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      淺析隧道穿越煤系地層施工技術(shù)及注意事項(xiàng)

      2021-06-24 19:39:44程廣
      建筑與裝飾 2021年17期
      關(guān)鍵詞:防突煤系瓦斯

      程廣

      中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司 重慶 400037

      引言

      在鐵路、公路等工程建設(shè)過(guò)程中,需要穿越各種各樣的區(qū)域,面對(duì)的施工環(huán)境和條件十分復(fù)雜。如果在西南片區(qū)修建,穿越山體過(guò)程中很容易遇到煤系地層,進(jìn)而出現(xiàn)很多瓦斯隧道。在隧道施工的過(guò)程中,為了避免出現(xiàn)瓦斯中毒、燃燒、爆炸、甚至突出等危險(xiǎn)隱患,必須要采取有效的防治措施,加強(qiáng)施工防控工作。為此,必須要做好勘探工作,掌握煤系地層的特點(diǎn),分析潛在的安全隱患,然后采取針對(duì)性的防治措施,避免隧道建設(shè)的過(guò)程中出現(xiàn)危險(xiǎn)事故,確保隧道建設(shè)的質(zhì)量和效率。

      1 工程概況

      本文所述工程位于貴州省福泉市,建設(shè)的隧道類型為分離式,左幅隧道長(zhǎng)度為1087m,樁號(hào)為ZK57+600~ZK58+687;右幅隧道長(zhǎng)度為1115m,樁號(hào)為YK57+590~YK58+705。該工程所在位置為高原到丘陵的過(guò)渡區(qū)域,呈現(xiàn)為北西高、南東低的地勢(shì)特點(diǎn)。區(qū)域中大部分為溶蝕型中低山貌,地表侵蝕的情況比較明顯,有較大的地勢(shì)起伏,相對(duì)高度差達(dá)到176.4m。

      2 隧道穿越煤系地層施工技術(shù)

      2.1 襯砌設(shè)計(jì)

      本文所述隧道工程采用復(fù)合式襯砌的洞身設(shè)計(jì),初期支護(hù)采用系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)或格柵拱架等支護(hù)方式,根據(jù)圍巖級(jí)別的差距,可以選擇大管棚等輔助支護(hù)措施。采用模筑混凝土進(jìn)行二襯襯砌,一般段采用的混凝土強(qiáng)度為C30,通過(guò)煤系地層的段落則采用強(qiáng)度更大的混凝土,強(qiáng)度要達(dá)到C40且具有防腐蝕氣密性,透氣系數(shù)在10~11cm/s以下[1]。需要在支護(hù)和襯砌之間敷設(shè)防水層,選擇厚度為1.5mm的EVA蜂窩式防水板,同時(shí)配合350g/m2無(wú)紡?fù)凉げ肌?梢圆捎霉こ填惐确ù_定襯砌類型、結(jié)構(gòu)尺寸等,明確具體的構(gòu)造要求,根據(jù)圍巖級(jí)別、埋深條件確定施工措施以及具體的支護(hù)參數(shù)。

      2.2 超前地質(zhì)綜合預(yù)報(bào)

      在超前預(yù)報(bào)方面,采用綜合預(yù)報(bào)的方式,根據(jù)地質(zhì)分析的內(nèi)容,輔助使用物探措施,最后采用超前鉆探、瓦斯檢測(cè)的方式進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)煤層位置、產(chǎn)狀、厚度等參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。同時(shí)也要預(yù)報(bào)是否在采空區(qū)、采空區(qū)規(guī)模等內(nèi)容。根據(jù)開(kāi)發(fā)揭示地層巖性、產(chǎn)狀等內(nèi)容進(jìn)行預(yù)測(cè),不僅要采用敏感指標(biāo)預(yù)測(cè)工作面,還要根據(jù)實(shí)際條件對(duì)各類輔助指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,包括瓦斯含量、聲發(fā)射、鉆屑溫度等等。

      2.3 煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

      在超前地質(zhì)綜合預(yù)報(bào)中顯示前方存在煤層的情況下,正洞掌子面與推測(cè)煤層距離20m的垂直距離中,采用5個(gè)探測(cè)孔,直徑為89mm,初步探測(cè)煤層地質(zhì)。確定了煤層位置之后,繼續(xù)開(kāi)挖到與煤層相距10m的垂直位置,采用直徑為89mm的5個(gè)地質(zhì)取芯鉆孔,精探煤層地質(zhì)。對(duì)瓦斯壓力、含量、初散速度等進(jìn)行預(yù)測(cè),如果各個(gè)指標(biāo)都在臨時(shí)界限值之上,則將其判斷為突出煤層,需要采取相應(yīng)的防突措施,反之則沒(méi)有突出危險(xiǎn)。

      2.4 防突措施

      如果煤層存在突出性危險(xiǎn),則在與煤層距離7m的位置設(shè)置預(yù)抽孔,抽放鉆孔直徑為108mm,孔底間距在3m以內(nèi)。預(yù)抽鉆孔與工法結(jié)合,分別對(duì)上下臺(tái)階進(jìn)行施工。上臺(tái)階在與煤層距離7m的位置施工,將范圍控制在開(kāi)挖輪廓線外上12m的范圍內(nèi),左右不能低于12m。正洞預(yù)抽鉆孔施工完成之后,及時(shí)進(jìn)行抽放,根據(jù)規(guī)定進(jìn)行瓦斯抽采量的計(jì)算,對(duì)預(yù)抽的瓦斯抽采量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),然后實(shí)施消突評(píng)估。在預(yù)測(cè)煤層存在突出危險(xiǎn)的情況下,需要采用工字鋼構(gòu)筑網(wǎng)格骨架封閉工作面。采用瓦斯預(yù)抽排放的防突方式,根據(jù)煤層瓦斯地質(zhì)變化情況、透氣性、抽放時(shí)間等因素對(duì)抽放半徑進(jìn)行調(diào)節(jié),確保抽放的效率,保障治災(zāi)效果。

      圖1 隧道穿越煤層揭煤流程圖

      2.5 揭煤和防突施工原則和流程

      在煤系地層施工中,揭煤和防突是十分重要的施工內(nèi)容。在施工的過(guò)程中,要堅(jiān)持以下原則:首先,應(yīng)該采用臺(tái)階法的施工方式,通過(guò)二次揭煤減少落煤量,同時(shí)也能降低瓦斯突出的風(fēng)險(xiǎn),也可以為通風(fēng)工作提供便利;第二,在實(shí)際施工的過(guò)程中,要嚴(yán)格遵守各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范要求,包括《煤礦安全規(guī)程》(2016 版)、《公路瓦斯隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3374-2020)、《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》(TB1020-2019)、《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》(2019版)等。根據(jù)這些規(guī)范要求采取合理的施工方案,全面有效地降低施工風(fēng)險(xiǎn);第三,在實(shí)際施工的過(guò)程中,首先要做好物探工作,設(shè)置超前探孔,探測(cè)前方是否會(huì)遇到煤層。如果沒(méi)有煤層則正常開(kāi)挖;如果遇到煤層,則在法向距離20m的位置進(jìn)行初步探測(cè),掌握煤層的賦存情況,施工到法向距離10m的位置時(shí)進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。如果預(yù)測(cè)存在危險(xiǎn),則施工到法向距離7m的位置,采用實(shí)施性防突設(shè)計(jì),落實(shí)有效的防突措施;之后,需檢驗(yàn)區(qū)域防突措施的效果,如果沒(méi)有效果則需要采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。如果防突措施有效,則施工到法向距離5m的位置,并進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證,如果存在危險(xiǎn),則需采取工作面防突措施,直到效果檢驗(yàn)有效為止。如果驗(yàn)證沒(méi)有突出危險(xiǎn),則直接施工到法向距離2m的位置,繼續(xù)進(jìn)行最后驗(yàn)證。如果驗(yàn)證到煤層存在突出危險(xiǎn),則繼續(xù)補(bǔ)充防突措施,直到有效。第四,在揭煤時(shí),上斷面采用石門縱向的方式進(jìn)行瓦斯的排放,下面則利用扇形分布口進(jìn)行瓦·斯排放[2]。隧道穿越煤層揭煤流程如圖1所示。

      3 隧道穿越煤系地層施工注意事項(xiàng)

      在穿越煤系地層施工的過(guò)程中,尤其要注意瓦斯風(fēng)險(xiǎn)。瓦斯是易燃易爆的危險(xiǎn)性氣體,瓦斯在空氣中的爆炸上限為15%~16%;下限為5%~6%。在施工的過(guò)程中,如果出現(xiàn)瓦斯爆炸事故,不僅為影響施工進(jìn)度,還會(huì)造成大量人員傷亡。所以,一定要做好監(jiān)測(cè)、預(yù)防等工作,采取有效的通風(fēng)措施,確??諝庵械耐咚?jié)舛确习踩珮?biāo)準(zhǔn)。如果隧道中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到限值,則根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采用超前鉆孔排放的方式。在鉆孔的過(guò)程中,應(yīng)該注意孔口需要穿越煤層,確認(rèn)排放孔施工的過(guò)程中是否出現(xiàn)噴孔、夾頂鉆等情況,如果出現(xiàn)異常情況要及時(shí)進(jìn)行分析和處理。在瓦斯工區(qū)鉆孔、爆破施工的過(guò)程中,需要堅(jiān)持“一炮三檢”的原則,在裝藥前和放炮前后都需要進(jìn)行檢查,應(yīng)該安排專業(yè)的放炮員、瓦檢員、安全員,對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的記錄,杜絕反向裝藥等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。在施工的過(guò)程中,可以減少掌子面暴露時(shí)間,加快成洞速度,并且做好初期支護(hù)工作,通過(guò)超前小導(dǎo)管、錨管注漿等方式減少瓦斯溢出量[3]。含瓦斯地段的施工縫、伸縮縫和沉降縫都需要進(jìn)行防滲處理。與此同時(shí),防水板也要做好防滲施工,既要保障防水效果,也要發(fā)揮瓦斯突出的防治效果。

      4 結(jié)束語(yǔ)

      綜上所述,在隧道穿越煤系地層施工的過(guò)程中,要采取合理有效的施工技術(shù),對(duì)瓦斯保障等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合理有效的預(yù)防。為了保障施工質(zhì)量和安全,需要采取各種防護(hù)措施,同時(shí)注意多個(gè)事項(xiàng),包括瓦斯監(jiān)測(cè)、瓦斯排放、支護(hù)施工、鉆探施工,等等。

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