瓦斯隧洞专项施工、监测方案分析

路国娟

(中国水利水电第六工程局有限公司，沈阳 110179)

1 工程2#-4#瓦斯隧洞情况说明

柴河供水施工2#-4#支洞为输水隧洞，控制段隧洞全长3475m，控制桩号为S34+213.000-S37+688.000，纵坡i=0.099‰，为有压隧洞，采用钻爆法进行开挖，开挖断面为圆拱斜墙形，成洞断面为圆形D=3.9m。

2#-4#主洞下游已开挖至设计桩号，2#-4#主洞上游已开挖至桩号S34+812,上游掌子面围岩类别为Ⅳ类。

图1 2#-4#主洞纵剖面图

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2018年1月12日，柴河2-4#支洞控制段主洞上游检测发现瓦斯气体，现场管理人员立即组织上、下游工作面全面停工，施工人员、设备及时撤离，并将该情况汇报业主、监理等参建单位， 24h加强通风，对洞口进行封闭管理。同时安排专人采用2部便携式瓦斯检测仪对洞内空气进行检测，瓦斯气体浓度为0.05%，上游掌子面顶拱部位瓦斯气体浓度已达到5%(爆表)。

根据第三方瓦斯检测机构检测结果，2#-4#支洞有害气体主要成分为甲烷(CH4)。煤科集团技术人员检测上游掌子面地面2m以下空间瓦斯浓度为3%-3.8%。地面位置处进行补充地质勘探钻孔，根据“补充工程地质勘察报告”2-4#隧洞地段等级属二级，无瓦斯突出危险。其中长度约92m为低瓦斯地层。建议瓦斯绝对涌出量0.27m3/min。”

上游掌子面中部和右上部气体组分测定结果见表1。

表1 掌子面气体组分检测结果

对2-4#支洞上、下游设备均采用矿用防爆型，电气设备与作业机械均按防爆管理，用电管理达到防爆要求。 根据测绘及钻探情况，洞室部位桩号S34+700-S34+770段为断层带，瓦斯等有害气体顺着岩层构造裂隙可能上逸，在隧洞洞身范围，基岩裂隙局部聚集，形成气囊，存在的位置具有不确定性。

2 瓦斯隧洞爆破施工技术方案

2-4#支洞上游围岩类别均为Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类围岩。采取全断面钻爆开挖法进行施工。开挖中当遇到Ⅴ类以上极软极破碎岩层宜采用局部松动爆破加风镐、扒渣机掘进，预防冒顶影响进度。

瓦斯洞段Ⅳ类围岩炮孔布置见图2。

图2 Ⅳ类围岩炮孔布置图(单位：mm)

表2 瓦斯洞段Ⅳ类围岩炮孔特性表(循环进尺2.0m)

低瓦斯工区使用2#煤矿许用炸药。在出渣过程中必须加强瓦斯浓度检测，当瓦斯浓度超过1%时停止出渣作业[1]。

3 支护施工技术方案

超前支护：采用超前小导管单液注浆，小导管前端加工成圆锥形并封焊严实，2.0m-4.0m范围内每隔10cm-20cm交错钻眼，作为溢浆孔，孔径Φ6mm-Φ8mm，梅花形排列，管尾设加固环。根据地质情况，小导管环向间距为300mm-500mm。将小导管打入围岩。亦可在开挖面上钻孔将小导管打入围岩；两组小导管纵向水平搭接长度≥100cm。

施工工艺流程：测量放样→钻孔(瓦斯检测)→清孔→钢管插入→封口→注浆→与钢架或锚杆采用螺栓连接牢固。

施工方法：测量放样，在掌子面上，画出本循环需施设小导管孔位。钻孔， 喷射混凝土工艺为湿喷。Ⅳ、Ⅴ类围岩喷射厚度200mm。

钢管插入及孔口密封处理：钢管由用钻机顶进，顶进长度≥90%管长。钢管末端除焊上挡圈外，再用胶泥麻筋缠箍成楔形，以便钢管顶进孔后其外壁与孔岩壁间隙堵塞严密。钢管搭接长度≥100cm，并与钢支撑连接在一起。钢管顶进时，注意保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接。小导管注浆具体范围及参数现场明确，经监理人批准后采用。

钢拱架之间连接筋，采用螺栓或预焊在钢拱架上的套管连接，当特殊情况必须采用电焊、气焊作业时，按制度严格管理，加强瓦斯监控。

4 通风方案

瓦斯隧洞在贯通前，做好通风各项准备工作。贯通后，进行通风系统的调整，待风流稳定后，方可进行转序施工。 瓦斯隧洞贯通后，应持续进行隧洞瓦斯监控。计划隧洞贯通后，在贯通面位置沿隧洞廓线悬挂厚实棉帘，并加固牢靠，防止回风瓦斯扩散到相邻施工区工作面。

待隧洞衬砌施工完成、洞内瓦斯逸出量满足相关规范要求后，方可拆除棉帘[2]。

5 瓦斯监测方案、监控措施

隧洞贯通后，煤系地层洞段已采取初期支护封闭，一般不会存在较多的瓦斯逸出。但是在隧洞贯通后一定时间内继续进行瓦斯监测是很有必要的。同时可根据监测数据分析结果，确定下一步的瓦斯监测方案。

主要瓦斯检测部位应包括垫层开挖位置、电焊及明火作业位置、尚未封堵的避车洞、针梁台车位置等。

委托具有资质的第三方监测单位进行施工期间的瓦斯监测、监控，成立专门的瓦斯检测系统，瓦斯检测系统由瓦斯自动监控系统与人工检测系统组成，并作为施工工序管理，由现场负责人主管，采用瓦斯浓度、风速/风量双指标进行安全施工组织管理。

5.1 瓦斯人工检测

隧洞内各工作面，超前钻孔、初期支护、仰拱开挖、混凝土施工、防水治理等，每个断面采用四点法或六点法检测瓦斯，取最大值作为该断面瓦斯浓度。检测点距离周边轮廓20cm。

瓦斯可能积聚的地点有台车部位、断面变化部位、塌腔内、局部超挖地点。隧洞内电机附近，地质破碎地带其它瓦斯异常涌出点，水平钻孔附近，以及其它通风死角部位。

低瓦斯工区日常巡检频率每班应≥2次。高瓦斯工区、瓦斯突出工区日常巡检频率每班≥3次。瓦斯工区瓦检员应严格洞内交接班制度，并应在岗位上进行现场交接班，交清工区内瓦斯异常涌出变化、煤层赋存变化、是否存在瓦斯突出预兆现象、各种电气设备、局部通风机和作业机械等状态；瓦检员交接班时应在交接手册上互相签字，做到有据可查。

5.2 瓦斯自动监控

瓦斯自动监控系统必须采用独立电源，设备有“风电闭锁，甲烷电闭锁的功能，传感器是损件，在正常需要的数量的基础上考虑一定的富余量，形式瓦斯监控系统配置清单。

监测传感器的安设地点有：掌子面：掌子面新暴露的围岩面是瓦斯涌出的主要地点，需要布设瓦斯传感器和一氧化碳传感器。回风巷：在隧洞中的回风巷中要布置瓦斯传感器、一氧化碳传感器和风速传感器。

瓦斯比空气轻，容易积存在隧洞的顶部，所以要求瓦斯传感器吊挂在隧洞的顶部，距离拱顶距离20-30cm；CO与空气密度接近，CO传感器一般吊挂在隧洞的顶部；传感器吊挂在隧洞的平均风速位置，根据已知隧洞断面，判断其风量是否能符合设计规定。

风机要注意对传感器进行防水保护。 要求掌子面传感器距离掌子面不超过5m，传感器距离回风口10-20m的区域。传感器可挂在提前埋设的挂勾上。掌子面传感器的移动和复位工作由值班电工负责。

表3 隧洞控制瓦斯采取措施表

5.3 防止局部瓦斯积聚的措施

局部瓦斯积聚一般出现在通风(高顶)死角、瓦斯涌出点等，遇到火源时可能发生局部瓦斯燃烧或爆炸。 防止局部瓦斯积聚的方法：加强通风，增大风量，提高隧洞内风速，消除通风死角。

5.4 防止瓦斯灾害扩大的措施

当瓦斯隧洞内任何工作人员发现灾害事故预兆或已成灾害时，必须迅速向周围发出信号，给附近工作地点人员报警，并立即向洞外值班室人员报告。说明时语言要简短明确。

当发生瓦斯燃烧或爆炸时，所有洞内工作人员以最快速度撤至洞外。来不及撤离洞外的，要迅速用湿毛巾捂住鼻子和嘴，面朝下趴在水沟旁，等待营救。

6 瓦斯隧洞施工管理制度

6.1 瓦斯隧洞隐患排查治理制度

全面掌握本项目瓦斯治理方面存在的危险源的数量、地点及现状，及时跟踪隐患排查治理进展情况。建立隧洞安全生产隐患排查治理长效机制，扎实做好各项工作，从根本上杜绝事故的发生，确保安全生产的顺利进行。

6.2 瓦斯隧洞通风管理制度

隧洞通风设有专职管理人员，施工期间，定期进行检查，维修，维护工作。

6.3 瓦斯检测、监控管理制度

瓦斯人工检测，每个工作作业面的瓦检员不少于3人，并需经专门培训，考试合格后持证上岗。瓦斯检测实行“三班制”，必须24h不间断巡回检测。

监测探头悬挂位置要符保设计要求，对瓦斯自动监控系统进行定期检查。

6.4 瓦斯隧洞进洞管理制度

施工进洞人员要经过登记，检查。在通风及瓦斯浓度符合情况进洞。瓦检员进洞必须携带自救设备，且必须经现场负责人批准，其他人员严禁入内。

6.5 瓦斯隧洞监测仪器配备制度

专职瓦斯检查员应配备光学瓦斯检测仪，班组长、放炮员、入洞检查的管理人员应配备便携式瓦斯检测仪；>1000m的瓦斯隧洞都必须按规定安装瓦斯自动监测报警断电系统，实行甲烷电闭锁。

采用光学瓦斯检测仪、便携式甲烷检测报警仪和有害气体检测仪等配合使用。

甲烷传感器(也叫瓦斯自动检测报警断电装置)要布置在隧洞上方，垂直悬挂，距离拱顶≤250mm，距侧壁≥200mm。