2.0 m垂距的岩柱以外进行。防突效果检验指标的临界值应根据实测数据确定。

(3)钻爆作业采用湿式钻孔，炮眼深度不小于0.6 m，确保开挖面附近20 m风流中瓦斯浓度必须小于1.5%，爆破地点20 m内，风流中瓦斯浓度必须小于1.0%，瓦斯工区的爆破作业必须采用电力起爆，并使用煤矿许用电雷管，严禁使用秒或半秒级电雷管。在低瓦斯工区进行爆破作业时，爆破15 min后应巡视爆破地点，检查通风、瓦斯、煤尘、瞎炮、残炮等情况，遇有危险必须立即处理。只有在瓦斯浓度小于0.5%，二氧化碳浓度小于0.5%，解除警戒后，工作人员方可进入施工作业。

(4)通风及检查爆破效果。瓦斯隧道施工时应连续通风。瓦斯隧道应采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖面的距离应小于5 m，风管百米漏风率不应大于2%，风管若有破损，必须及时修补或更换。炮响5 min后恢复通风，但不得向洞内送电，人员暂不得进洞。瓦检员每10 min检查一次回风流中瓦斯含量并作好记录。过1 h无异常情况后由瓦检员、炮工两人带便携式隔离自救器步行进入斜井内检查。

(5)经24 h后，掌子面无异情况，掌子面空气中瓦斯含量和回风流瓦斯含量均保持在0.5%以下，恢复向洞内送电，恢复照明和进行掌子面装运碴，并要有专职瓦检员在现场值班检查瓦斯。否则继续延长掌子面停歇时间，直到符合要求为止。

6 实施效果

施工过程中严格执行施工方案和相关规范，尤其严格执行爆破方案、控制隧道洞室内的瓦斯及其他气体浓度，本项目通风斜井目前以顺利贯通，整个施工过程未发生安全事故。