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瓦斯隧道安全揭煤施工技术
瓦斯隧道安全揭煤施工技术
刘新明
〔摘要〕本文通过贵州水柏铁路E标段土地丫口隧道出口瓦斯工区C－3煤层施工实例，介绍了有效预测煤层位置，防止瓦斯事故的一种方法，为类似隧道施工提供了一个例证。
〔关键词〕瓦斯隧道、煤层预测及定位、煤与瓦斯突出危险性预测、瓦斯排放、安全措施。
前言
贵州水柏铁路E标段土地丫口隧道（中心里程D1K11+272）出口工区为瓦斯隧道工区，里程为D1K211+500～+905，总长为405m。
原设计隧道贯穿五道煤层，该地层为以陆相为主的海陆交互相沉积的砂、泥岩夹煤层。
施工队伍进场后，距离出口工区右侧96m左右的联营煤矿煤洞发生瓦斯爆炸。
此事引起了施工单位的高度重视。
隧道掘进中采用5m长钎预测到C－4煤层的出现，通过钻机前探对煤层位置准确测定后，确认该煤层即为联营煤矿发生爆炸的同一煤层。
经煤层突出危险性检验，检验指标K1大于0.5，也证实该煤层有煤与瓦斯突出危险。
施工从出口往进口方向推进，随后的C－3、C－2、C－1煤层皆为类似情况，并且越往进口方向，煤层的瓦斯赋存量及瓦斯压力越大。
为此，施工单位逐层进行检测和措施排放工程，严格按煤与瓦斯突出煤层组织施工管理。
在隧道开始进洞后不久附近煤矿又发生煤尘与瓦斯爆炸，距煤洞洞口10m远处的卷扬机房顶被冲击波抛到30m以外并伴随大量煤粉突出。
此时隧道正处于有煤地层的施工中，此事再次给施工单位敲响了警钟，由于该煤矿开采煤层与本隧道为同一煤系，均为上煤组煤层，为此施工单位严格按防突细则有关规定进行管理。
确保了安全顺利完成出口瓦斯工区穿过各道煤层的施工任务。
1、施工过程简介
施工流程图见图1
图1：
C3煤层揭煤施工程序框图
2、煤层预测及定位
为有效预测煤层位置，防止在隧道掘进中误撞煤层，在过完C－4煤层后，从D1K11+764.4起首先利用5m长钎前探煤层，经过多次长钎前探，直到见煤且长钎置于煤层中为止，再改用钻机前探，确定煤层位置。
2.1风钻长钎前探煤层
采用风钻长钎前探C－3煤层钻孔布置见图2（下页）：
钻孔有关参数见表1：
图2：
C3煤层风钻长钎前探控制图
表1C－3煤层风钻长钎前探工程量一览表
孔号
方位
倾角
见煤
过煤
穿煤厚
孔深
一探
1＃
350°
35°
3.2
4.3m
1.1
5m
2＃
30°
35°
3.5
4.8m
1.3
5m
二探
1＃
350°
35°
1.5
2.6m
1.1
5m
2＃
30°
35°
1.8
2.9m
1.3
5m
三探
1＃
350°
35°
1.1m
1.1
5m
2＃
30°
35°
1.3m
1.3m
5m
四探
1＃
350°
35°
无
5m
2＃
350°
35°
无
5m
五探
1＃
355°
35°
无
煤
5m
2＃
30°
35°
无
煤
5m
六探
1＃
355°
35°
3.8
煤
5m
2＃
30°
35°
4.2
煤
5m
七探
1＃
355°
35°
1.2
4.6
5m
2＃
30°
35°
1.5
5
5m
八探
1＃
2＃
总长
70m
从上表中可知1～3次前探都穿过了一层0.8m厚的煤层，在确认其不是C－3煤层后，继续前探，直到第六次前探，见煤后采用水平钻机钻孔前探预测煤层赋存情况。
其实，像一次前探所遇到的0.8m厚的煤层，在C－4与C－3之间还存在七道，其厚度从0.3m－1m不等，称为煤线组，其煤线间距较小，煤层间岩层节理发育，经过常年瓦斯释放，已无瓦斯突出危险，对隧道施工几乎没有影响，所以施工中并没有把他们看成设计意义上的真煤层。
2.2水平钻机前探煤层
钻孔布置如图3：
图3：
C3煤层钻机前探控制图
D1K11+721.4C3煤层钻机前探平面图
表2：
C－3煤层水平钻机前探钻孔参数表
孔号
方位
倾角
见煤（m）
过煤（m）
穿煤层（m）
孔深（m）
1#
35°
0°
11.7
19.0
7.3
20.0
2#
35°
28°
4.6
8.8
4.2
9.5
3#
35°
0°
10.0
16.8
6.8
17.6
钻孔总长度
47.1
经钻孔实探探后得出C－3煤层定位：
（1）上部隧道中线上见煤点（D点）里程，煤层倾角β推算：
如图4，已知2＃孔见煤点到机中d1＝7.51m，1＃孔见煤点到机中d2＝14.18m，1＃与2＃孔夹角a12＝28°，机中里程为D1K11+723.9，β＝arctg3.52/7.55＝25°，D点里程等于B点里程加上1.8ctg25°而B点里程为机中里程减6.63+7.55，为D1K11+709.72则：
D点里程为D1K11+713.6。
（2）煤层厚度d
d＝7.3（1＃孔穿煤厚）×sinβ=3.2m
（3）煤层走向
推算煤层走向与隧道中线的夹角a
tga＝4.33/2.3，a＝arctg4.33/2.3＝62°
3、煤与瓦斯突出危险性预测
3.1瓦斯压力测定
探钻过程中，掌握了煤层赋存情况和围岩性质以后，更主要的是进一步了解煤层瓦斯状况，即瓦斯压力测定和煤层突出系数测定。
为此，采用水平钻机前探煤层的1＃和3＃钻孔，按照《细则》附录二：
煤层瓦斯压力测定方法进行封机测压，经压力测试观察7天，1＃测孔压力上升至0.98Mpa，3＃测孔压力0.87Mpa。
根据《细则》26条判断，C3煤层瓦斯压力大于突出监界值0.74Mpa，该煤层具有突出危险性。
3.2钻屑指标法预测突出危险性：
K1值测定
经过测压确定C3煤层有突出危险性，根据工作面岩层产状稳定的情况，决定前掘5m保留1.5m的岩柱进行检验，在D1K11+716位置上，在工作面布置三个并排平行掘进方向仰角为35°的钻孔。
采用电煤钻钻孔，ATY－1型瓦斯突出参数仪测定煤层突系数。
测得三孔K1值分别为0.710、0.716、0.722，均大于《细则》规定的K1值上限0.5，进一步断定C3煤层为具有突出危险性煤层。
应在K1值检验工作面上钻孔排放瓦斯以消除瓦斯危险性。
待排放达到K1值低于0.5以后方可揭煤作业。
4、钻孔排放瓦斯
4.1上半断面瓦斯排放
上半断面共设8排钻孔，每排9孔，共计72孔，总长921.8mФ80mm钻孔。
表3：
上半断面C－3煤层排放瓦斯钻孔参数统计表
孔号
方位°
倾角°
见煤m
过煤m
穿煤厚m
孔深m
备注
1＃
348
48
1.8
5.2
3.4
5.5
2＃
359
48
2.2
5.3
3.1
5.8
微喷
3＃
12
48
2.4
5.4
3.0
6.1
4＃
24
48
2.7
5.9
3.2
6.5
5＃
35
48
3.1
6.6
3.4
6.6
喷孔
6＃
43
48
3.8
7.6
3.8
8.0
7-40#
略
41#
35
5
5.4
11
6.3
11
42#
43
5
6.0
13
7.0
13
43#
52
5
6.9
14
7.7
14
44-47#
略
总计
921.80m
钻孔以钻机中心点为起始点向四周辐射施做。
以钻孔见煤点到开挖轮廓的距离达到揭煤要求安全岩柱（1.5m）以上为止。
每孔深度达到过煤点后终孔。
因此排放孔的布置是根据煤层走向以及钻机机中位置设定其水平和仰（俯）角度的。
经过从99年6月2日到6月16日十四天的排放后，检测K1值及瓦斯压力数值分别小于0.5和0.74，达到掘进要求。
4.2下半断面瓦斯排放
下半断面共设四排钻孔，每排九孔，共计35孔，总长540.2mФ80mm钻孔。
表4：
下半断面C－3煤层排放瓦斯钻孔参数统计表
孔号
方位°
倾角°
见煤m
过煤m
孔深m
备注
1＃
346
14
0.4
4.5
5
2＃
359
14
0.9
4.7
5
3＃
12
14
1.2
4.9
5.4
4＃
25
14
1.5
5.3
5.9
5＃
35
14
1.9
5.9
6.2
6＃
44
14
2.2
6.4
7.1
7-18#
略
19#
322
0
2.4
12.0
抱钻微喷
20#
359
0
2.7
12.4
21#
12
0
2.9
21.2
22.0
22#
25
0
3.4
22.2
22.9
微喷
23#
35
0
3.7
23.9
25.5
涌水流化氢味
24#
44
0
4.3
26.2
27.3
微喷
25#
52
0
5.0
25.9
26#
58
0
5.6
19.0
抱钻
27#
63
0
6.4
15.3
抱钻微喷
28-35#
略
总计
540.20m
向两邦及隧底的布孔方法与上半断面相同。
经过6月28日到7月4日七天时间的排放，消除了突出危险性。
5、爆破揭煤
施工中，从隧道施工的特点考虑按光面爆破布眼，适当加大掘进眼装药量，上半断面装药眼孔深1.5m，36孔，总药量23kg，循环进度约1.0m，在过门坎循环打眼时，上部煤层中不布炮眼，煤层用十字镐开挖，上半断面6月26日过完煤层。
过煤里程为D1K11+693。
下半断面采用同样方法揭煤过煤。
C3煤层揭煤，过煤程序如下图6所示：
图6
6、安全措施
6.1在煤系地层开挖中，一律采用弱爆破、短进尺、浅眼多循环作业，强支护、抢支护提高围岩自承能力。
6.2严格执行一炮三检制、三人连锁放炮制、三专两闭锁制度。
6.2.1一炮三检制：
打眼、装药前后、放炮前后进行检查。
6.2.2三人连锁放炮制：
放炮时安全员将启爆器钥匙交给工班长，工班长将钥匙交给瓦检员，瓦检员将钥匙交给放炮员，放炮员用钥匙开启爆箱充电后启爆。
6.2.3三专两闭锁：
三专即是专用电线、专用开关、专用变压器。
两闭锁即风电闭锁，停风时自动停电；瓦电闭锁，瓦斯超限时自动停电。
6.3进洞人员身检制：
严禁火种进洞、严禁穿化纤衣服进洞作业。
6.4从上部顶距煤层底1.5岩柱至下部底距离煤层顶2m内的全部作业过程均执行下列规定：
6.4.1经防突措施执行效果检测指标符合规定后方可进行施工开挖。
6.4.2远距离放炮，本隧道为独头直洞施工，放炮点应在洞口外安全点启动启爆器。
放炮时，洞内工作人员全部撤至洞口以外安全地带，全洞内停电，设备撤至安全地段或防护隐蔽。
6.4.3响炮后恢复通风半小时后，瓦检员、放炮员、救护人员、领工员配好矿灯、自救器进入工作面检查，确认安全后通知工作人员进洞内工作。
6.4.4揭煤期间使用3＃煤矿安全炸药、矿用安全雷管。
6.4.5放炮母线采用V－2型胶质线，每次放炮前放炮母线应在地面用万能表检查电阻和导线，母线电阻不超过0.25欧姆。
6.4.6严格遵守“煤矿安全规程”的有关放炮的一切规定。
6.4.7通风：
本隧道为独头台阶式施工，采用FD－1N0.6/30型风机，压入式通风。
保证爆炸工作面有足够气流冲淡瓦斯浓度及入洞工作人员4m3/分钟的空气供给。
6.4.8配备不少于20台自救器，揭煤过程中所有进洞工作人员必须配带矿灯和自救器进行工作。
6.4.9洞内电器设备在揭煤、过煤前进行一次检修，必须符合防爆要求，设专人检修、保护。
结束语：
通过土地丫口隧道瓦斯工区的施工，得出如下结论：
1、只要严格执行《煤规》和《防突细则》，铁路瓦斯隧道施工安全是完全可以得到保障的。
2、本文所述5m风钻长钎预测煤层的方法，是结合隧道煤层缓倾（倾角≤25°）及岩层较完整，抗压性能较好而得到采用的，该方法虽然适合独头掘进施工，边掘进边前探，不影响施工进度，但不宜推广到不具备上述条件的瓦斯隧道。
3、本隧道实施防治煤与瓦斯突出工作，切实贯彻了“安全第一、预防为主、依靠科学、综合治理”的方针，严格制定和执行了计划、技术、财务、器材供应监督检查等各种管理制度，保证了本隧道防治煤与瓦斯突出工作的实施，杜绝了防治煤与瓦斯突出工作中的一切人身事故。
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