煤与瓦斯防突预测技术在白杨林隧道的应用

蒲吉见

(中铁二局第二工程有限公司， 四川成都 610031)



煤与瓦斯防突预测技术在白杨林隧道的应用

蒲吉见

(中铁二局第二工程有限公司， 四川成都 610031)

高瓦斯隧道在修建过程中经常遇到瓦斯穿越煤层的情况，为保证隧道施工安全，隧道在穿越煤层前需要对煤层进行防突预测，以明确掌子面前方煤层中的瓦斯赋含量，从而制定相应的防突措施。文章结合成贵客运专线白杨林高瓦斯隧道的施工，主要介绍了瓦斯压力法与钻屑指标法在高瓦斯隧道防突预测中的应用，对煤层是否可能发生突出危险做出准确判断，对于高瓦斯隧道的揭煤施工具有一定的参考意义。

高瓦斯隧道； 防突预测； 钻屑指标法

我国煤炭资源的分布主要集中在西北、西南、东北等地区，交通线路在上述地区选线铺设时不可避免的要穿越煤系地层和瓦斯赋含区。近年来随着铁路向西南山区发展，穿越煤系地层的隧道越来越多，由于西南山区多为煤系地层，因此就出现了更多的煤与瓦斯突出隧道。

煤与瓦斯突出是高瓦斯隧道施工中一项重大的危险源，瓦斯是一种危险气体，燃烧界限低于5 %，而隧道在施工过程的机械设备、电气设备又不免会产生火星或者电火花，因此，控制隧道中的瓦斯含量是瓦斯隧道施工的重中之重。在做好施工通风的同时，在掌子面到达煤层之前，通过瓦斯防突预测方法，预测前方瓦斯储量，释放瓦斯压力，防止煤与瓦斯突出造成瓦斯浓度瞬间升高，避免工程事故。

我国成功修建的高瓦斯隧道不多，煤与瓦斯的作用机理研究尚不明确，工程施工大多通过工程经验和类比进行瓦斯隧道的修建，因此，本文通过白杨林隧道煤与瓦斯的防突预测成功应用，为其它高瓦斯隧道的修建提供一定的借鉴作用。

1 工程概况

成贵铁路白杨林高瓦斯隧道起讫里程为：DK473+030～D3K474+810 m，全长1 780 m。隧道进口270 m为平坡，其余为25 ‰的单面上坡。隧道最大埋深约206 m。隧道以IV级、V级围岩为主，占隧道长度78.6 %，其次为III级围岩，占隧道长度21.4 %。隧道DK473+600～D3K474+420 m段为高瓦斯工区，其余地段为低瓦斯工区，断层带及泥岩顶板等附近也有瓦斯聚集的可能性。白杨林高瓦斯隧道瓦斯涌出量为4.55 m3/min，涌出量较小。白杨林隧道穿越龙潭组煤层，隧道沿线有煤线及少量煤层分布。

2 白杨林隧道防突预测施工方法

根据《防治煤与瓦斯突出规定》，巷道掘进至含煤地层时，需进行区域防突预测以及局部防突预测。区域防突预测主要以瓦斯含量和瓦斯压力作为预测指标，局部防突预测方法分为综合指标法、“R”指标法、钻屑指标法。

为确定煤层位置、大小、厚度以及突出危险性，白杨林隧道施工组在DK474+171 m处施作揭煤钻孔，进行煤与瓦斯突出预测以及确定前方煤层位置。

2.1 钻孔布置

揭煤钻孔直径均为76 mm，其在掌子面空间位置如图1所示。

(a) 揭煤钻孔掌子面布置(单位:cm)

(b) 揭煤钻孔纵断面布置图1 DK474+185m处揭煤钻孔布置

ZK1、ZK2、ZK3见煤距离分别为13 m、12 m、11 m，水平穿越煤层长度为11 m；ZK4位于隧道中心线拱顶以下5 m，俯角孔向下俯角8°，钻孔揭示在8.5～18 m处为煤层。

2.2 钻芯取样

为进一步探测煤层产状，在DK474+185 m处另施作一水平取芯孔，取芯结果显示在DK474+174～163.5 m处为煤层，煤层取样全部为粉状(图2)。

图2 DK474+185m处钻芯取样

2.3 前方煤层与隧道位置关系

根据隧道内探煤、预测钻孔及俯角孔分析，煤层厚度约3.9 m(水平穿越长度约11 m)，倾角21°，与隧道呈66°交角, 煤层将在隧道洞身DK474+191 m～DK474+149 m段出露。隧道将以顶板揭煤方式穿越煤层，隧道见煤段埋深约100 m。目前掌子面里程为DK474+183 m，距离煤层最小法向距离为5 m。掌子面前方煤层与隧道位置关系如图3所示。

(a)煤层纵断面

(b)煤层平面图3 煤层与隧道空间位置关系(单位:cm)

3 防突预测结果

利用瓦斯解吸仪等现场试验仪器，对揭煤探孔煤样进行测试，测试结果如表1、表2所示。

表1 瓦斯含量及压力测试值

表2 钻屑指标值

根据《防治煤与瓦斯突出规定》，煤与瓦斯防突预测指标中任何一项指标超限，均视为有突出危险。从表中看来，无论是从瓦斯压力指标还是钻屑指标，其测试值均已超限，所以判断掌子面前方DK474+171煤层存在瓦斯突出危险，需采取瓦斯防突措施。

4 结论

揭煤钻孔是瓦斯防突预测的主要施工方法，通过各个瓦斯钻孔的煤样分析可以大致判断出煤层的走向及方位，通过对现场煤样分析，可以测试出瓦斯防突的各项指标，判断煤与瓦斯突出的危险性。白杨林高瓦斯隧道DK474+171 m处煤层的防突预测技术是瓦斯压力法与钻屑指标预测方法在瓦斯隧道里的又一次成功应用，为后续的防突措施提供了较为准确的依据。

[1] 张飞阳，程祖辉，黄鑫.铁路隧道揭煤施工中超前钻探的应用[J].安徽理工大学学报：自然科学版，2012，32(10)：289-292.

[2] 陈发东. 隧道瓦斯防突技术探讨[J].山西交通科技，2011(2)：69-71.

[3] 王彩燕. 瓦斯突出隧道危险性预测及防突效果检验技术[J].设备与技术，2016(5)：87-89.

蒲吉见(1969～)，男，高级工程师，从事隧道施工技术工作。

U456.3+3

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[定稿日期]2017-02-21