隧道煤層預(yù)防瓦斯突出處理技術(shù)探討

盧道勇

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550008）

1 項目概況

水塘隧道采取雙向掘進(jìn)施工方式，即從出口威寧端向畢節(jié)端施工和從進(jìn)口畢節(jié)端向威寧端施工。從防治煤與瓦斯突出的角度考慮，隧道貫通地點應(yīng)避開巖石破碎帶或斷層，因此設(shè)計水塘隧道右幅貫通位置在里程樁號YK108＋150處，左幅貫通位置在里程樁號YK108＋160處。水塘隧道穿越含煤地層，CK7煤洞曾發(fā)生過瓦斯爆炸。

經(jīng)過對比，白果煤礦的M13號煤層對應(yīng)隧道內(nèi)的7號煤層，白果煤礦的M18號煤層對應(yīng)隧道內(nèi)的2號煤層。白果煤礦突出危險性鑒定報告稱：M13煤層在＋1618m標(biāo)高以上及埋深232m以上無煤與瓦斯突出危險性；M18煤層在＋1622m標(biāo)高以上及埋深276m以上無煤與瓦斯突出危險性。白果煤礦的M13號煤層及M18號煤層的瓦斯等參數(shù)如下：瓦斯含量為8.09～10.07m3／t，瓦斯壓力為0.40～0.41MPa，瓦斯放散初速度為20.143～21.90ml/s，煤的堅固系數(shù)為0.73～0.21，煤的破壞類型為Ⅱ～Ⅳ類，灰分為14.52%～24.99%，水分為0.88%～1.04%，揮發(fā)分為6.26%～7.80%，瓦斯涌出量為0.5m3／min。調(diào)查資料顯示，該隧道為高瓦斯隧道。

2 隧道煤層的突出危險性分析

根據(jù)鄰近白果煤礦的煤與瓦斯突出鑒定報告，煤層瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的破壞類型等指標(biāo)均超過臨界值。由水塘隧道所揭煤層未做煤層突出鑒定，且近年來赫章發(fā)生了三次突出事故，預(yù)計水塘隧道穿過的本區(qū)域煤層具有煤與瓦斯突出危險性，必須加強(qiáng)防突管理，并嚴(yán)格采取“四位一體”的綜合防突措施。

根據(jù)超前鉆孔取樣情況分析，隧道出口端4、6、7號煤層都為采空區(qū)，其中1、2、3、4號煤層間距分別為3.6m、3.5m、4.33m，5、6號煤層間距為7.0m，7、8、9、10號煤層間距分別為4.4m、9.5m、4.0m。4號煤層采空后對1、2、3號煤層的瓦斯含量、瓦斯壓力均有釋放，6號煤層采空后對5號煤層的瓦斯含量、瓦斯壓力有釋放，且隧道揭穿1～6號煤層處各煤層埋深平均為70m左右，埋深較淺，從而可以分析出在隧道兩端口揭1～6號煤層時，存在煤與瓦斯突出的危險性較小。出口端7號煤層采空后，對8、9、10號煤層的瓦斯含量、瓦斯壓力有一定的釋放，但是，隧道揭穿7、8、9、10號煤層處平均埋深為300m，且隧道中部各煤層傾角平緩，接近水平，從而可以分析出在隧道中部揭7、8、9、10號煤層和在10號煤層中掘進(jìn)時存在煤與瓦斯突出的可能性較大。另外，進(jìn)出口端隧道貫通點位于隧道中部10號煤層中，其存在煤與瓦斯突出的危險性最大。

3 防治煤與瓦斯突出的技術(shù)

3.1 煤層的超前探測

3.1.1 隧道掘進(jìn)接近煤層前，必須對煤層位置進(jìn)行超前鉆探，以便準(zhǔn)確掌握煤層的位置、瓦斯賦存情況。在距所揭煤層最小垂距20m處的開挖工作面鉆2個超前鉆孔初探煤層位置（2個鉆孔均朝隧道掘進(jìn)方向施工，且1個平打，另1個朝上打）。在所揭煤層最小垂距10m處的開挖工作面上鉆5個超前鉆孔，分別探測開挖工作面前方上部及左右部位煤層位置，并采取煤樣和氣樣進(jìn)行物理、化學(xué)分析和煤層瓦斯參數(shù)測定，在現(xiàn)場進(jìn)行瓦斯含量、涌出量、壓力等測試工作。

3.1.2 該隧道施工過程中超前鉆布置分兩個步驟進(jìn)行：首先在距所揭煤層最小垂距20m處的開挖工作面布置超前鉆孔（初步探測）；然后在距所揭煤層最小垂距10m處的開挖工作面布置超前鉆孔（精確探測）。在距所揭煤層最小垂距20m處的開挖工作面鉆2個超前鉆孔初探煤層位置，2個鉆孔均朝隧道掘進(jìn)方向施工，且1個平打，另1個朝上打。從出口威寧端向畢節(jié)端右幅施工掘進(jìn)工作面在目前已揭煤層位置YK108＋905處打超前鉆孔。

當(dāng)水塘隧道從出口威寧端向畢節(jié)端施工掘進(jìn)時，隧道施工在距所揭煤層最小垂距10m處的開挖工作面布置超前鉆孔，分別探測開挖工作面前方上部及左右部位煤層位置，并采取煤樣和氣樣進(jìn)行物理、化學(xué)分析和煤層瓦斯參數(shù)測定，在現(xiàn)場進(jìn)行瓦斯含量、涌出量、壓力等測試工作。由于隧道開挖斷面較大，為保證探測的準(zhǔn)確可靠性，有效控制危險區(qū)域，在隧道開挖斷面上布置三排鉆孔，每循環(huán)鉆孔深度為50m，鉆孔直徑為75mm，鉆孔終孔點控制在隧道開挖線外5m。

3.1.3 在距所揭煤層最小垂距10m處的開挖工作面，采用超前鉆孔詳細(xì)掌握煤層層位、厚度、傾角、走向以及地質(zhì)情況后，測定前方煤體的瓦斯賦存量和瓦斯壓力等參數(shù)。根據(jù)水塘隧道的實際情況，瓦斯壓力測試采用主動式快速測壓方法，補(bǔ)償氣體采用高壓氮氣（N2）或一些惰性氣體，補(bǔ)償氣體的充氣壓力應(yīng)略高于預(yù)計煤層瓦斯壓力，其測壓時間較傳統(tǒng)測壓方法大幅降低，且測壓準(zhǔn)確率和成功率都明顯提高。瓦斯涌出量及瓦斯衰減系數(shù)采用容積式流量計進(jìn)行測定計算，為減少探測時間和保證測試的準(zhǔn)確性，采用快干膨脹水泥注漿封孔工藝，其材料配比為：525硅酸水泥與高鋁水泥的質(zhì)量比為3∶1。

3.2 局部綜合防突措施

3.2.1 當(dāng)隧道從畢節(jié)端向威寧端施工掘進(jìn)時，隧道施工揭各煤層工作面預(yù)測鉆孔的布置情況為：在隧道進(jìn)口端揭煤工作面上臺階距1、2、3、4號煤層的最小法向距離5m以前，施工4個穿過煤層全厚的預(yù)測鉆孔，采集鉆孔煤樣，利用篩孔直徑為1～3mm的篩子篩分鉆屑，用MD—2鉆屑瓦斯解析儀、WTC鉆屑瓦斯突出參數(shù)儀分別測定其瓦斯解吸指標(biāo)Δh2和K1。在隧道中央、隧道上部各布置1個預(yù)測鉆孔，在隧道兩側(cè)應(yīng)布置2個預(yù)測鉆孔。對于隧道內(nèi)布置的其他鉆孔，預(yù)測孔應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。預(yù)測鉆孔布置參數(shù)見表1。

表1 隧道進(jìn)口端揭1～4號煤層預(yù)測鉆孔參數(shù)表

3.2.2 當(dāng)隧道從出口威寧端向畢節(jié)端施工掘進(jìn)時，隧道施工揭各煤層工作面預(yù)測鉆孔的布置情況為：水塘隧道從出口威寧端向畢節(jié)端右幅施工掘進(jìn)，由于目前在YK108＋905處已揭露1號煤層，即將揭露2號煤層，4號煤層為采空區(qū)，在進(jìn)行預(yù)測鉆孔布置時，可不考慮4號煤層，直接考慮1、2、3號煤層。在YK108＋905處施工4個穿過煤層全厚的預(yù)測鉆孔，采集鉆孔煤樣，利用篩孔直徑為1～3mm的篩子篩分鉆屑，用MD—2鉆屑瓦斯解析儀、WTC鉆屑瓦斯突出參數(shù)儀分別測定其瓦斯解吸指標(biāo)Δh2和K1。在隧道中央、隧道上部各布置1個預(yù)測鉆孔，在隧道兩側(cè)應(yīng)布置2個預(yù)測鉆孔。在隧道內(nèi)布置有其他鉆孔，預(yù)測孔應(yīng)盡量遠(yuǎn)離這些鉆孔。同時針對隧道出口端7號煤層為采空區(qū)，在隧道出口端揭煤工作面上臺階距8號煤層的最小法向距離5m以前施工4個穿過煤層全厚的預(yù)測鉆孔，采集鉆孔煤樣，利用篩孔直徑為1～3m m的篩子篩分鉆屑，用MD—2鉆屑瓦斯解析儀、WTC鉆屑瓦斯突出參數(shù)儀分別測定其瓦斯解吸指標(biāo)Δh2和K1。在隧道中央、隧道上部各置1個預(yù)測鉆孔，在隧道兩側(cè)應(yīng)布置2個預(yù)測鉆孔。

4 結(jié)語

由于很難在勘測設(shè)計階段完全準(zhǔn)確掌握瓦斯在煤（巖）中的含量、壓力的存在形式、涌出規(guī)律、煤層的賦存條件等，在隧道施工中，若突遇高瓦斯隧道地段而不及時按照瓦斯隧道施工規(guī)范施工，則難以避免爆炸傷亡事故。因此，施工企業(yè)應(yīng)該重視并提高預(yù)防瓦斯突出的處理技術(shù)，確保施工人員的生命安全。

[1]胡中文.淺談瓦斯隧道工程造價的確定[J].西南公路，2009，（4）：118-119.

[2]劉洪偉，羅占夫.瓦斯隧道施工中的射流通風(fēng)技術(shù)[J].西部探礦工程，2000，（3）：11-15.