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煤層瓦斯隧道施工控制要點

日期:2021/7/25 Click:793
為加快排放孔施工進度,掌子面上臺階開挖至距煤層5m法線位置后,上下臺階同時打孔排放。(2)對于高瓦斯隧道,采用半防爆機電設(shè)備配置方案,洞內(nèi)固定敷設(shè)的電纜、照明、通信、信號、變壓器、局部通風(fēng)機、局扇、電機、配電箱、開關(guān)等采用防爆型;
煤層燃氣是隧道建設(shè)中極高的風(fēng)險源之一,容易引起燃氣、燃氣爆炸等事故。通過煤層暴露煤炭時排出氣體已成為暴露煤炭前的重要環(huán)節(jié),基于此,結(jié)合某隧道工程項目,分析了氣體階段煤層的特點,提出了階段性多孔排出方案,總結(jié)了氣體隧道工程要點,供同類隧道工程參考。

1工程概況

峨漢高速是四川省高速公路網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分,建成后與雅西、樂雅、成樂、樂宜、樂自等高速一體形成完善的高速公路網(wǎng)。金口河隧道全長8130m,隧道最大埋深1317m,是峨漢高速控制性工程之一,位于四川省西南部樂山市峨邊彝族自治縣和金口河區(qū)交界處,位于大渡河、官材河和多個斷層包圍的地區(qū),屬于深切高中山峽谷地形。隧道地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件極其復(fù)雜,被多個斷層包圍,隧道的不良地質(zhì)突出了斷層破碎帶、溶解孔、溶解區(qū)、軟巖大變形、巖爆、煤層瓦斯、有害氣體等特殊地質(zhì)。

2煤層瓦斯狀況

隧道K63+720-K68+820段通過前震旦系峨邊群第二段地層,該段地層以碳板巖為主,而且碳板巖局部存在石墨化現(xiàn)象,具有生烴條件,根據(jù)金隧SZK03的鉆孔,可以看出碳板巖有石墨化現(xiàn)象,局部含有劣質(zhì)煤。目前正在開展相關(guān)測試工作,出口端深孔也正在鉆頭,因此該隧道的瓦斯等級需要在鉆頭和相關(guān)測試完成后進行正確判定,經(jīng)初步分析,隧道暫定為低瓦斯隧道,由高瓦斯隧道管理,具體的瓦斯等級和揭煤方案在相關(guān)測試完成后進一步確定。據(jù)專家地質(zhì)資料報道,線路通過前震旦系峨邊群的第二段地層,煤層厚度不同,隧道附近有可采煤層,隧道施工需要斯突然防治、瓦斯排放、揭煤等制定相關(guān)預(yù)案。

利用先進的地質(zhì)預(yù)報物長距離探索煤層的位置,通過先進的地質(zhì)探索孔正確定位煤層,采樣判定瓦斯,根據(jù)煤礦石門揭開煤的四位一體測定瓦斯含量等參數(shù)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定,煤層厚度≤0.3m,可以直接遠程炮擊打開煤層。否則,煤層厚度>0.3m必須采取本措施。對瓦斯的涌動量超過警戒值,設(shè)計了通過富含瓦斯地面過程中瓦斯排放施工方案和參數(shù)[2]。

3低瓦斯抽出方案

瓦斯突出危險性預(yù)測結(jié)果突出危險,貸款煤方案流程進入下一個工作步驟:工作面瓦斯排出。

3.1煤層燃氣排放孔設(shè)計

3.1.1設(shè)計參數(shù)在工作面預(yù)測為突出危險工作面時,必須采取工作面預(yù)防措施。結(jié)合揭煤方案,工作面防突措施為鉆孔氣體排放方式。

3.1.2排孔設(shè)計排孔采用臺階式設(shè)置,控制范圍為隧道拱墻輪廓線外5m,仰拱下2m,排孔φ75mm,孔底間距2m,行距2m,孔深跨煤層≥0.5m。為了加快排出孔的施工進度,將手掌面的上臺階挖到距煤層5m法線的位置后,上下臺階同時孔排出。

3.1.3排放孔施工采用ZY1250鉆機進行施工,施鉆時鉆孔采用梅花形布置,分兩批間隔施鉆,第一批排放孔施工后觀測排放效果,進而優(yōu)化第二批鉆孔參數(shù)。

3.2揭煤掌子面防突措施效果檢驗

3.2.1檢驗方法采用鉆孔鉆屑瓦斯解析指標法進行效果檢驗。檢測K1值時,檢測值小于臨界值0.4ml/gmin1/2時,鉆頭時沒有噴孔、鉆頭或其他突出現(xiàn)象,即沒有突出現(xiàn)危險的手掌面,否則仍為突出現(xiàn)危險的手掌面,必須采取補充排放措施,再次檢測措施效果

3.2.2施工時,手掌面距煤層法線最小5m時,施工手掌面煤層的突出預(yù)防措施進行效果檢查,檢查孔5個,φ75mm,分別位于手掌面上、下、中、兩側(cè)。采用ZY-1250鉆頭施工,進入煤層每1m采集孔口排出的粒徑1~3mm煤層鉆頭,測試K1。

3.2.3最后驗證手掌面挖掘到煤層2m法線位置時,打開煤掌面挖掘到煤層最小法線距離1.5m時,開始手掌面挖掘煤流程。

4燃氣隧道施工控制要點

燃氣爆炸需要同時具備三個條件,限制其中一個必要條件,避免燃氣爆炸,加強通風(fēng)是最有效的方法。瓦斯隧道采用強化通風(fēng)系統(tǒng)配置和管理為主的施工組織方案,既能保證高燃氣隧道的安全施工[3],又能達到節(jié)約投資的目的。

4.1科學(xué)通風(fēng)設(shè)計

為保證瓦斯隧道施工安全,建立可靠的通風(fēng)系統(tǒng),通過風(fēng)速風(fēng)量淡化高瓦斯,降低稀釋瓦斯?jié)舛,實現(xiàn)無通風(fēng)死角。塌陷的空腔應(yīng)防止氣體聚集,設(shè)置專用風(fēng)筒稀釋氣體,盡快堵塞,不得在其下方進行帶電作業(yè)。在包括氣體工程區(qū)域的施工中,通風(fēng)機必須設(shè)置三專(變壓器、開關(guān)、線路)兩個關(guān)閉(風(fēng)力發(fā)電、瓦電關(guān)閉)設(shè)施。隧道內(nèi)電氣設(shè)備實行風(fēng)、瓦、電阻,當隧道內(nèi)氣體濃度超限時,可立即自動切斷設(shè)備電源。建立配置科學(xué)、經(jīng)濟合理,高效穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)。

4.2通風(fēng)系統(tǒng)的配置

(1)通風(fēng)方式選擇:通風(fēng)方式受制于隧道獨頭掘進長度,故不再區(qū)分非瓦斯工區(qū)、低瓦斯工區(qū)、高瓦斯工區(qū)和瓦斯突出工區(qū),而根據(jù)瓦斯地段距離洞口的長度以及通風(fēng)系統(tǒng)的有效通風(fēng)長度確定采用壓入式、混合式、巷道式或聯(lián)合采用不同的通風(fēng)方式。通風(fēng)方案根據(jù)施工進度動態(tài)調(diào)整,各階段銜接有序納入工序管理。(2)鼓風(fēng)機必須設(shè)置兩個電源、管道和風(fēng)力發(fā)電閉鎖裝置。常用電源故障時,備用電源必須在15min以內(nèi)連接,以確保鼓風(fēng)機正常工作。雙電源建設(shè)困難時,必須設(shè)置備用發(fā)電機,其發(fā)電量滿足通風(fēng)機的需要。(3)瓦斯隧道應(yīng)配置同等性能的備用風(fēng)扇,保持良好的使用狀態(tài)。(4)對于瓦斯容易積累的崩潰室、模板臺車附近、斷面變化的空間、模板臺車附近的區(qū)域,配置防爆型空氣風(fēng)扇和局部風(fēng)扇等設(shè)備,實施局部換氣的方法,消除瓦斯的積累。

4.3加強通風(fēng)管理

加強通風(fēng)管理在防范燃氣事故中具有重要作用,通過規(guī)范通風(fēng)檢測和管理工作,通過通風(fēng)速度、燃氣濃度兩個指標進行雙控管理,使掌面具有足夠的供風(fēng)量,盡快稀釋溢出燃氣,降低燃氣濃度,保證施工安全。(1)從管道口挖掘工作面的距離<5m,管道應(yīng)立即安裝,保證直接和接頭密封,損壞的管道應(yīng)立即更換、修理,管道100米的漏風(fēng)率≤2%。(2)全斷面挖掘時風(fēng)速≥0.15m/s,分部挖掘風(fēng)速≥0.25m/s;采用提高風(fēng)速法消除氣體積聚時,風(fēng)速應(yīng)保證≥0.5m/s。(3)瓦斯隧道應(yīng)保證連續(xù)通風(fēng)。沒有特別的理由,不能停止風(fēng)。如果氣體濃度在規(guī)定的限制值以內(nèi),就不能恢復(fù)正常作業(yè)。

4.4燃氣檢測與監(jiān)測

加強燃氣檢測、防火工作。隧道開挖過程中,設(shè)立專職瓦斯檢查人員(必須持證上崗),配備便攜式瓦斯報警器、微型瓦斯檢查報警器等專業(yè)瓦斯檢查設(shè)備,不定期隨時檢查隧道各危險點和風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋咚節(jié)舛瘸^1%時或瓦電閉鎖系統(tǒng)停電時,必須立即停止隧道施工,作業(yè)人員必須立即撤離隧道,查明原因后采取措施隧道內(nèi)所有作業(yè)人員嚴禁吸煙飲酒,禁止攜帶所有明火和火花,爆破器材必須采用安全炸藥和雷管,使用毫秒雷管時總延遲不得超過130ms,不得跳躍使用。

4.5機電防爆配置

關(guān)于防爆設(shè)備的問題,《鐵路燃氣隧道技術(shù)規(guī)范》(TB10120-2021)中低燃氣隧道可以使用非防爆電氣設(shè)備,但實際上只要是燃氣隧道,燃氣就有局部流出和聚集的問題(1)對于低氣隧道,采用非防爆機電設(shè)備配置方案,加強通風(fēng)檢測和管理,避免氣體積聚,將洞內(nèi)各處氣體濃度控制在0.5%以下。(2)對于高氣隧道,采用半防爆機電設(shè)備配置方案,在孔內(nèi)固定鋪設(shè)的電纜、照明、通信、信號、變壓器、局部風(fēng)扇、電機、配電箱、開關(guān)等采用防爆型,加強通風(fēng),將孔內(nèi)各地氣濃度降低到0.5%以下,移動機械和電氣設(shè)備采用非防爆型

5結(jié)語

煤層煤氣隧道揭開煤炭的關(guān)鍵是降低煤層煤氣濃度,隧道受空間制約布置排放孔時掌面的鉆孔間隔接近,容易堵塞掌面附近的孔,或者受煤層和隧道角的影響鉆孔長,增加施工成本,分階段排放

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