铁路瓦斯隧道分类分级标准探讨

高 杨， 杨昌宇， 郑 伟

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川 成都 610031)

铁路瓦斯隧道分类分级标准探讨

高 杨， 杨昌宇， 郑 伟

(中铁二院工程集团有限责任公司， 四川 成都 610031)

瓦斯隧道分类分级对施工、运营安全有着极为重要的影响。首先，分析和对比现行瓦斯隧道规程、规范、指南以及煤矿系统相关规范对瓦斯隧道(矿井)的分类分级和设防标准； 然后，总结瓦斯隧道分类分级中存在的问题，提出根据规划、建设、运营阶段掌握的资料深度及工作重点采用三阶段分类分级法，并给出各阶段的分类分级标准； 最后，以运营隧道瓦斯环境等级分级为基础，构建瓦斯隧道设防标准，根据设防标准可建立瓦斯设防结构体系，为瓦斯隧道建设和运营安全提供保障。

铁路隧道； 瓦斯； 分类分级； 瓦斯压力； 瓦斯含量

0 引言

TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》[1]颁布实施已经15年，该规范是参照和借鉴《煤矿安全规程》(能源安保[1992]1017号)、《防治煤与瓦斯突出细则》(煤安字[1995]30号)，在南昆线家竹箐隧道、天生桥隧道和侯月线云台山隧道等铁路瓦斯隧道修建技术科研及工程实践基础上编制的，就瓦斯隧道分类、分级作出了明确的规定，建立了铁路瓦斯隧道分类方法，为铁路瓦斯隧道安全施工、揭煤防突、衬砌防瓦斯措施的选择(瓦斯设防结构体系的建立)打下了基础，对铁路瓦斯隧道的设计、施工起到了重要的引领、指导作用，公路隧道设计、施工中也长期参照该规范。然而，随着近年煤矿瓦斯防治技术的发展、安全生产要求的提升，该规范参照的矿井瓦斯等级划分有所调整，且随着大量交通瓦斯隧道的修建，瓦斯监测技术、施工通风技术、施工管理技术的进步和施工经验的积累，使得瓦斯隧道安全风险管理水平得以提升,该规范的缺陷也日渐显现。工程经验表明，TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》中对瓦斯隧道分级分类方法和指标已经不适应隧道建设的需要，与隧道建设规模、施工效率、经济性的需要不相契合，作为瓦斯隧道瓦斯设防措施基础的瓦斯地段等级划分也暴露出一些先天不足。实际上，近年来公路部门已经在设计指南或规程中就瓦斯隧道等级划分进行了修改调整，TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》[2]中也对瓦斯隧道等级划分进行了尝试性修改并相应调整了瓦斯隧道的部分设计要求。本文对TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》中采用的瓦斯隧道分类方法存在的利弊和含瓦斯地段分级方法存在的问题等进行深入分析，按照隧道勘察、设计、施工及运营不同阶段对瓦斯隧道进行分级分类，并构建瓦斯隧道设防标准。

1 煤矿瓦斯矿井的分类分级及演变

1.1煤矿瓦斯矿井分类

煤矿中将矿井分为煤与瓦斯突出矿井、瓦斯矿井2类，但两者均将煤与瓦斯突出作为矿井瓦斯等级划分中的一级，瓦斯矿井根据矿井的绝对瓦斯涌出量进行分级。虽然两者为一个等级划分系统，但瓦斯矿井等级鉴定和突出矿井鉴定各自有指定的规范。

1.2煤矿瓦斯突出矿井确定

AQ 1024—2006《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》[3]中对瓦斯突出矿井的确定首先依据的是实际发生的瓦斯动力现象： 1)当矿井在采掘过程中发生1次符合煤与瓦斯突出基本特征的瓦斯动力现象，发生动力现象的煤层即确定为突出煤层，该矿井定为突出矿井。2)对于发生了瓦斯动力现象但煤与瓦斯突出基本特征不明显，不能确定或排除为瓦斯突出现象时，则通过发生动力现象过程中抛出煤的吨煤瓦斯涌出量是否大于30 m3或为本区域煤层瓦斯含量的2倍及以上作为突出矿井的划分指标。3)对按上述规则还不能判定性质的瓦斯动力现象，采用煤层突出危险性指标进行煤与瓦斯突出危险性判定时，应根据实测鉴定煤层的最高煤层破坏类型、最小坚固性系数、最大瓦斯放散初速度和最大瓦斯压力值来确定煤层突出危险性指标临界值； 在没有实测资料时，可参考表1，只有全部指标达到或超过表中临界值时，才可将发生动力现象的煤层确定为突出煤层。

表1判定煤层突出危险性单项指标的临界值[3]

Table 1 Critical values of single index for coal seams outburst risk estimation[3]

突出煤层危险性煤层破坏类型瓦斯放散初速度Δp煤的坚固性系数f煤层瓦斯压力p/MPa突出危险Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ≥10≤0．5≥0．74

1.3煤矿系统瓦斯等级划分

AQ 1025—2006《矿井瓦斯等级鉴定规范》[4]按瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式将瓦斯矿井分为2级，如表2所示，明确规定低瓦斯矿井必须同时满足表中2个瓦斯涌出量的条件，而高瓦斯矿井只要满足2个条件中的1个即可确认。该规范还将煤与瓦斯突出作为一个等级，同时规定: 1)矿井应当每年进行矿井瓦斯等级鉴定； 2)低瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于10 m3/t·d或有瓦斯喷出危险的区域定为高瓦斯区； 3)在建矿井没有采区投产的情况下，单条掘进巷道的绝对瓦斯涌出量大于3 m3/min时，应确定为高瓦斯矿井。

表2 矿井瓦斯等级划分[4]

为遏制煤矿瓦斯事故的发生，国家安监总局、发改委、能源局、煤安局在2011年联合发布了《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》(安监总煤装[2011]162号)。该办法将《矿井瓦斯等级鉴定规范》中“低瓦斯矿井”改为“瓦斯矿井”； 在判据内增加了掘进工作面、采煤工作面的绝对瓦斯涌出量作为判定条件，如表3所示。其中，在瓦斯矿井中采用的是“各工作面”，对瓦斯矿井的确定控制更为严格。该办法要求矿井每2年进行1次瓦斯等级鉴定。

表3 《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》中瓦斯等级划分

Table 3 Mine gas classification inTemporaryManagementMethodsofMineGasLevelIdentification

矿井瓦斯等级矿井相对瓦斯涌出量/(m3/t)矿井绝对瓦斯涌出量/(m3/min)掘进工作面绝对瓦斯涌出量/(m3/min)采煤工作面绝对瓦斯涌出量/(m3/min)瓦斯≤10≤40≤3≤5高瓦斯>10>40>3>5

2016版《煤矿安全规程》第169条将矿井瓦斯等级划分为低瓦斯矿井、高瓦斯矿井、突出矿井3个等级[5]，较《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》而言，恢复了“低瓦斯矿井”的划分，高瓦斯矿井判定参数不变，低瓦斯矿井采用瓦斯矿井参数判定； 将《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》中“各采掘工作面”、“任一采掘工作面”统一为“任一”，对“低瓦斯矿井”确定的控制略为宽松，但仍明确规定低瓦斯矿井必须同时满足4个瓦斯涌出量的条件，而高瓦斯矿井只要满足4个条件中的1个即可确认。2016版《煤矿安全规程》要求矿井每2年必须进行1次瓦斯等级鉴定。

1.4煤矿矿井内瓦斯设防标准

煤矿中对瓦斯的处理均是依靠通风使矿井各工作面、各控制点的瓦斯体积分数在安全范围内，没有在矿井内对瓦斯进行封闭的结构措施，因此没有相应的结构设防标准，这与交通隧道的设计理念有极大的差异。

2 《铁路瓦斯隧道技术规范》对瓦斯隧道的分级

TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》中将瓦斯突出作为一个等级，将隧道分为低瓦斯、高瓦斯、瓦斯突出3个级别，前两级是采用工区的瓦斯绝对涌出量是否大于0.5 m3/min作为判据，而后者则采用瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数、煤的破坏类型等4个判定煤层突出危险性单项指标全部达到或超过临界值作为判据。在瓦斯突出的判定方法上，该规范与煤矿相关规定的差异在于煤矿系统对煤与瓦斯突出危险性的判断和突出矿井的认定是首先注重煤与瓦斯的动力现象，而该规范只采用煤与瓦斯突出的4个临界值，而忽略了煤与瓦斯动力现象这一重要因素。该规范对高、低瓦斯工区的指标为绝对瓦斯涌出量 0.5 m3/min，采用该指标的理由是当1个工区瓦斯绝对涌出量为0.5 m3/min时，采用一般隧道配置的通风设备均能将隧道内瓦斯体积分数降到0.3%，按此划分的低隧道工区就可以采用普通施工机械和管理办法施工。然而众多工程实践表明，受地质构造、瓦斯赋存条件、人为扰动的影响，瓦斯隧道的瓦斯涌出位置、涌出量是一个动态变化的不均衡状态，按预测瓦斯绝对涌出量0.5 m3/min确定采用普通施工机械施工并进行管理，其风险是极高的。此外，在该规范实施期间，由于瓦斯等级判定值过低，施工期间往往出现短时间甚至瞬间超限的情况，频频发生设备换装、施工措施调整、结构材料改变等变更设计，给施工造成较大困扰。

为了根据不同的瓦斯赋存条件确定隧道的瓦斯设防措施，该规范按照吨煤瓦斯含量、瓦斯压力将瓦斯工区划分为非瓦斯地段和三、二、一级瓦斯地段,如表4所示。该规范还针对不同瓦斯地段等级,提出了以封闭为主要手段的防治措施。

表4 瓦斯地段等级划分[1]

3 公路瓦斯隧道分级

3.1 《贵州高速公路瓦斯隧道设计技术指南》中瓦斯隧道分级

《贵州高速公路瓦斯隧道设计技术指南》[6]中将瓦斯隧道施工工区分为瓦斯和非瓦斯工区，瓦斯工区划分为微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯、瓦斯突出工区，明确瓦斯隧道的等级按各瓦斯工区最高级确定。瓦斯分级增加了微瓦斯，各级瓦斯绝对涌出量相对于TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》有了修改和调整，各级瓦斯绝对涌出量见下文表9。

对于煤与瓦斯突出的判定强调借用隧址区矿井的临界值进行预测，无矿井资料时则根据实测的最大瓦斯压力、软分层煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度和坚固性系数进行鉴定，全部指标达到或超过表1中临界值时确定为突出煤层； 现场条件不允许时，按《防治煤与瓦斯突出规定》，规定当按煤层瓦斯压力等指标进行预测缺乏瓦斯资料时也可根据吨煤瓦斯含量进行预测，如表5所示； 该指南没有强调判定煤与瓦斯突出应考察瓦斯动力现象。

表5 煤与瓦斯突出区域预测临界值

该指南按瓦斯压力设置隧道结构防瓦斯措施，实际上是以瓦斯压力确定隧道结构设防等级，各等级相应瓦斯压力如表6所示。该指南认为TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》中以吨煤瓦斯含量0.5 m3/t 作为二、三级的分级界限数值小，不合理，故不采用吨煤瓦斯含量作为设防等级的划分标准。该指南依据交通运输部西部交通建设科技项目“西部公路瓦斯隧道设计与施工技术研究”的成果，当透气系数K=1.0×10-11cm/s、瓦斯压力为0.2 MPa、穿煤长度为50 m时，二次衬砌20 min瓦斯入渗量达0.1 m3为依据，确定二、三级防护等级的分界瓦斯压力为0.2 MPa，而瓦斯压力大于0.74 MPa有瓦斯突出危险性，应按一级防护。

表6 瓦斯隧道结构设防等级

3.2 《公路瓦斯隧道技术规程》中瓦斯隧道分级

《公路瓦斯隧道技术规程》[7]中将瓦斯隧道分为微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯及煤(岩)与瓦斯突出4类，瓦斯隧道类别按瓦斯工区或瓦斯地层的最高类别确定。瓦斯分级增加了微瓦斯，各级瓦斯绝对涌出量相对于TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》有了修改和调整，各级瓦斯绝对涌出量见下文表9。各瓦斯等级分界指标按双车道隧道全断面开挖时特定风速将洞内瓦斯体积分数降到某一体积分数计算确定，如： 微、低瓦斯分界指标按通风风速不小于0.25 m/s时，洞内平均瓦斯体积分数降到0.3%； 高、低瓦斯分界指标按通风风速不小于0.5 m/s时，洞内平均瓦斯体积分数降到0.5%。对于煤与瓦斯突出的判定强调了首先根据实际发生的瓦斯动力现象，动力现象特征不明显或没有动力现象时则根据实际测定的最大瓦斯压力、软分层煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度和坚固性系数进行鉴定，全部指标达到或超过表1中的临界值时确定为突出煤(岩)层。

该规程按瓦斯压力设置隧道结构防瓦斯措施，实际上是以瓦斯压力确定隧道结构设防等级，各等级相应瓦斯压力如表6所示。该规程在此问题上与《贵州高速公路瓦斯隧道设计技术指南》有相同的研究成果背景，不再赘述。

4 《铁路隧道设计规范》中瓦斯分类分级

TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》中将瓦斯隧道工区按工区内瓦斯绝对涌出量、瓦斯动力现象分为非瓦斯、微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯和瓦斯突出工区5类； 瓦斯隧道的分类按隧道内瓦斯工区的最高级确定。该规范第12.3.2条及表12.3.2中将不同跨度的隧道瓦斯绝对涌出量作为分级指标，试图体现因隧道开挖断面大小不同而带来的落煤量、暴露煤壁面积、瓦斯涌出量的差异； 同时也表达了“不同断面积隧道对涌入隧道内瓦斯量有着不同容忍度”的概念。将小跨度隧道绝对涌出量乘以1.5～1.67作为中—特大跨隧道绝对涌出量判定值，但按落煤体积、暴露煤壁面积看涌出量的比值均是跨度比值的二次方关系，故表12.3.2缺乏依据。此外，该规范将瓦斯隧道中非正常通风条件下的个别情况瓦斯控制体积分数作为安全体积分数进行瓦斯绝对涌出量的计算是不合理的，如： 1)在按通风量推算瓦斯绝对涌出量时将2016版《煤矿安全规程》第498条表18中甲烷仪在“突出矿井采煤工作面进风巷”、“串联通风的被串采煤工作面进风巷”条件下的报警、断电、复位瓦斯体积分数作为“安全施工最大容许含量”(此时n0应取为0.5%)，因为该体积分数是考虑通风需要确定的“新风”中允许最大瓦斯体积分数； 2)将井下电焊、气焊、喷灯焊作业地点局部风流中的瓦斯体积分数作为矿井控制安全体积分数。事实上，2016版《煤矿安全规程》要求“停止工作、切断电源、撤出人员、采取措施、进行处理”的控制瓦斯体积分数均为1.0%，按此分析，高、低瓦斯的分界指标将2倍于该规范分析值。与公路瓦斯隧道相关规定一样，该规范的分界绝对瓦斯涌出量考虑了开挖断面、通风条件等人为因素，同样值得商榷。

该规范中瓦斯突出危险性的判断沿袭了TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》的规定，只采用煤与瓦斯突出的4个临界值，而忽略了判定瓦斯突出的主要依据即煤与瓦斯动力现象这一重要因素。

作为瓦斯设防措施的基础，该规范第12.3.3条提及瓦斯地段等级的划分可根据吨煤瓦斯含量、瓦斯压力2项指标判定，但与TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》的差异在于该规范没有提出具体级别、相应的判定参数和标准。

5 瓦斯隧道分类分级标准

5.1隧道瓦斯分级分类存在的问题

根据对隧道各规范、规程、指南的分析以及与煤矿部门相关规范的对比，可知目前铁路、公路瓦斯隧道的分级分类存在以下问题： 1)瓦斯隧道分级分类缺乏阶段性，不利于按规划、勘察、设计、施工不同阶段掌握的地质和瓦斯地质资料深度以及各阶段不同的工作目的开展工作和进行瓦斯隧道的管理； 2)瓦斯隧道分级分类均着眼于隧道施工前和施工中，缺乏建成后的瓦斯隧道分级，难以建立系统的瓦斯隧道设防标准，无法评价运营瓦斯隧道的运营环境和隧道劣化情况； 3)瓦斯隧道分级分类基本以煤层瓦斯为对象，不能兼顾日益增多的非煤瓦斯隧道； 4)将按瓦斯绝对涌出量划分的瓦斯隧道和按有无动力现象划分的瓦斯隧道混淆起来，对瓦斯隧道分级、分类不统一； 5)在煤与瓦斯突出的判定中过重地依靠“缺乏实测资料时的突出煤层鉴定单向指标临界值”，淡化了动力现象优先和动力现象不明显时的判定方法，具有较大的安全风险； 6)在瓦斯隧道等级划分中，考虑了隧道断面大小、施工通风和洞内瓦斯体积分数等人为因素，使划分标准缺乏唯一性； 7)隧道瓦斯地段分级标准不统一。

5.2瓦斯隧道分阶段分级分类

在勘察、设计、施工、运营各阶段应依据掌握的隧道瓦斯条件对隧道瓦斯类别、等级进行划分，根据隧道规划、建设、运营管理需要采用三阶段分类分级法： 1)瓦斯隧道分类适用于隧道前期勘察(定测前)及设计规划(初步设计前)阶段； 2)瓦斯隧道分级适用于隧道定测、设计和施工阶段，隧道的瓦斯等级按隧道各工区或区段中最高瓦斯等级确定； 3)运营隧道瓦斯环境等级分级适用于隧道运营阶段。

5.2.1 瓦斯隧道前期勘察(定测前)及设计规划(初步设计前)阶段分级分类

该阶段的主要目的是解决线路方案和技术可行性问题，尚难确定隧道具体设计方案，无法针对具体的隧道位置开展大量的瓦斯勘察工作，更难获取瓦斯绝对涌出量等重要判定依据，主要以调查、收集附近矿区或工程瓦斯条件为主； 该阶段收集矿区瓦斯资料、采用少量钻孔方式获取瓦斯含量和压力相对较为容易，而这2项指标又是判定、影响瓦斯涌出量及瓦斯动力现象的基本条件和主要因素，故采用这2项指标进行瓦斯隧道的分类可以基本确定瓦斯隧道的性质。

根据隧道工程区域内主要煤层的瓦斯赋存条件、动力现象、鉴定结论将通过相同地层的隧道划分为非瓦斯隧道、瓦斯隧道、高瓦斯隧道、瓦斯突出隧道4类，分类方法和参数确定如下：

1)参照《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》中的矿井划分方式，该阶段不划分低瓦斯隧道。该阶段勘察的深细度决定了该阶段设计以定性为主，故不具体划分瓦斯工区。

2)以吨煤瓦斯含量作为划分瓦斯隧道等级的主要指标，同时结合瓦斯压力对隧道工程瓦斯涌出量、瓦斯动力现象及瓦斯封闭体系的影响程度，将其作为等级划分的辅助指标。两者共同作为判据，其中一项满足时即可认定。

3)根据煤矿中的经验，首先按煤与瓦斯突出的条件确定瓦斯压力和吨煤瓦斯含量作为高瓦斯隧道瓦斯条件的上限，即瓦斯压力为0.74 MPa、瓦斯含量为8 m3/t。以瓦斯风化带的瓦斯特性作为高瓦斯隧道瓦斯条件的下限。一般认为风化带底界以下煤层瓦斯含量高，可能有瓦斯动力现象，而底界以上无动力现象，瓦斯含量也随深度减小而降低，可以作为瓦斯带，故按风化带底界的最小瓦斯压力0.1 MPa、不同煤质中瓦斯含量最低的长焰煤瓦斯含量1.0 m3/t作为高瓦斯隧道判定下限指标，低于该判定值者，统划为瓦斯隧道。根据《防治煤与瓦斯突出规定》，在防突措施上可以采用煤层残余瓦斯压力或含量进行效果判断，当残余瓦斯压力小于0.74 MPa或残余瓦斯含量低于8 m3/t时认为无突出危险，故前期勘察及设计规划阶段瓦斯突出隧道的分级指标为吨煤瓦斯含量为8 m3/t、瓦斯压力为0.74 MPa。

4)非煤瓦斯包括类型较多，运移模式复杂，赋存条件各异，难以用勘察的手段确定其含量及压力并分类，其溢出方式多由于囊状储存、沿裂隙或节理密集带运移的特征而出现局部、短时间、较大量溢出，其不确定性对隧道施工安全的危害程度较大，故在前期勘察及设计规划阶段，隧道通过含非煤瓦斯地层时均划分为瓦斯隧道。

5)在初步设计之前对瓦斯隧道进行等级划分，可以基本控制隧道下阶段的安全风险和投资风险，可以满足该时期工程筹划、风险评估、项目决策的需要，指导定测、初步设计工作。

综上，前期勘察及设计规划阶段瓦斯隧道分类及分类参数如表7所示。

表7前期勘察及设计规划阶段瓦斯隧道分类表

Table 7 Classification of gas tunnel in investigation and planning phase

瓦斯隧道分类瓦斯含量/(m3/t)瓦斯压力/MPa非瓦斯隧道0 0瓦斯隧道<1．0<0．1高瓦斯隧道≥1．0≥0．1瓦斯突出隧道≥8．0≥0．74

5.2.2 瓦斯隧道定测、设计及施工阶段分级分类

该阶段隧道方案已确定、大量勘察设计工作已开展，根据调查、勘察、超前地质预报、实测、鉴定资料及瓦斯动力现象，瓦斯隧道工区按工区绝对瓦斯涌出量划分为非瓦斯、微瓦斯、低瓦斯、高瓦斯4个等级和突出工区这一类型； 根据隧道各工区最高瓦斯等级，瓦斯隧道分级为微瓦斯隧道、低瓦斯隧道、高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道。

考虑到隧道掘进面与煤矿工作面的差异及掘进面瓦斯绝对涌出量测定的不确定性，本文采用与铁路隧道施工相近的工况，沿用《矿井瓦斯等级鉴定规范》中单条掘进巷道绝对瓦斯涌出量大于3 m3/min作为高瓦斯工区的划分标准； 为指导隧道施工通风、设备配置等的需要，继承性地将绝对瓦斯涌出量0.5 m3/min作为微瓦斯工区的划分上限； 瓦斯绝对涌出量为0.5～3 m3/min的工区划分为低瓦斯工区，如表8和表9所示。

表8各级瓦斯工区绝对瓦斯涌出量

Table 8 Absolute gas outburst volumes at gas areas with different grades

工区瓦斯等级绝对瓦斯涌出量Q绝/(m3/min)非瓦斯 0微瓦斯 <0．5低瓦斯0．5～3．0高瓦斯 ≥3．0

表9 不同规范各级瓦斯工区瓦斯绝对涌出量对比表

非煤系地层瓦斯隧道在施工阶段的工区划分按实测的绝对涌出量进行判定。由于非煤系地层的瓦斯赋存条件复杂多样，其溢出、涌出方式具有相当的不确定性，在勘察、设计期间甚至施工阶段，其瓦斯涌出量也难以通过预测、测量的方式量化，故为安全计，当无法确定非煤瓦斯地层绝对瓦斯涌出量时，通过含非煤瓦斯的工区均划分为低瓦斯工区； 根据地层中瓦斯的赋存、运移特征，当隧道工区通过圈闭构造、节理裂隙密集带及断层等瓦斯富集构造及运移通道时可将该段划为高瓦斯区段。

瓦斯突出隧道的确定是相对复杂的过程,其管理也是动态的。1)首要依据是隧道通过的煤层实际发生的瓦斯动力现象。当矿井在采掘过程中发生1次符合煤与瓦斯突出基本特征的瓦斯动力现象，发生动力现象的煤层即确定为突出煤层，通过该煤层的隧道即为瓦斯突出隧道。2)对于发生了瓦斯动力现象,但煤与瓦斯突出基本特征不明显，不能确定或排除为瓦斯突出现象时，则通过发生动力现象过程中抛出煤的吨煤瓦斯涌出量是否大于30 m3/t或为本区域煤层瓦斯含量的2倍及以上作为突出煤层的确定指标，通过该煤层的隧道即为瓦斯突出隧道。3)采用以上方法还不能判定煤层突出危险性时，则应实测发生动力现象煤层的最大瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数等突出危险性指标临界值或典型突出预兆进行鉴定，只有当无实测临界值条件时，才可采用表1中的突出危险性单向指标临界值进行判断，实测所有指标都达到或超过时，可确定为瓦斯突出煤层。4)在实际施工中，瓦斯突出危险性的判定还有所需参数较少、参数获取相对简单的方法，可以作为辅助判定方法： ①煤的瓦斯含量大于8 m3/t且瓦斯压力大于0.74 MPa时，煤层具有突出危险。②煤层瓦斯压力和煤层坚固性系数达到表10规定值时，煤层具有突出危险。

表10煤层坚固性系数和瓦斯压力判定表

Table 10 Estimation values of solidity coefficient and gas pressure of coal seam

煤的坚固性系数f瓦斯压力p/MPa突出危险判断 f≤0．3p≥0．74突出0．3

5.2.3 瓦斯隧道运营环境等级分级

目前所有有关瓦斯隧道的规范中都无建成后的瓦斯隧道的分级标准。瓦斯隧道所处的原始瓦斯环境、隧道施工对瓦斯采取的排放措施、隧道瓦斯设防结构封闭措施和隧道采用的瓦斯排放系统不同，渗漏进入隧道的瓦斯量不同，隧道运营通风、列车运行间隔、自然风也可使隧道内空气中瓦斯体积分数随之发生变化，影响因素的众多使评价体系变得十分复杂，结果也可能是动态的，瓦斯体积分数还随隧道通风状态的变化而变化。隧道内的瓦斯体积分数正是决定隧道瓦斯环境下运营安全的一个重要甚至是唯一指标。指标体系可以表现隧道防瓦斯结构体系对瓦斯防治的效果，作为瓦斯隧道验收标准的一部分，形成瓦斯隧道运营期间通风、信号设备运行的控制标准，建立运营期间防瓦斯结构体系劣化的评价和维护标准，还能成为隧道内设备系统设计和选用的依据。建立这个指标体系实际上就是建立了瓦斯设防等级体系。

依照煤矿系统在长期建井、开采过程中积累的机电设备运行、作业、人员安全的经验，控制矿井内瓦斯体积分数是重中之重，结合铁路隧道施工运营、维护作业需要，按建成后隧道内瓦斯体积分数将运营隧道瓦斯环境等级划分为5级，各级瓦斯体积分数如表11所示。

表11 运营隧道瓦斯环境等级划分表

1)一级是无瓦斯状态的表述，是从建筑材料、施工工艺方面还不能达到的不渗透状态，不能作为瓦斯隧道的工程要求。

2)二级瓦斯体积分数≤0.3%，根据运营瓦斯隧道的监测可知该瓦斯体积分数下运营瓦斯隧道内的运营、维护活动是安全的； TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》中也明确规定：“当瓦斯体积分数降到0.3%以下时，可停止通风。”

3)三级瓦斯体积分数为0.3%～0.5%，根据TB 10120—2002《铁路瓦斯隧道技术规范》， 0.5%是运营隧道内的瓦斯允许体积分数，煤矿中的生产实践经验表明，该体积分数是限制串联通风等上游新风瓦斯体积分数的控制值，在洞内运营机电设备具有一定防爆功能的前提下，该体积分数并不影响隧道运营及洞内作业。

4)四级瓦斯体积分数为0.5%～1.0%，根据煤矿安全生产经验和2016版《煤矿安全规程》规定，1.0%是矿井所有安全生产活动的瓦斯控制体积分数标准； 瓦斯体积分数达到或超过0.5%，隧道内禁止进行焊接等明火作业； 瓦斯体积分数超过0.75%，需查明原因，进行处理； 瓦斯体积分数超过1.0%，隧道内禁止电钻打眼、爆破作业，并需要停止作业、撤出人员、采取措施、进行处理。

5)五级瓦斯体积分数≥1.0%，该瓦斯体积分数是不安全的限值，超过此体积分数，隧道应停止运营。

6 瓦斯隧道设防标准

确定了运营隧道瓦斯环境等级及相应瓦斯体积分数控制值，实际上就是确定了瓦斯隧道设防标准，根据此标准选择瓦斯封堵(围岩注浆)、衬砌背后瓦斯排放、瓦斯封闭(瓦斯隔离层、二次衬砌)、隧道运营通风等单一或组合措施，建立瓦斯设防结构体系。二级设防是隧道内瓦斯体积分数或通过运营通风使隧道内瓦斯体积分数低于0.3%，这是瓦斯设防的最高标准，适合于高速铁路中长及以上隧道、普通电化铁路长及特长隧道、车站隧道或隧道车站段(包括救援站)； 三级设防是隧道内瓦斯体积分数或通过运营通风使隧道内瓦斯体积分数低于0.5%，是瓦斯设防的次高标准，适合于高速铁路短隧道、普通电化铁路中长隧道、内燃牵引隧道、隧道内避难所； 四级设防是瓦斯设防的最低标准，适合于隧道紧急出口通道，需经常检修的泄水洞、辅助坑道等。

7 结论与建议

1)作为对施工、运营安全有着极为重要影响的瓦斯分级分类，应该根据不同阶段掌握的瓦斯地质资料和各阶段工作重点采用动态的方法进行划分。按前期勘察及设计规划、设计与施工、运营维护3大阶段采用不同的标准进行划分是必要的。

2)瓦斯对隧道的施工和运营安全影响是多方面的，铁路瓦斯隧道的分类分级应涵盖其主要的安全风险源，纳入煤尘爆炸、煤层自然等的分级方法和内容。

3)运营隧道内的瓦斯环境是影响运营安全的重要因素，是进行运营管理的基础，也是对隧道及隧道内运营设备进行安全状态评估、维护需要和效果评估的重要依据。基于此，建立运营隧道瓦斯环境等级分级体系并将其作为瓦斯设防结构体系构建的基础是十分必要的。

4)瓦斯突出事故对隧道及作业人员而言是毁灭性的，所以应根据工程实践加强对煤与瓦斯突出研究,在今后的规范编制中宜作为瓦斯隧道的一个独立分类，并根据突出规模、突出的动力特征对工程的影响进行分级。

5)不同于煤层瓦斯，非煤瓦斯的成因复杂，其赋存、运移受地质构造影响显著，在隧道勘察、施工中往往出现难以定位、定量的“漂浮”状态，瓦斯喷出、燃烧、爆炸的情况时有发生，极具危险性，应进一步加强对非煤瓦斯勘察和评价技术的研究。

[1] 铁路瓦斯隧道技术规范: TB 10120—2002[S]. 北京： 中国铁道出版社， 2003.

Technical code for railway tunnel with gas: TB 10120—2002[S].Beijing: China Railway Publishing House, 2003.

[2] 铁路隧道设计规范: TB 10003—2016[S]. 北京： 中国铁道出版社， 2016.

Code for design of railway tunnel: TB 10003—2016[S]. Beijing: China Railway Publishing House, 2016.

[3] 煤与瓦斯突出矿井鉴定规范: AQ 1024—2006[S]. 北京： 煤炭工业出版社， 2007.

Specification for identification of coal and gas outburst mine: AQ 1024—2006[S].Beijing: China Coal Industry Publishing House, 2007.

[4] 矿井瓦斯等级鉴定规范: AQ 1025—2006[S]. 北京： 煤炭工业出版社， 2007.

Specification for identification of classification of gaseous mine: AQ 1025—2006[S].Beijing: China Coal Industry Publishing House, 2007.

[5] 煤矿安全规程[S]. 北京： 煤炭工业出版社， 2016.

The coal mine safety rules[S].Beijing: China Coal Industry Publishing House, 2016.

[6] 贵州高速公路瓦斯隧道设计技术指南： JT 52/02—2014[S]. 北京： 人民交通出版社， 2015.

Design guidelines for highway gas tunnel of Guizhou： JT 52/02—2014[S]. Beijing： China Communications Press, 2015.

[7] 公路瓦斯隧道技术规程[S]. 成都： 西南交通大学出版社， 2017.

Technical regulation for highway gas tunnel[S]. Chengdu: Southwest Jiaotong University Press, 2017.

DiscussiononStandardsofClassificationofRailwayGasTunnel

GAO Yang, YANG Changyu, ZHENG Wei

(ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.,Ltd.,Chengdu610031,Sichuan,China)

The classification of railway gas tunnel has a significant influence on tunnel construction and operation. Firstly, the standards of classification and fortification of gas tunnel (mine) in relevant existing rules, codes and guidelines are analyzed and compared. And then, the problems of the classification of gas tunnel are summarized, triple-phase classification method is established based on the collected data and working keys of planning phase, construction phase and operation phase, and the classification standards of every phase are put forward. Finally, the classification standards of fortification of gas tunnel is established based on environment classification standards of running gas tunnel; furthermore, the fortification structure system of gas tunnel can be established, so as to guarantee the construction and running safety of gas tunnel.

railway tunnel; gas; classification; gas pressure; gas bearing concentration

2017-09-10

高杨(1960—)，男，四川成都人，1982年毕业于西南交通大学，隧道及地下铁道专业，本科，教授级高级工程师，现从事隧道及地下工程设计工作。E-mail: eygy828@163.com。

10.3973/j.issn.2096-4498.2017.11.002

U 45

A

2096-4498(2017)11-1366-07