铁路瓦斯隧道施工简要方案.docx

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铁路瓦斯隧道施工简要方案

瓦斯隧道施工工艺

一、煤层、瓦斯隧道地段施工程序

修正施工设计

二、施工程序要点：

<一>、合理划分瓦斯工区与瓦斯预防工区、设置好辅助导坑

不同的隧道，其瓦斯含量及压力与煤系地层的长度、在隧道中所处位置和所占长度比例及隧道本身长度有关，且差异很大。

《铁路瓦斯隧道技术暂行规定》要求将瓦斯隧道合理地划分为瓦斯工区和瓦斯预防工区，把煤系地层和有瓦斯逸出的部分划分为瓦斯工区，对其严格按瓦斯隧道的有关规定进行管理；把非煤系地层和没有瓦斯逸出的部分划分为瓦斯预防工区，对其按瓦斯预防工区管理。

合理划分瓦斯工区与瓦斯预防工区，可以把防瓦斯段压缩在尽可能小的范围内，实现“化整为零，区别对待，分而歼之，各个击破”，减少人、财、物、机的浪费，显著提高经济效益。

对于长大隧道和煤系地层占比例小的隧道划分工区更为重要。

通过辅助导坑，实现将隧道分成不同的施工工区。

设置辅助导坑应注意以下问题：

1．选择好斜井的倾斜方向及其与隧道的平面夹角

原则上，斜井应倾向于煤系地层，且尽可能见效与隧道的平面夹角，否则，将会给施工带来诸多不便。

2．选择好平行导坑的相对标高

设置平行导坑的目的，除了起超前探测地质和排放瓦斯的作用外，主要是与横通道和正洞形成巷道式通风。

<二>、建立可靠的供电系统

铁路瓦斯隧道的施工，必须保证连续供电，因为一旦隧道的通风设备供电中断，不仅影响隧道的正常施工，而且极易造成瓦斯聚集而引发瓦斯、煤尘爆炸和火灾事故，因此，必须在瓦斯隧道建立可靠的供电系统，包括可靠的电源和双回路电源线路。

供电形式，可在工地引入一路1万V的高压线作为主要电源。

为了应急，在洞外备用二、三台320kw的柴油发电机。

在洞口设变电站将电压降至380V，再向洞内供电。

为防止因线路故障而停电，向洞内敷设2路电源电缆线（供施工用和备用）。

电缆采用矿用橡套阻燃防爆电缆线，并在线路中安装矿用自动馈电开关和漏电保护及过流保护装置，当电缆、电气装置或电动机发生短路或过载事故时，可自动切断。

<三>、加强通风，把瓦斯浓度降低到爆炸界限以下

　　加强通风是搞好瓦斯隧道安全施工的有效手段。

施工期间的通风方式分两阶段进行。

第一阶段：

正洞和平行导坑形成通风巷道前，正洞和平导各自独头掘进，这期间采用压入式通风，其风速计算按以下三方面考虑，并取其最大值：

1．稀释和排除炮烟所需风量：

7.8

Q=·3√A（SL）2（m3/min）

t

式中：

t——放炮后吹散炮烟所需时间，一般取20~30min；

　　　Ａ——同时起爆的炸药量（kg）；

　　　Ｓ——隧道开挖断面（m2）；

　　　Ｌ——独头掘进长度（m）。

2．消除顶层沼气聚集所需风量：

　　　　　Ｑ＝60V小Ｓ　　　　　（m3/min）

式中：

V小——隧道掘进允许最低风速（＞1.0m/s）；

　　　Ｓ——同前。

3．回风流沼气浓度不超限所需风量：

　　　　1

Q=·g（m3/min）

C

式中：

Ｃ——沼气安全浓度，为1%；

　　　g——隧道沼气绝对涌出量（m3/min）.

根据风量计算，在井口分别安装相应通风设备。

　　为保证施工安全，安装风电闭锁装置，即停风必须停电，送风后根据具体情况人工复电。

第二阶段：

巷道式通风。

新鲜空气从主斜井进入隧道，到工作面后将洞内浊气压往横通道、平行导坑和副斜井，由安装在副斜井口的主扇风机抽至地面大气中。

　　　为了杜绝通风死角和避免循环风，在横通道前≥10m处安装一台轴式通风扇，通过风管把新鲜风流直接送入掘进工作面，洞内浊气则沿隧道外流，经横通道汇入回风流中。

<四>、煤系地层的开挖方法和地质超前预报技术

聚煤环境的影响，煤系地层大多为泥岩、页岩、砂泥岩和煤层互层，岩性松软、破碎，自稳性差，故在铁路隧道大断面开挖时，极易坍落塌方。

另一方面，在煤系地层施工必须使用煤矿用毫秒电雷管和煤矿安全炸药。

毫秒电雷管规定延期时间不得而超过130ms，只能选用到5段；而煤矿安全炸药的爆力和猛度均小于非矿用炸药（见下表），其爆炸威力只相当于一般岩石铵锑炸药的80%，难以满足铁路隧道大断面施工要求。

岩石炸药爆力/cm3猛度/mm

煤矿安全炸药爆力/cm3猛度/mm

1号硝铵炸药35013

2号硝铵炸药32012

2号铵锑炸药32012

1号铵锑炸药29012

2号铵锑炸药25010

3号铵锑炸药24010

由于上述原因，决定了在煤系地层中不宜全断面开挖，而应采取半断面正台阶、先墙后拱的施工方法。

在开挖上弧导坑前，视围岩情况或设超前小导管注浆，或设超前水平锚杆补强，并短掘紧衬，衬砌紧跟工作面，以防塌方。

平行导坑因断面小采取全断面开挖，但仍应短掘紧衬。

初期支护紧跟工作面能及时封闭岩面，防止瓦斯向隧道泄漏，有利于施工安全，但由于放炮距离近，使拱部受到扰动。

由于煤系地层岩石松软，强度低，凿眼容易，故只要多用风枪，及时凿眼放炮，在支护2小时内大多能做到打眼放炮完成，此时混凝土尚未初凝，不致使混凝土质量受到影响。

在岩石破碎，凿眼过程中发生卡钻、顶钻，或由于其它原因使凿眼时间延长时，则采取密炮眼、小药量的办法，尽量减少放炮对支护混凝土的影响。

为保证隧道开挖顺利，避免盲目性，增强科学性，应做好地质超前预报。

为此，一是在隧道开挖前要充分利用现有的地质资料，并在实践中将其鉴别和筛选，去伪存真；二是在隧道开挖过程中，不断收集和积累新的地质资料；三是因地制宜，采取多种手段，藉以提高预报的准确性。

平行导坑除了与正洞形成巷道式通风外，还有为正洞超前探明地质的作用。

由于平行导坑超前施工，因此，地质超前预报工作首先在平行导坑进行。

具体做法是：

1．利用地质素描：

把斜井的地质资料投影绘制在平行导坑所在的剖面上，利用岩层产状为平行导坑进行地质预报。

2．利用钻孔资料：

在瓦斯工区布置2~3个钻孔，让它们都分布在平导和正洞的正中间，运用垂直投影法或岩层走向投影法把钻孔资料投影绘制在平行导坑所在的剖面上，即可为平行导坑进行地质预报。

3．水平超前钻探：

水平超前钻探可采用黑龙江矿业学院工厂制造的TXU——75液压钻机。

该钻机可在不同硬度的岩层中以任何角度钻φ75mm以内的孔，并可取岩芯。

围岩的岩性、层位变化通过岩芯或钻屑判定。

从钻孔资料可以计算和分析出煤层厚度、位置、产状及顶、底板岩性。

平行导坑的地质超前预报技术同样可以应用与正洞，可直接利用平导所探明的地质资料，并通过其自身的钻探资料与平导相对照，使二者相互补充，彼此验证。

4．利用TSP200隧道地震波超前预报地质系统，预报掌子面前方200米的地质情况，为施工安排作超前考虑。

<五>、隧道瓦斯检测

随着工程的进展和隧道不断向前延伸，工作面必然愈来愈接近煤层，相应的，隧道里瓦斯含量也将从无到有，由小到大呈递增趋势。

但不同的施工工序和隧道的不同部位瓦斯含量有着明显差异，因此，必须加强对瓦斯的检测。

瓦斯检测要抓住以下环节：

1．加强关键工序的瓦斯检测

在一个施工循环中，瓦斯含量增加幅度最大的工序，是在凿眼过程中和放炮之后。

因为炮眼可能成为与前方瓦斯层的连接通道，瓦斯沿炮眼很容易泄露到工作面乃至整座隧道；而放炮之后，由于突然揭露出大面积的新鲜岩层，有可能使封闭的含瓦斯地层逐渐解放乃至完全暴露，致使瓦斯沿围岩裂隙缓慢渗漏乃至大量涌出。

因此，加强凿眼过程中及装药前和放炮后的瓦斯检测至关重要。

及时检测和掌握掘进工作面的瓦斯浓度，使我们能随时做到：

当工作面风流中瓦斯浓度达到1%时，严禁放炮；工作面风流中瓦斯浓度达到1.5%时，停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。

在掘进面放置1台抚顺煤矿安全仪器厂生产的AQJ-9型瓦斯指示报警器，把警报点调至于0.9%CH4,对瓦斯浓度进行监测。

2．加强重点部位的瓦斯检测

由于瓦斯比空气轻，而且有很强的扩散性，当隧道风速小到一定程度（通常认为风速小于0.25m/s时，瓦斯将游离出来，并在隧道顶层和死角处聚积，局部有可能达到爆炸浓度。

因此，隧道顶部及顶部超挖的空洞、盲巷、避车洞和断面变化大等处（此处风速变小），是检测的重点，抓住了这些重点部位，就能及时发现“死角”。

3．检测仪器的选择

目前，瓦斯检测仪器种类`很多。

按测量原理有热催化、热导、光干涉、气敏、红外线等类型，各型仪器都有其优缺点。

按产地有进口和国产之分，进口仪器固然先进，但价格昂贵；国产仪器结构简单，性能稳定操作方便，声光报警信号清晰可靠，检测过程中仪器处于良好状态，完全可以与进口仪器相媲美。

以重庆无线电二厂生产的JCB-2型甲烷测定报警器为例：

当瓦斯浓度为0~2%时，误差为0.1%；当瓦斯浓度＞2%时，误差为0.2%；瓦斯浓度＞3%时，误差为0.3%；完全可以满足瓦斯隧道的施工要求。

因此，铁路瓦斯隧道的施工没有必要花巨资去购买洋仪器。

从安全角度出发，应同时选用不同测量原理的仪器，以便集各类检测仪器之所长，弥补其不足，并使其相互参照，彼此验证。

对检测仪器不必求洋，但应求全。

具体监测实施见“隧道瓦斯监测工艺”。

〈六〉、防瓦斯爆炸

瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：

一是要有足够的氧气（氧气浓度在12%以上）；二是要有一定的沼气（5%~16%，以9.5%时爆炸最为猛烈）；三是要有高温火源，如明火、放炮火花、电器设备火花等。

《铁路隧道施工规范》规定：

“坑道中氧气含量按体积不小于20%”，这是施工人员生存的基本条件。

因此，隧道在施工过程中氧气能达到瓦斯爆炸所需浓度，这是无法避免的；至于隧道里的瓦斯浓度，则主要取决于煤层和围岩中的瓦斯含量，我们只能利用通风和其它排放措施尽量使其降低到爆炸界限以下。

相比之下，杜绝高温火源则是防止引燃、引爆瓦斯的一条根本措施。

所以，瓦斯隧道施工必须采取以下安全措施：

1．使用毫秒电雷管和安全炸药

瓦斯爆炸需要一定的反应时间，达到爆炸浓度的瓦斯遇到火源时不会立即爆炸，而会延迟一段时间，这种现象称为引火延迟现象，其引火延迟时间称为感应期。

使用毫秒电雷管，并只用5段，不跳段使用，使总延期时间不超过130ms。

由于延期时间小于感应期，因此不会引燃、引爆瓦斯。

煤矿安全炸药加入了适当的食盐作消焰剂，能吸收热量，降低爆炸气体的温度，削弱瓦斯与氧气的连续反应。

为防止炸药爆破时产生火焰，必须用炮泥封堵好炮眼，避免漏气。

2．使用矿用防爆型机电设备

所谓矿用防爆型机电设备，就是把机械的电机、电器等装在具有防爆性能外壳里（这种设备通常用“KB或EX表示），使其产生火花、火焰及其散发的热量不致引燃壳外的沼气。

洞内的弱电设施，如：

电话、信号灯、照明灯、自动闭塞装置等，要选用矿用安全火花型（用“KH”表示），这是低电流、低电压设备，它在任何情况下产生的火花温度总是低于瓦斯或煤尘燃烧所需的温度。

洞内供电，使用矿用橡胶阻燃、防爆软电缆，这种电缆的导电主芯为铜绞线，能避免铝芯电缆在短路时飞溅出来的铝蒸气引起瓦斯或煤尘爆炸的危险，而且这种电缆以硫化橡胶作主绝缘层，并设马鞍形防震橡胶垫芯和氯丁橡胶护套，具有很好的防爆性。

这些防爆机电设备，除严格按规程安装使用外，要经常检查维修，使之处于完好状态，保持其防爆性能。

3．对引燃、引爆瓦斯的综合防治

除了采取上述两条防止引燃、引爆瓦斯的措施外，对施工中容易引发瓦斯事故的许多环节还需采取综合防治措施。

（1）防静电：

人体极易带静电，有时所带静电高达5KV以上。

这样高的电压，很容易起爆电雷管。

因此，禁止穿化纤衣物进洞，给所有施工人员配发纯棉工作服，临时进洞人员必须换上棉工作服。

塑料管容易聚集静电荷。

当风流或压缩空气通过塑料管时，能产生许多快速间断火花或接近连续放电火花。

当放电能量达到0.28MJW时，能引燃、引爆瓦斯。

故必须使用双抗（抗燃、抗静电）塑料管作通风管，并且不使用塑料管材作喷浆管和高压风管。

（2）防撞击火花：

铁器之间、铁石之间的撞击火花在施工中随处可见，必须有相应的防范措施：

一是矿车两端设置橡胶碰头，避免矿车直接碰撞；二是装碴前先把石碴洒水润湿，防止耙斗与石碴相互撞击产生火花；三是拆卸钢模板和铺设轨道时，均使用木锤。

（3）防放炮火花：

使用水泥或粘土炮泥封孔密实不漏气，严禁使用煤粉、块状材料、水泥袋纸和其它可燃性材料堵炮眼。

（4）禁止使用电焊、气割等设备。

〈七〉．煤与瓦斯突出的预测和防治

煤与瓦斯突出是指在极短的时间里，由煤体向隧道中突然排出巨量的瓦斯和粉碎的煤，造成瓦斯窒息、燃烧、爆炸及煤流充塞隧道等事故，给施工构成极大的威胁。

依据地质资料，初步判断煤层有无突出危险。

在隧道施工过程中，仍需对上述煤层分别进行实地突出危险性预测，区分突出危险煤层和突出威胁煤层，以便有的放矢地对其采取不同的防治措施。

对于煤层的突出危险预测，用综合指标法或石门钻屑指标法均可。

相比之下，石门钻屑指标法以两项指标代替综合指标法的四项指标，具有快速准确的特点。

煤科院重庆分院研制的ATY瓦斯突出预测仪集数据测量、处理、储存、打印、显示、报警等功能于一身，具有快速、准确、自动化程度高等特点。

对各煤层采取的防护措施有：

1．远距离放炮

远距离放炮是为防止突出预测失误而采取的一种安全防护措施。

放炮时把起爆点设在洞外，洞口杜绝一切火源。

起爆母线采用铜芯电缆，使用煤矿安全炸药和毫秒雷管（总延期时间不超过130ms），放炮时洞内停电撤人，放炮后30min方可进入工作面检查。

2．震动放炮

震动放炮是揭煤时一种诱导突出的安全防范措施。

它是通过多钻眼、钻浅眼、少装药的施工方法，使煤体及岩层造成震动，在人员撤到安全地点的条件下诱导突出，以保证作业的安全。

震动放炮即使没有诱发突出，由于强大的震动力使煤体破裂，有助于消除围岩应力的不均衡状态，释放煤体内的弹性潜能，缓和地压，有利于防突和安全施工。

3．震动放炮辅以金属骨架

金属骨架是一种预防突出的辅助措施。

揭煤时，为了使金属骨架不被爆破崩坏，骨架孔的开孔和终孔位置均设在开挖周边线以外。

因此，施钻前要把工作面适当扩大。

骨架孔穿透煤层深入岩层0.5m，孔距75mm，内插50钢管并注浆，钢管尾端用U型螺栓和方垫板联结固定在钢拱架上，钢拱架立在开挖周边线以外。

金属骨架虽不能直接大量降低煤体内的应力和瓦斯压力，但能增加煤体的稳定性，此外，骨架钻孔有卸压和排放瓦斯的作用，所以能减小突出能量。

具体工艺见“揭煤施工工艺”。

〈八〉．气密性混凝土施工

所谓气密性混凝土，是在混凝土中掺入一定比例的硅灰、粉煤灰和高效减水剂（FDN），利用硅灰和粉煤灰的高化学活性改善混凝土整体结构和界面状况，使混凝土中的孔隙率降低，孔结构细化并减少其贯通性毛孔数量，从而提高混凝土密实度、抗渗性和耐腐蚀性，达到封闭瓦斯、防水及防腐的目的。

在瓦斯设防段模注气密性混凝土，并采用全封闭复合式衬砌，即把气密性混凝土分初次衬砌和二次衬砌两次进行，在两层混凝土之间设置一道高密度的HDPE板作为瓦斯隔离层，并对施工缝进行特殊处理，以防止瓦斯泄漏，保证隧道运营安全。

这是对瓦斯隧道采取的一条特殊防范措施。

具体见“气密性混凝土施工工艺”。

〈九〉、安全工作和瓦斯现场救护

瓦斯始终是威胁瓦斯隧道施工安全的一个首要问题，因此，安全工作要常抓不懈，警钟长鸣，做到：

1．制定各项安全规章制度：

安全管理、检查制度，机械设备安全制度、用电安全制度、通风安全制度、人员防护安全制度。

2．规章制度力求科学、严谨、详尽、具体，既便于操作，又利于督促检查；

3．要对职工进行安全教育和岗前培训，并考核、颁证，持证上岗；

4．执法要严，违法必究，制度面前人人平等，特别是各级领导要身体力行，带头遵章守纪。

5．建立安全专门组织机构及救护队，明确安全具体负责人员及职责，岗位明确，责任到人。

建立救护队是瓦斯隧道现场救护的主要组织措施，其目的是及时、有效地对瓦斯事故进行救护，使事故损失降低到最低限度。

救护队必须是一支军事化的、训练有素的专业队伍，配备相应的装备和器材。

瓦斯隧道的施工期间，可以由局或处派救护队进驻工地。

铁路瓦斯隧道施工技术和现场管理是一项系统工程，因此，施工前要全面规划，统筹安排，施工中要周密部署，精心组织。

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