浅谈低瓦斯隧道施工管理

李 国

（中铁隧道局集团三处有限公司兴泉铁路XQNQ-5标段项目经理部， 福建 三明 366100）

伴随着隧道及地下工程的修建，大量的地质灾害接踵而至，造成了严重的生命和财产损失，教训惨痛。人们在改造自然的过程中，也在不断地认识自然，探索自然规律，防止灾害放生。瓦斯事故是隧道及地下工程中一个重要的地质灾害，给建设者们带来了巨大的威胁。只有加强瓦斯隧道施工过程中的安全管理和防治，方可减小瓦斯事故带来的伤害。本文结合“兴泉铁路宁化至泉州段”工程中的控制性工程—三阳隧道的施工管理和施工防护技术对低瓦斯隧道的施工管理及防治进行研究。论述了三阳隧道的工程概况、水文地质及隧道结构设计情况并分析了瓦斯隧道存在的风险，对应并提出了安全防治方案。随后总结了安全方案及现场管理的制度。

1 三阳隧道2#斜井工程概况

就已开工的三阳隧道2#斜井为例对低瓦斯隧道管理及防治进行分析总结。三阳隧道2#斜井设计属低瓦斯工区，斜井隧址区位于闽西南地区，地形复杂，地势陡缓多变。斜井斜长889米，斜井位于线路左侧，与线路小里程方向平面夹角37°25′25″，采用无轨运输双车道断面，净空断面尺寸7.5m(宽）×6.2米（高），斜井综合坡度为 10.1%，最大坡度 12%。斜井进口地表覆盖为粉质粘土，下伏基岩主要岩层为砂岩、泥岩夹煤层，岩体完整性一般,层状、块石结构。

2 低瓦斯隧道施工管理

2.1 瓦斯段施工作业流程

瓦斯段及存在有害气体段施工作业流程见图2.1。

图2.1 瓦斯段落施工作业流程图

2.2 超前探测

隧道正洞及辅助坑道进行全断面探测，超前探孔孔径一般为75mm，单孔长度为30m，搭接长度不小于5m，以检测是否有有害气体涌出。若探测到有有害气体，应根据记录确定有害气体涌出位置。

2.3 开挖支护

2.3.1 开挖支护总体施工方案

三阳隧道2#斜井采用大型机械化配套方案，三臂凿岩台车钻眼开挖；其余工点采用开挖台架、人工手持风钻钻爆法开挖。人工安装锚杆，架设钢架，采用机械手进行喷射砼施工。

2.3.2 瓦斯段开挖施工方案

对正洞煤层瓦斯地段采用煤矿许用炸药，煤矿许用电雷管起爆。使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得大于130ms。

2.3.2.1 钻爆与支护参数

采用煤矿许用炸药，有突出地段采用安全等级不低于 3级的煤矿许用的含水炸药。使用煤矿许用毫秒延期电雷管起爆，最后一段的延期时间不得大于130ms。

揭煤前，先做好已开挖部位的系统锚杆、钢架、喷射砼等初期支护及超前支护等防护措施。要求平导与正洞各部不得同时揭煤。进入煤系地层段后，必须采用湿式钻孔，煤破作业采用煤矿许用炸药，并采用煤矿矿许用电雷管电力起爆。其中，炸药安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。

隧道采用震动放炮一次揭煤，每次只能揭一层煤，不得同时多层揭煤。隧道内采用分部揭煤，各部逐一揭煤，当一层煤揭完后方可准备下一层煤揭煤工作。揭煤前，工作面与煤层之间要留足安全岩柱，石门工作面距煤层的垂距不得小于2m，若围岩松散破碎，还应适当增加。当石门揭穿后，在半岩半煤中掘进，各掘进工作面始终保持前方安全区不得小于 5m。正洞各分部断面应尽量一次揭开煤层，不能一次揭开煤层全厚时，在施工剩余部分时，也必须采取防突措施。

石门开挖工作面距煤层的最小垂距是：急倾斜煤层 2m，倾斜和缓倾斜煤层1.5m，如果岩层松软、破碎，再适当增加垂距。

不同倾角、厚度的煤层揭煤方法：

a急倾斜和倾斜的薄煤层，一次揭穿煤层全厚。

b急倾斜和倾斜的中厚、厚煤层，一次全断面揭入煤层深度1～1.3m。

c缓倾斜煤层，一次揭开岩柱。当倾角小于 12°，岩柱水平长度大时，刷斜面揭开煤层。每次石门开挖进尺为1～1.2m，开挖高度以顶板距煤层1.2～1.5m（垂距）厚度为准，直至开挖到工作面距煤层1.5～1.8m（水平距）时再揭开煤层。在每次开挖过程中加强顶板临时支护，确保1.2～1.5m厚度顶板不坍落。

2.3.2.2 石门震动放炮

石门均采用震动放炮一次揭煤；多钻孔，多装药，一次揭开石门厚度。具体实施方法：震动放炮的炮眼数目按照每平方米石门断面4～5个确定，单位炸药消耗量按照正常掘进量的2～3倍确定，根据断面和岩性确定炮眼布置。起爆前撤出人员，用远距离电力起爆放炮，利用爆破时强大的震动力，猛然一次揭开具有突出危险性的瓦斯气层。

按《煤矿安全规程》规定，石门位置应尽量避开地质变化区，掘进到距煤层10m以外，就开始向煤层打超前钻，超前工作面5m，以了解煤层及瓦斯赋存条件。揭开煤层前掘进工作面到煤层之间必须留有一定厚度的岩墙,缓倾斜煤层2m, 急倾斜煤层1.5m,本工程根据设计岩墙长度选为5m。当煤层瓦斯压力小于1Mpa时，采用震动放炮。（如果大于1Mpa时应选降压）。

2.4 衬砌施工

瓦斯段在排水系统中增设水气分离装置，地下水经水气分离后通过变强泄水管引入洞内侧沟排出，分离出的瓦斯气体采用φ80PVC管引出隧道洞口或1#、2#斜井洞口外在高处排放，φ80PVC管置于拱顶附近（拱顶中线左右50cm）衬砌防排水板背后，自瓦斯溢出起点里程一直延伸到隧道洞外，水气分离装置，纵向间距50m一处，环向盲管与纵向φ80PVC管采用三通连接。

2.5 通风施工方案

施工通风是低瓦斯隧道施工阶段重要的控制措施，通风质量的好坏决定了隧道内瓦斯浓度的高低，瓦斯浓度决定了隧道在该段落内瓦斯施工风险的高低。优良的施工通风方案及合适的通风设备选型，是保证隧道内的通风质量的基础。

2.5.1 施工通风设计标准

⑴、隧道中氧气含量按体积百分含量计不得小于20%；

⑵、粉尘最高容许浓度，每立方米空气中含有 10%以上游离二氧化硅的粉尘为2mg；

⑶、有害气体最高允许浓度：

一氧化碳最高容许浓度为 30mg/m3。在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m3，但工作时间不得超过30min；二氧化碳，按体积百分含量计不得大于0.5%；氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3以下；隧道内瓦斯浓度低于0.5%。

⑷ 隧道内气温不得大于28℃。

2.5.2 施工通风设计原则

⑴瓦斯隧道采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖工作面距离应小于5m，风管百米漏风率不应大于2%。

⑵在隧道断面净空允许的情况下，尽可能采用大直径风管配大风量通风机，以减少能耗损失。

⑶风量计算时考虑瓦斯涌出不均衡系数。

2.5.3 施工通风方式选择

结合设计图纸，2#斜井采用压入式通风。

2.5.4 斜井风量、风压计算和通风设备的选择

2.5.4.1 施工需风量计算依据

⑴排出炮烟计算工作面风量

⑵隧道内的最多工作人数计算风量

⑶瓦斯绝对涌出量计算风量

⑷允许最低风速计算风量

需风量为以上四项中的最大值。

2.5.4.2 需风量计算

风管长度L取值：

隧道当量直径D=4A/L1

A为隧道断面开挖面积

L1为隧道断面周长。

⑴ 按一次性爆破所需要排除的炮烟量计算

式中：

G—同时爆破炸药量，kg；

t—通风时间，按30min计算；

A—隧道断面积；

L—通风区段的长度，4x12.82=51.28m；

⑵ 隧道内的最多工作人数计算风量

洞内同时工作的最多人数60人计算

式中：q—作业面每一作业人员的通风量，取3m3/min；

n—作业面同时作业的最多人数，60人。

⑶ 按洞内允许最小风速0.25m/s计算

式中: —S隧道最大开挖断面积；

V —洞内允许最小风速。

⑷ 排出瓦斯计算风量

Q瓦=K.QCH4/（Bg-Bg0）

Q瓦—工作面风量，m3/min；

QCH4—瓦斯涌出量，m3/min，低瓦斯隧道取值为0.5m3/min；

Bg—工作面允许瓦斯浓度，取1/100；

Bg0—送入工作面的风流中瓦斯的浓度，取0；

K—瓦斯涌出不均衡系数，K取2。

⑸ 需要轴流风机提供的风量

① 风机风量

Q风机=P×Q工作面

Q风机——通风机风量

Q工作面——开挖工作面所需风量

P—风管漏风系数,取风管百米漏风率P100=1.1%；

L—风管长度

p=1/【1-(L/100)·P100】

②管道风阻

沿程阻力损失

h1——管路沿途压力损失（Pa）h1=α×（L×U÷S3）×Q工作面；

α——管路摩擦系数，取2.1×10-4；

L——风管管路长度

U——管路截面周长（d=1.5m）

S——管路截面面积

Q工作面——开挖工作面所需风量；

③局部阻力损失

h2——管路弯头（接头）压力损，按1000Pa计算。

Ht≥h1+h2

2.5.4.3 通风设备选择及配置

经计算，通风管道直径选用φ1.5m，轴流风机配置情况如下：表2.5-3 主要通风设备参数表

2.5.4.4 通风布置方案

斜井进正洞通风布置如图2.5所示，采用压入式通风。

图2.5 单斜井单正洞双向掘进压入式通风示意图

洞口风机需要安设在距离洞口30m以外的上风向，避免发生污风循环；风管出风口距开挖工作面的距离不超过10m。

因为所选择的风管直径较大，必须保证隧道断面有足够的净空，避免过往车辆和机械刮破风管而影响施工。

3 低瓦斯隧道安全防治措施

结合低瓦斯隧道特性，做好明火的有效管控及施工通风，同时结合瓦斯浓度检测，可有效的抑制瓦斯起火或爆炸等安全风险。

3.1 门禁系统的明火管理

3.1.1 氛围营造

营造瓦斯工区明火管理的现场氛围，让操作人员及外来人员重视低瓦斯隧道明火管理，在工区周边设置各类标识、标牌及语音告知系统，让大家了解低瓦斯隧道、明火管理的重要性。

3.1.2 人车分离系统

进洞作业人员及车辆采用人车分流，人员通道入口处设置更衣室（若瓦斯浓度超标则不许穿化纤材质衣服），所有进洞人员必须把随身携带的打火机、火柴、点烟器等点火装置放置在对应的更衣柜，不得私自带入洞内。

3.1.3 安检系统

更衣室出口处增加安检门，并设专职安检人员，如有未将打火机、点烟器等物品放在更衣室储蓄柜内人员，可自动检测报警。

3.1.4 安全讲评

洞口设置安全讲评台，专职安全管理人员、现场带班人员、班组长等，对每班作业人员进行班前安全讲话，提醒瓦斯安全管理注意事项、洞内作业安全等。

3.2 瓦斯检测

三阳隧道地质复杂多变，隧址周边煤矿较多，为确保瓦斯隧道施工安全，瓦斯检测采用人工检测+自动检测。

3.2.1 人工检测流程

洞内瓦斯人工检测严格执行“一班二检”、“一炮三检”制度，瓦检员严格按照瓦斯检测制度，对洞内瓦斯进行检测，并做好相关记录，瓦斯浓度达到规定值需上报上级领导。

3.2.2 自动监测系统

因人工检测频率及检测地点限制以及具有随意性，为确保低瓦斯隧道施工安全，洞内采用KJ90瓦斯自动检测系统，在掌子面附近拱顶、拱腰位置及二衬台车等位置安装甲烷传感器、二氧化碳传感器、硫化氢传感器等，自动检测洞内规定位置的瓦斯等气体含量，功能丰富，具有甲烷断电仪及甲烷风电闭锁装置的全部功能。

3.3 瓦斯超限处理措施

制定瓦斯超限处理措施，瓦斯自动检测配合人工检测，发现洞内瓦斯浓度超限，采取相应措施。

4 小结

目前，我国铁路、公路建设事业正在蓬勃发展，瓦斯隧道施工是所有行业建设者难免会遇到的高风险作业项目。如不注重总结，加强管理，必然会导致生产安全事故，造成不必要的损失以及恶劣的社会影响。

瓦斯隧道施工安全管理不局限于前文所述的几个方面，还应加强瓦斯隧道相关法律法规、标准规范、施工方案图纸的培训与交底，加强特种作业人员及安全质量管理人员的取证上岗，加强进场机电设备尤其是特种设备的日常管理与维修，加强火灾爆炸事故的应急储备与响应等方方面面的工作。

因此，所有参与瓦斯隧道施工的人员，都必须以高度的责任心与危机感，认真总结思考，做好本职工作，确保瓦斯隧道施工安全万无一失。