岩脚隧道煤层揭煤方案.docx

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岩脚隧道煤层揭煤方案

贵州省新建铁路安顺至六盘水线

岩脚隧道揭煤方案

方案编制：

武磊

方案审核：

徐文平

中煤科工集团重庆研究院有限公司

二〇一六年九月

1前言

新建铁路安顺至六盘水线岩脚隧道（以下简称“岩脚隧道”）位于六枝特区大用镇，等级为单线铁路隧道。

隧道全长2461m，进口里程：

DK30+694，出口里程：

DK33+101，属中长隧道。

岩脚隧道为新建铁路安顺至六盘水线隧道工程，由中铁五局集团有限公司（以下简称“中铁五局”）承建，中铁五局在贵州省安顺市普定县大用镇成立了安六铁路项目部（以下简称“项目部”），承担岩脚隧道现场施工管理。

岩脚隧道采用进、出口端双向施工。

进口端承担1360m正洞施工、出口端承担1101m正洞施工，贯通点里程为DK32+000。

根据《新建铁路安顺至六盘水线DK31+897.5岩脚隧道进口工区煤层段施工与揭煤防突预设计说明》（以下简称《岩脚隧道设计图》），岩脚隧道DK30+694～DK31+280段穿越二叠系上统龙潭组及二叠系长兴大隆组含煤地层，设计为高瓦斯地段，该地段含煤4层，分别为9、7、3及1号煤层。

岩脚隧道进口按高瓦斯隧道进行设计，初步预测煤层具有突出危险，为确保施工安全，隧道在过煤系地层段，应结合地勘资料施工超前探孔，进行探煤作业，探明煤层赋存情况，并对探明进行突出危险性预测，以便根据预测结果指导隧道的揭煤工作。

2总体揭煤技术方案

依据《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002），结合岩脚隧道实际情况，采取技术咨询服务单位与项目部共同合作，在过煤系地层过程中进行现场技术指导，现场指导各类钻孔（超前探孔、预测孔、措施孔、措施效果检验孔等）的施工，现场测定煤层突出危险性预测指标、效果检验指标及验证指标。

根据指标的测定结果，指导项目部编制相应规程及安全技术措施、规章制度、填制报表等，并提出相应的建议和整改措施。

由于隧道地勘期间对煤层及瓦斯赋存的勘探程度不高，过煤系地层施工期间，瓦斯涌出量大，隧道未揭煤层可能具有煤与瓦斯突出风险，隧道在掘进过程中必须严格按照相关标准规定开展防突工作，揭煤过程必须执行综合防突措施，并加强组织管理，确保防突措施工作落实到位。

岩脚隧道综合防突措施具体步骤如下：

（1）由于隧道地勘期间对煤层情况勘探程度不高，施工期间通过施工超前循环探孔，对煤层赋存情况进行核实，以探明煤层的相对位置及赋存情况；

（2）利用超前循环探孔对探明煤层兼测煤层瓦斯含量或压力，依据瓦斯含量或压力指标进行煤层突出危险性预测；

（3）若预测煤层有突出危险，则需要掘进至最小法向距离7m前进行瓦斯预抽（排）的防突措施，预抽（排）完成后采用瓦斯含量直接测定法进行效果检验，效果检验有效后，正常掘进至最小法向距离5m处进行突出危险性验证；

（4）若验证有突出危险，则补充防突措施，然后效果检验，直到效果有效为止；若无突出危险性，则边探边掘至最小法向距离2m处；

（5）在最小法向距离2m前进行最后突出危险性验证，若验证有突出危险，则继续补充防突措施，若无突出危险性，则采取安全防护措施揭开煤层；

（6）揭开煤层，直到进入煤层顶（底）板2m为止。

3超前探煤钻孔布置

对于穿越煤层的瓦斯隧道来说，及时掌握掌子面前方煤体的位置及赋存特征是避免因误穿煤层而导致瓦斯大量突然涌入引起瓦斯事故和煤与瓦斯突出的重要环节，因此，在掌子面临近煤层前的超前地质预报就必不可少。

超前探煤主要手段有物探和钻探两种。

建议岩脚隧道超前探煤采取钻探的方式。

由于地勘期间对隧道洞身穿越煤层及瓦斯赋存的勘察程度不高，为了准确掌握揭煤段煤层及瓦斯赋存情况，以科学有效地制定安全技术措施，施工期间应进行超前探测。

根据设计资料，岩脚隧道DK30+694～DK31+280段穿越二叠系上统龙潭组及二叠系长兴大隆组含煤地层。

建议岩脚隧道施工超前循环探孔，每循环探明开挖工作面前方80m，预测无突出危险后允掘60m执行下一循环超前探孔，直至过完煤系地层。

岩脚隧道超前探孔布置示意图如图3-1所示，超前探孔参数如表3-1所示，

图3-1超前钻孔布置设计示意图

表3-1钻孔设计参数一览表

孔号

方位角*（°）

倾角

（°）

孔径

（mm）

设计孔深（m）

备注

1号探孔

0

10

76

80

2号探孔

0

5

76

80

3号探孔

0

1

76

80

4号探孔

左偏5°

1

76

80

5号探孔

右偏5°

1

76

80

*注：

隧道中心线掘进方向设为0°。

4煤层突出危险性预测

（1）预测的依据

项目主要依据《防治煤与瓦斯突出规定》、《铁路瓦斯隧道技术规范》。

（2）预测指标

1）突出危险性预测指标

根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十二条和第四十三条规定，区域预测一般根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法进行，也可以采用其他经试验证实有效的方法，并按照下列要求进行：

（1）煤层瓦斯风化带为无突出危险区域；

（2）根据已开采区域确切掌握的煤层赋存特征、地质构造条件、突出分布的规律和对预测区域煤层地质构造的探测、预测结果，采用瓦斯地质分析的方法划分出突出危险区域。

当突出点及具有明显突出预兆的位置分布与构造带有直接关系时，则根据上部区域突出点及具有明显突出预兆的位置分布与地质构造的关系确定构造线两侧突出危险区边缘到构造线的最远距离，并结合下部区域的地质构造分布划分出下部区域构造线两侧的突出危险区；否则，在同一地质单元内，突出点及具有明显突出预兆的位置以上20m（埋深）及以下的范围为突出危险区。

（3）在上述

（1）、

（2）项划分出的无突出危险区和突出危险区以外的区域，应当根据煤层瓦斯压力P进行预测。

如果没有或者缺少煤层瓦斯压力资料，也可根据煤层瓦斯含量W进行预测。

预测所依据的临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按表4-1进行预测。

表4-1根据煤层瓦斯压力或瓦斯含量进行预测的临界值

瓦斯压力P（MPa）

瓦斯含量W（m3/t）

预测类别

P﹤0.74

W﹤8

无突出危险

除上述情况以外的其他情况

突出危险

5防突措施

根据岩脚隧道探明煤层突出危险性预测结果，为了确保掘进安全，对具有突出危险性的煤层实施防突措施。

针对隧道具体情况，隧道揭煤工作面对于降低煤层瓦斯含量和压力的防突措施可以采用抽放瓦斯和排放瓦斯。

抽放瓦斯较排放瓦斯而言，钻孔布置终孔间距大，钻孔布置数量少，易于施工，瓦斯抽放时降低煤层瓦斯含量和压力快，有利于缩短揭煤时间，节约揭煤成本。

另外，由于隧道采用压入式通风，通风线路长，采取瓦斯排放措施时，易造成整个隧道风流瓦斯超限。

因此，建议隧道采取瓦斯抽放防突措施。

根据《防治煤与瓦斯突出规定》，实施预抽煤层瓦斯防突措施时要求工作面距突出煤层的最小法向距离为7m（在构造破坏带应适当加大距离）。

预抽煤层瓦斯钻孔控制范围应为：

隧道揭煤处轮廓线外至少12m（急倾斜煤层底部或下帮6m），同时还应保证控制范围的外边缘到隧道轮廓线（包括预计前方揭煤段隧道的轮廓线）的最小距离不小于5m。

瓦斯抽放钻孔终孔间距应根据煤层瓦斯抽放半径来确定，由于隧道掌子面煤层透气性系数和钻孔流量衰减系数未知，调研邻近矿井抽放数据和经验，隧道抽放半径参照邻近煤矿瓦斯抽放参数经验，同时考虑煤层瓦斯含量、钻孔施工时间、抽放时间等因素，最终确定抽放半径。

隧道设计钻孔如示意图4-1所示。

图4-1煤层抽放钻孔示意图

6防突措施效果检验

（1）措施效果检验指标

《防治煤与瓦斯突出规定》第五十二条规定，采用预抽煤层瓦斯区域防突措施时，应当以预抽区域的煤层残余瓦斯压力或者残余瓦斯含量为主要指标或其他经试验证实有效的指标和方法进行措施效果检验。

隧道出口端防突措施效果检验采用残余瓦斯含量指标和钻屑瓦斯解吸指标法。

（2）措施效果检验取样点布置原则

隧道采取防突措施后，揭煤防突措施效果检验钻孔至少布置4个测试点，分别位于要求在预抽区域内的上部、中部和两侧，并且至少有一个检验测试点位于要求预抽区域内距离边缘不大于2m的范围，各检验测试点应布置于原始瓦斯含量较高、所在部位钻孔密度较小、孔间距较大、预抽时间较短的位置，并尽可能远离测试点周围的各预抽钻孔或尽可能与周围预抽钻孔保持等距离。

在地质构造复杂区域适当增加检验测试点。

直至防突措施效果检验有效，方可掘进掌子面；反之，严禁掘进，继续采取防突措施，再次效果检验。

7突出危险性验证

揭煤工作面的突出危险性验证国内外提出的预测方法较多，主要有综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法、瓦斯含量法、瓦斯膨胀能法、四参数综合指标法、钻孔瓦斯涌出初速度结合瓦斯涌出衰减系数预测法、综合指标Ⅱ0法、综合指标Ⅱe法等。

但有些指标适用条件受到了较多限制，有的还很不成熟，目前运用最广泛，最成熟的为综合指标法和钻屑瓦斯解吸指标法。

其他方法如在相同条件下证实有效，也可采用。

（1）综合指标法

综合指标法综合考虑了影响突出的地应力、瓦斯、煤的物理力学性质三大自然因素，是我国验证揭煤工作面突出危险性应用较多的一种方法。

采用综合指标法验证揭煤工作面突出危险性时，应当由工作面向煤层的适当位置至少打3个钻孔测定煤层瓦斯压力P，近距离煤层群的层间距小于5m或层间岩石破碎时，应当测定各煤层的综合瓦斯压力。

测压钻孔在每米煤孔采一个煤样测定煤的坚固性系数f，把每个钻孔中坚固性系数最小的煤样混合后测定煤的瓦斯放散初速度Δp，则此值及所有钻孔中测定的最小坚固性系数f值作为软分层煤的瓦斯放散初速度和坚固性系数参数值。

综合指标D、K的计算公式为：

D=（0.0075H/f-3）×（P-0.74）

（1）

K=△p/f

（2）

式中：

D—工作面突出危险性的D综合指标；

K—工作面突出危险性的K综合指标；

H—煤层埋藏深度，m；

P—煤层瓦斯压力，取各个测压钻孔实测瓦斯压力的最大值，MPa；

△p—软分层煤的瓦斯放散初速度；

f—软分层煤的坚固性系数。

各煤层揭煤工作面突出预测综合指标D、K的临界值可按表7-1所列的临界值进行预测。

表7-1综合指标法验证突出危险性临界值

综合指标D

综合指标K

无烟煤

其他煤种

0.25

20

15

当测定的综合指标D、K都小于临界值，或者指标K小于临界值且式

（1）中两括号内的计算值都为负值时，若未发现其他异常情况，验证该工作面即为无突出危险工作面；否则，判定为突出危险工作面。

综合指标法一般适用于未进行过预抽瓦斯的揭煤工作面。

在已经进行过预抽瓦斯的揭煤工作面很容易受到预抽钻孔的影响，使其预测准确性降低，同时综合指标法需要测定煤层瓦斯压力参数，隧道过煤系地层段，围岩破碎，节理裂隙发育，距煤层法距过小时，测压难度大，数据可靠性低。

（2）钻屑瓦斯解吸指标法

采用钻屑瓦斯解吸指标法验证石门揭煤工作面突出危险性时，由工作面向煤层的适当位置至少打3个钻孔（由于公路隧道断面较大，预测钻孔一般不少于4个，分别位于隧道的左、右、上和中部），在钻孔钻进到煤层时每钻进1m采集一次孔口排出的粒径1～3mm的煤钻屑，测定其瓦斯解吸指标K1或△h2值。

测定时，应考虑不同钻进工艺条件下的排渣速度。

采用钻屑瓦斯解吸指标法验证石门揭煤工作面突出危险性的指标。

当所有实测的指标值均小于临界值，并且未发现其他异常情况，则该工作面为无突出危险工作面，否则，为突出危险工作面。

表7-2钻屑瓦斯解吸指标法验证石门揭煤工作面突出危险性临界值

煤样

Δh2指标临界值（Pa）

K1指标临界值（mL/g·min1/2）

干煤样

200

0.5

湿煤样

160

0.4

相对于综合指标法而言，钻屑瓦斯解吸指标法具有技术成熟，运用广泛、操作简单及时间短等优点。

因此，隧道突出危险性验证采用钻屑瓦斯解吸指标法。

这也是目前隧道常用的方法。

8安全防护措施

隧道执行了突出危险性预测，为无突出危险工作面。

正常情况下，工作面是安全可靠的，但由于形成突出的因素随机性很大，还有可能由于施工水平、仪器误差等一系列因素，发生误判。

为此，必须采取安全防护措施，其目的在于当突出预测失误，避免造成人员伤亡的一种措施，从而建立起防止突出事故的第二道保障线。

岩脚隧道应根据隧道的实际情况主要采取了以下安全防护措施。

8.1远距离爆破

岩脚隧道在揭煤过程中，均采取远距离放炮的安全防护措施，即在放炮过程中，将所有人全部撤离到洞口以外，具体要求为：

1）隧道揭煤爆破作业使用安全等级三级或三级以上的煤矿许用炸药；

2）炸药必须采用电力起爆，使用煤矿许用电雷管，严禁使用秒或半秒级电雷管；

3）隧道揭煤采用远距离放炮，应在隧道外起爆，隧道内必须停电，停止一切作业，人员撤至隧道外；

4）揭煤爆破通风30min后，由瓦检员检测开挖工作面、回风道瓦斯浓度，当开挖工作面瓦斯浓度小于1.0%，二氧化碳浓度小于1.5％时，方可通知工地负责人允许施工人员进隧道；

5）揭煤时，风机保持正常运转，二路电源保持待启动状态；

8.2监测监控

岩脚隧道在施工期间建立了瓦斯监测监控系统，监测瓦斯浓度、风速、风量等参数。

安装1套独立的KJ90NB型瓦斯监控系统，配置瓦斯传感器，风速传感器和开停传感器，分别监测掘进工作面和回风流瓦斯浓度、风速及风机开停状态。

同时，施工单位建立了隧道施工瓦斯监测预警机制，实现在监控室24小时有人监控，在监测到瓦斯异常变化情况时，及时通报相关领导和部门责任人，以便采取有效措施，防止瓦斯安全事故的发生。

根据监测系统监测的瓦斯实时数据，当瓦斯浓度大于1%报警，并且断电，停止隧道内的一切用电作业，立即撤出全部作业人员。

当瓦斯浓度小于1%时，恢复送电。

隧道监测监控采用自动和手动相结合的方式，除了采用上述自动监测系统外，还专门成立了瓦斯检测组，在隧道开挖过程中，实现24小时洞内检测，发现瓦斯等有害气体涌出异常，及时汇报项目部相关负责人。

8.3加强通风

隧道断面大，揭露煤层多，围岩破碎，地质条件复杂，必须加强通风，以确保隧道的揭煤安全，隧道采用压入式独头通风，隧道应根据实际情况选择合理风机，保证通风量，掘进期间，采取了以下措施：

1、选用防爆型压入式轴流通风机，采用抗静电、阻燃风筒，风筒吊挂平直，接头严密不漏风，破口及时粘补。

2、通风机采用专用开关、专用线路供电；也可采用装有选择性漏电保护装置的供电线路，通风机每天有专人检查，保证通风机可靠运转。

3、通风机除因检修、停电等原因停风外，其它均不停风，停风时必须撤出隧道内所有人员，并制定专门的排放瓦斯措施。

4、隧道在施工期间，实施连续通风。

因检修、停电等原因停机时，撤出人员，切断电源。

5、施工过程中加强瓦斯隧道施工通风管理，对通风机械设备、通风管路做到经常性维护保养和检查，降低通风系统的故障率、减少通风管路的漏风量，确保施工通风系统正常和通风效果。

6、因停电、通风机械设备故障等因素造成的通风系统停止运行，在恢复正常通风后，对隧道上部、坍塌洞穴、避车洞等通风不良和瓦斯易积聚的地点，瓦斯浓度不超过0.5%，当检查超过此浓度时，停止施工，撤出人员，切断电流，停止电动机运转或开启电器开关，待进行局部充分通风处理后，由瓦斯检测员进行再次专项检测，证实瓦斯浓度低于规定允许浓度，确认安全后方恢复施工。

7、因工序衔接、施工组织等临时停工的施工地点不停风，不在停风或瓦斯超限的区域进行机械施工作业。

8、对施工通风系统或通风设施等出现异常时，如通风风筒脱节或破坏等，及时组织修复，尽快恢复正常通风。

8.4逃生管道

为了预防隧道在开挖或揭煤过程中出现塌方而危及施工人员人身安全，隧道在Ⅳ、Ⅴ级及以上围岩地段及揭煤段掌子面均设置了逃生管道。

8.5其它安全措施

根据专家评审的安全专项方案，设置避难硐室、配备安全防护用品等。