隧道穿越煤层与采空区施工探讨

2016-07-24四川川交路桥有限责任公司四川广汉618300

四川水泥 2016年6期

关键词：采空区瓦斯煤层

杨杰（四川川交路桥有限责任公司四川广汉 618300）

隧道穿越煤层与采空区施工探讨

杨杰
（四川川交路桥有限责任公司四川广汉 618300）

本文主要介绍隧道施工穿越煤层与采空区瓦斯段施工工艺及相应的预防与处置措施。

隧道;煤层;采空区施工

一、工程简介：

四川宜叙高速公路都良隧道位于兴文县境内，为双向四车道高速公路隧道，设计速度为80km/h，隧道左线1185m，右线1228m。都良隧道进口左右线均位于曲线上，曲线半径分别为R左=1000m，R右=970m；隧道洞身为直线；出口左右线均位于曲线上，曲线半径分别为R左=1206.836m，R右=1350m。

隧址区属构造剥蚀、侵蚀、溶蚀低山～丘陵地貌，隧道穿越都良山最高标高约为554米，最低点为隧道进口附近的古宋河河谷底，标高约330m，相对高差约224m,隧址区山脉谷地总体呈北西～南东走向，微地貌主要受地层岩性及地质构造控制，隧址区进出口段均以志留系上统韩家店组页岩夹粉砂岩为主，隧道左侧为二叠系下统栖霞茅口组灰岩。二叠系龙潭组，是区域上的主要含煤段之一，主要有11层煤，隧址区主要开采“K1”和“K11”煤层。龙潭组煤层为高瓦斯地层，其中左洞ZK76+413～ZK76+645、右洞K76+413～K76+645段为高瓦斯工区，并伴有老窑采空区；左洞ZK76+645～ZK77+300、右洞K76+645～K77+318段为低瓦斯工区，其余为无瓦斯工区，本隧道瓦斯工区段落长，为施工安全考虑，全隧道均按高瓦斯隧道进行施工管理。即全隧道在瓦斯设防措施（预测预报、结构防护措施、钻爆要求）及瓦斯隧道施工管理要求（瓦斯检测、施工通风、电气及机械设备）两方面均按高瓦斯隧道要求执行。

二、施工方案：

隧道施工严格按照“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”的施工原则。其中本隧道为高瓦斯隧道，穿越煤层及采空区时有煤与瓦斯突出风险，应按超前地质预报反应的地质情况做好揭煤及采空区周边加固施工措施。

1、超前地质预报

①、TSP法检测

TSP法的技术原理，是采用回声测量的原理，进行地震勘探方法，地震波在岩石中传播时，一部分信号反馈，一部分信号，会继续折射传播。

②、瞬变电磁仪检测

主要的工作原理，是根据其向地下发射的电磁波反馈信息，得知被测目标的物理参数。在本隧道超前预报工作中，拟采用小回线(发射线圈一般采用3m×3m)大电流发射、中心探头接收方式的小装置瞬变电磁法。

工作方法，在洞外组装发射线框支架，即3m×3m 树脂材料框架), 在洞内，将射机、接收机、探头、线框进行组合安装，其次在支架上安装探头。按照下图所示，在掌子面内进行0.5m点距逐点移动线框，将采集到的数据进行储存，结束现场测试。

③、地质雷达检测

地质雷达(GPR)方法，是一种常用无损检测方法，根据地下介质典型差异，通过电磁波检测其路基密实度分层的方法。原理如图1所示。

地质雷达基本原理示意图1

地质雷达在隧道衬砌的质量检测中应用较为普遍，但采用 100MHz低频天线时，也可以用来对掌子面前方30m范围内的地质条件进行超前预报。地质雷达在以下情况下对前方地质条件的超前预报取得了较好效果：

· 断层破碎带。

· 溶洞等体状地质体。

· 富水带。

应用地质雷达对掌子面测量时，首先根据目标体的性质，其次通过连续采集、控制轮测量、逐点采集等测量方式进行测量。

2、穿越煤层高瓦斯段

K76+413～K76+645，ZK76+413～ZK77+645段施工，根据前期设计勘察钻孔及TsP超前预报，以上左右两段洞身均穿越多条煤层及煤线，其中K1及K11煤层为可采煤，厚0.6m～0.8m及1.6m～2.2m。

（1）、揭煤防突施工方法

①、超前钻孔以明确相关情况

隧道开挖揭煤，在开挖上导坑时，按照相关的施工参数进行挖掘，掘进至煤层20m远，超前钻孔在3个以上，进入顶(底)板要超过0.5m，记录好岩芯情况后，根据资料判断煤层是否存在畸变。施作超前钻孔时，直径控制在108mm，当发现其地质构造出现岩体破碎等情况时，需在轮廓线外5m范围内，布置一定的超前钻孔，从而更好的明确煤层、瓦斯情况。

②、施作预测孔，进行煤与瓦斯突出危险性预测

施做预测孔，是为了的更好的预防煤与瓦斯问题的危险，采用钻屑指标法进行预测，隧道开挖采用上、下导坑法。

③、瓦斯突出措施

防治瓦斯突出，常采用多排钻孔排放，或是抽放的预防措施。钻孔控制范围：控制在其隧道轮廓外上方7m左右处、左右两侧6m、底部3m、钻孔孔径108mm，进入底板岩层要超过0.5m；抽排半径控制在1.5m左右。

④、瓦斯排放

在进行排放时，洞内施工应停止。

⑤、防突效果检验

利用上下导坑打检查孔的形式，检测瓦斯排放效果。

⑥、放炮揭开和穿过煤层

排放检测结束后，将排放钻孔进行封堵。采用自进式锚杆加固的措施后，进行震动放炮揭煤。

（2）揭煤、防突、瓦斯排放的施工途径

首先在保证施工情况明确掌握后，对于煤层层位的钻孔布置进行控制，其中钻孔布置见图2。

探测孔布置图2

然后利用钻屑指标法为主，钻孔瓦斯涌出初速度法为辅的方法，进行预测钻孔；采用多排钻孔排放，或是条带抽放的方式，进行突出防治；其中条带抽放技术，是指通过带状预抽钻孔布置，在进行预抽的同时，控制一个条带范围。其中的局部防突技术，包括水力冲孔、超前钻孔、松动爆破等措施；而通过水力冲孔，消除突出。

其次隧道放炮揭开，以及穿过煤层时，为避免煤层垮落，产生突出的情况，，一般会采用自进式注浆锚杆方式，对于岩体进行超前注浆加固。并按照预测相同的方法，以及指标检验措施，进行防突措施效果检验；在检验结束后，采用“低爆力震动放炮部分露煤揭石门”方法，进行放炮揭煤，以及穿过煤层的爆破设计。施工中的安全防护措施有：远距离爆破、安装压风自救器或隔离式自救器、设置避难所或安全躲避地点、进行爆破或其他容易导致突出的工序时回风系统设置禁区、瓦斯监测系统连续监测瓦斯和瓦斯超限切断电源、使用防爆电气、石门揭煤时采用金属骨架、震动性爆破、设置金属挡栏等。

3、穿越采空区

采空区原则上根据采空区大小、填充物以及采空区与隧道相对位置采取疏导排放、清淤、充填、加固处理措施。

A、本隧道为高瓦斯隧道，采空区为老煤矿废弃巷道，采空区中多聚集瓦斯和积水，揭采空区施工参见穿越煤层揭煤一项，采空区中积水采取排放疏导，在施作初期支护与二次衬砌时预留排水管道接入隧道中央排水系统。

B、采空区巷道坍塌形成堆积体，在隧道上部应清理并用钢拱架支撑，用喷射混凝土初喷，上部回填2m厚C20混凝土，预留φ100压沙孔对剩余空洞压沙回填；

C、采空区瓦斯抽排：

根据瓦斯抽采治理实际经验。在巷道轮廓线两侧和中部向前进方向各施工两个长度为50m，孔径为 Φ75mm钻孔，进行预抽排放后，能有效解决施工过程中采空区瓦斯异常涌出的危害。施工过程中以可根据实际抽采效果进行调整。

根据钻孔孔口段煤(岩)性质、裂隙发育程度及孔口负压等情况，钻孔封孔方法确定为AB胶或钻用水泥注浆封孔。

封孔管采用抗静电、防阻燃的工程塑料管、胶管或铁管。孔内抽采管采用DN32管子，长度控制在10m，抽采管在孔内顶端钻15个左右，且直径在10mm左右的小孔，最后用铁筛网包裹扎好。