煤系地层隧洞施工技术实例探析

2014-04-02杨学定

黑龙江水利科技 2014年4期

杨学定

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

1 工程概况

黔中水利枢纽一期工程界于贵州省中部长弧形区域内，地处株六铁路经济带的核心地带。工程建设的主要功能是农田灌溉以及城市供水，同时还兼顾发电、乡镇供水、人畜饮水等功能，并为改善当地生态环境创造条件。工程煤地层隧洞段施工中，严格瓦斯浓度监测并采用特殊开挖及支护方法成功地解决了隧洞煤系地层中的技术难题。

2 地质条件

隧洞穿越侵蚀沟谷地貌，埋深一般为39～185 m，位于地下水位以下。隧洞穿越地层岩性为P2L泥页岩、砂岩、灰岩、燧石灰岩及煤层，P2c+d薄至中厚层燧石灰岩夹砂岩、泥岩及T1y中厚层至厚层状灰岩。主要为软质岩，薄至中厚层状结构。煤层厚度0.3～1.2 m。

3 工程中瓦斯浓度的检测以及处理

3.1 检测瓦斯浓度

3.1.1 瓦斯浓度检测程序

成立相关瓦斯安全检测和监督的小组，对施工隧洞中的瓦斯进行浓度的检查以及安全监督，对隧洞中瓦斯的相关情况进行全面、详细的了解，并且对施工中的仪器和设备进行及时的保养以及检修[1]。3.1.2 瓦斯检测步骤

瓦斯的检测步骤如下表示:

检查仪器→对仪器进行必要的调整→对隧洞中瓦斯含量进行检测→对检测数据进行处理并且记录。

3.2 将瓦斯稀释并且排出隧洞

1)在隧洞施工中，只要进行一次爆破作业之后就立即对隧洞进行通风工作，并且与此同时利用利用混凝土将其喷射在岩面上对其进行封闭，喷射的厚度控制在5 cm左右，采取这样的做法主要是不仅可以避免瓦斯从缝隙中逃出，将瓦斯的含量进行降低，还能够加强隧洞围岩的稳定性能[2]。

2)在隧洞通风过程中，必须保证通风机不同的运转，不能够产生停止现象，这样才能够保证洞内的瓦斯被稀释，洞内的瓦斯被排出洞外。此外，局部通风机不得随意停风，必须使用抗静电阻燃风筒，风筒吊挂平直，缝环必挂，确保接头不漏风。

4 隧洞开挖与安全支护

在进行隧洞的开挖时，必须选择适用于隧洞开挖的炸药，并且在开挖过程中遵守相关开挖原则以及相关规范要求。可以归纳以下3点:①短进尺:每次造孔孔深和孔位以及装药严格控制，周边孔与崩落孔孔深为1 m，掏槽孔为1.5 m。②弱爆破:布孔时孔距严格按试验孔距布孔，装药也要采用试验数据。③强支护:超前支护在拱顶部位打超前锚杆，锚杆采用Φ25 mm，L=4.5 m，间距为20 cm。锚杆与顶拱岩面夹角5°～10°。每进尺1 m，立即素喷C 20混凝土5 cm，先封闭围岩面，防止围岩风化、变形以及危石坠落。为加快施工进度，减少洞内焊接作业，钢拱架采用Ι16工字钢，榀间距0.5～0.8 m，榀间采用Φ25钢筋进行焊接，间距0.8 m;顶拱系统锚Φ25L=3 m，4根;侧壁锁脚锚杆Φ25，L=3 m，8根;钢拱架与岩面支撑牢固、紧密。钢拱架间设置φ6@200×200 mm钢筋网。喷C20混凝土封闭，用人工撬除危石及松动石块，剔除围岩面上悬挂的碎石，用高压风吹岩面附着的岩屑以及其它污物，经验收后进行喷混凝土。干喷15cm厚C20混凝土封闭。按侧墙底角、顶拱、边墙的顺序施工。喷射时喷枪应垂直岩面，喷嘴距围岩面0.8～1.0 m，先喷凹处再逐层加厚至设计厚度，喷混凝土达到终凝时间两小时及时喷水养护，并且必须要保证喷射的混凝土在进行施工的期间内养护的时间≥14 d[3]。

5 煤系地层施工防突、防爆安全技术措施

技术措施包括以下21点:①当掌子面揭煤后，即转入煤系地层施工，仍采用前探钻孔方法，用钻机沿工作面中部打一个控制煤层层位和瓦斯情况的前探钻孔，孔径Φ=75 mm。②在对煤系地层进行施工时，首先应采用轻便防突钻机在掌子工作面打一个平行于掌子面掘进方向，直径为42 mm、孔深为6 m的预测钻孔，当前方工作面无突出危险性时，在确保前方留有2 m预测超前距的基础上可以按照原施工组织设计进行正常施工。反之，前方工作面煤层具有煤与瓦斯突出危险性，则应采取前述揭煤方法中的排放措施，经效果检验，措施有效，并直至消除突出危险性后，方可正常施工。③放炮地点在洞口地面外，距离洞口50 m以外。④在进行爆破施工时，必须要将施工现场的所有电源进行切断，并且将施工现场人员撤离到安全的地点，并且在施工处挂牌警戒。⑤装填炸药时，为了避免差错，应按设计将孔编号挂牌，凭牌取药，记录员检查对照，记录校核数据。⑥每次装药放炮由安全员统一指挥，并由救护队队员在洞口外值班，放炮后通风≥30 min，才由两安全员及检测员进入掌子面，对其瓦斯含量、通风情况、支护情况以及煤层相关情况进行全面的检查和了解。并且根据相关检查结果，来对是否进行送电进行考虑。⑦按照施工组织设计要求必须及时加强支护。⑧在距离掌子面迎头10 m范围内配备至少6台隔离式自救器。⑨在施工过程中，加强敲帮问顶，强化自主保安意识，有安全隐患必须先处理后作业，发现突出预兆及其它异常情况，必须立即停止作业，撤出人员，并向安全员汇报。⑩进行震动爆破时，应一次性全断面揭穿或一次全断面揭入煤层的深度≥1.2 m。⑪在进行爆破作业中，如何出现掌子面全断面的岩柱以及煤层没有被崩开时，需要继续放炮对其进行崩开，并且在施工中仍然要根据相关施工要求进行，同时必须做好相关支护措施，还要在施工中加强瓦斯含量的检测，保证施工安全。⑫震动放炮只准一次装药，一次放炮，打眼与装药不得平行作业，全部炮眼必须填满炮泥，严禁使用无炮泥爆破。⑬放炮母线在洞壁悬挂好，有水的地方应进行必要的保护。⑭瓦斯检查员必须严格执行“一炮三检”与“三人联锁”放炮制。⑮在工程施工中，必须保证每一个掌子工作面都设置了一个瓦斯的检测人员。⑯在施工过程中，要加强施工中的用电检查，以防漏电等现象造成电气爆炸。⑰在隧洞中放炮所使用的母线应该全部采用放炮电缆，并且在爆破过程中坚持正向爆破，放炮母线与雷管脚线必须采用绝缘胶布包扎，严禁出现明接头。⑱每班必须有一名救护队员值班，救护队员必须并随身携带便携式瓦斯检测报警仪与氧气呼吸器，随时检查洞内瓦斯情况，所有救护队员必须随时处于战斗应备状态。⑲掌子面迎头与回风流必须24 h挂两台便携式瓦斯检测报警仪。⑳工程师必须24 h值班，对隧洞“一通三防”与电器防爆工作负全面责任，对掌子面防突与防爆技术工作负责，对瓦斯检查员、救护队员、电工负有管理责任。[21]加强洞口检身工作，安排专人洞口检身，严禁烟火进洞，洞口20 m范围内严禁烟火，进洞人员不得穿化纤衣服。