浅谈瓦斯隧道施工技术

白前昆

（中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆 400000）

0 引言

瓦斯隧道的施工技术性较强，在施工过程中，施工设备的控制和运行都需要控制。随着当前工程建设技术的优化和创新，隧道施工技术也在不断完善。加强瓦斯隧道施工质量，施工人员应科学选择施工工艺，确保施工过程的安全。

1 工程概况

华岩隧道长约4.9km，是重庆市“主城西进”的重要通道，隧道穿越中梁山南矿采空区，为瓦斯隧道（见图1）。中梁山南矿是著名的煤与瓦斯突出矿井，瓦斯气储量为406亿m3。矿井煤层瓦斯压力最大达4.7MPa，煤层瓦斯含量为15.41～19.3m3/t，矿井相对瓦斯涌出量74.61～215.77m3/t，绝对瓦斯涌出量47.67～51.21m3/min，矿井瓦斯等级属煤与瓦斯突出矿井。在进行隧道施工的过程中，需要对瓦斯地段施工技术进行控制。

图1 华岩隧道

瓦斯隧道是指含有低含量瓦斯气体的隧道，在对瓦斯隧道的施工过程中，瓦斯气体对施工人员的身体健康具有一定的威胁性，长时间的施工会造成施工人员瓦斯中毒。另外施工中可能导致瓦斯爆炸与火灾风险，为保障瓦斯隧道施工安全性，需对瓦斯隧道施工技术进行优化。

2 施工中引发瓦斯爆炸的主要原因

瓦斯是从煤和周围岩石中逸出的甲烷、二氧化碳和氮的混合物，它是无色、无味的。瓦斯爆炸有三个主要条件：有一定浓度的瓦斯、高温火源和足够的氧气。首先，瓦斯爆炸有一定的浓度范围和相应的极限。当气体浓度在5%～16%之间时，将发生瓦斯爆炸。浓度为5%是爆炸的下限值。低于这个限度，在明火情况下不会发生爆炸，但在火焰周围会形成燃烧层。在浓度超过16%的情况下，即使失去爆炸特性，也会发生在空气中的燃烧。当气体浓度约为9.5%时，与氧的反应完成，爆炸功率最大；高温火源为气体的点火温度，也是气体点火的最低温度，通常在650～750℃范围内，但也可能因火源性质、混合气体压力等因素而发生变化。当气体与高温火源直接接触时，不会立即爆炸，且感应时间短。充足的氧气是瓦斯爆炸的必要条件之一，氧气浓度超过12%，气体浓度和高温火源符合条件，就会发生爆炸事故。

3 瓦斯隧道施工中各技术要点的分析

3.1 隧道开挖技术要点

（1）为了保证瓦斯隧道施工安全，应当严格按照专项设计方案要求对施工人员进行安全技术交底。

（2）在施工过程中，需要对开挖进尺进行控制，隧道掘进工作面应当保持一定错位，即一个掘进工作面应当超前另外一个掘进工作面，超前距离控制在60m。

（3）在煤系地层采用钻爆开挖时，按照台阶法开挖进行炮眼布置，必须严格按照《煤矿安全规程》的相关规定进行。①严格采用不低于三级的煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管，五段毫秒电雷管总延期时间不得超过130ms；②在穿煤过程中护顶工作要及时，尤其在半断面（上台阶断面）开挖时，要坚持做到短开挖、弱爆破、强支护、抢支护，采用密钻眼、少装药、多分段，衬砌紧跟开挖掌子面，尽量形成封闭环。

（4）在隧道开挖期间，需要实施隧道内的瓦斯含量监测。瓦斯隧道施工过程中有专业人员监测瓦斯数据，还可在隧道内设置自动监测器，监控器可以实时监测瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到设定上限时，检测器会进行预警，以对施工人员进行警示。

（5）由于隧道施工的特殊性，可以在连接左右隧道的连通横道内适当位置处，设置避难硐室、风门等设施。在隧道内每隔一定距离设置测风站，用于测量风速、温度、湿度、CH4、CO2等参数。

3.2 爆破及运输设备作业技术要点

（1）必须采用湿式钻孔，开挖工作面附近20m风流中瓦斯浓度不得大于0.5%.

（2）洞内爆破必须统一指挥，并由经过专业培训且持有爆破操作合格证的专业人员进行作业。爆破作业和爆破器材管理人员必须穿防静电服装；洞内每天放炮次数应有明确规定，装药与放炮时间不得过久。

（3）爆破是以炸药为主要材料，选择炸药时不得超期使用变质炸药，购买炸药须按国家规定标准。为了保证爆破作业的安全，必须控制炸药的用量，在炸药中可以加入消焰剂，以减少明火的发生。为保证爆破时间的控制，必须对感应灵敏度进行控制。

（4）对于炸药、雷管等危险品的存在和运输，各项管理和操作工作的开展，均应以国家有关规定为标准，对此类危险品进行管理。与此同时，在爆破作业中，为了保证其正常运行，必须使用专业技术人员进行爆破作业。

（5）为保证爆破工作的质量，在爆破作业之前，必须按照有关规范对瓦斯浓度进行监控。放炮作业时，应选择母线连接和起爆方式，判断爆破的可行性，当瓦斯浓度超标时，应立即停止爆破。当达到爆破要求并完成爆破工作后，要及时通风，通风30min以上，检查人员方可进入工作面。

（6）爆破人员应提前在爆破现场搭设工作间，并应注意自身着装物品，不得穿戴化纤材料衣物。

（7）运输车辆防爆设备改装依据煤矿行业的《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》（MT/T 989—2006）、《矿用防爆柴油机通用技术》（MT/T 990—2006）以及《爆炸性环境用工业车辆防爆技术通则》（GB 19854—2005）、《爆炸性气体环境用电气设备》（GB 3836）等，对车辆的柴油机动力系统，蓄电池等电气系统进行防爆改装，通过改装，实现消除引火源目的。根据设备的状态以及实际使用环境，为在不影响设备的正常使用的前提下，同时能让设备达到基本的防爆要求。

（8）在隧道内运行的所有运输车辆和所有作业机械除进行防爆改装外，必须设置车载移动分站、车载移动瓦斯传感器和车载移动断电仪。在施工中实现施工设备预警和自动断电、熄火，防止瓦斯爆炸。

3.3 隧道瓦斯抽排放技术要点

隧道施工瓦斯抽放系统可采用移动瓦斯抽放泵和在地面建立固定瓦斯抽放系统，根据华岩隧道实际情况，隧道施工穿越煤层较多，考虑在进口端地面建立一个瓦斯抽放泵站，使抽出的瓦斯直接排出隧道外，站内安设2台高负压瓦斯抽放泵，对进口端左、右两幅隧道的掘进面进行预抽煤层瓦斯，当掘进面前方遇到采空区时，打抽放钻孔对采空区瓦斯进行抽放。若右幅隧道先揭煤，则从瓦斯抽放泵房铺设一趟高负压瓦斯抽放主管至右幅施工隧道的掘进工作面，对右幅隧道进行抽放。左幅隧道需抽放时，再将抽放管路经左右幅隧道横通道铺设至左幅隧道掘进工作面抽放点。同理，若左幅隧道先行抽放，则将管路铺设于左幅隧道，右幅隧道需抽放时再从左幅抽放管路铺设至右幅隧道瓦斯抽放点。

3.4 初支与二衬施工技术要点

初期支护：瓦斯隧道施工过程中，需按瓦斯浓度划分工段，不同工段采用不同的保护措施。一般说来，瓦斯工段分为三个等级，主要是按国家规定的标准进行的，其中一、二级工段要求进行复合衬砌，同时根据施工环境对二衬进行设计。

二次衬砌施工：为了保证气体的阻隔和防止气体的泄漏，在二次衬砌设计时，应选用气密性混凝土作为二次衬砌设计。二次衬砌采用专业的防瓦斯设计，其设计理念非常科学，值得注意的是，在瓦斯施工高度相对较高的地段，二次衬砌施工应保证拱、墙、仰拱初支之间的完全闭合，以对瓦斯气体进行隔离。当隧道施工段距离较远时，应考虑衬砌降压管的设计。

3.5 防明火措施

（1）静电防护措施。由于人体易携带静电，在施工瓦斯隧道时，施工人员不允许穿戴任何化纤材料的衣物进入工作环境。对于可产生静电的工具机，需要进行接地处理，以保证隧道施工环境的静电防护，杜绝因静电而造成的危险事故。

（2）明确操作规范。在隧道建设过程中，施工机具与岩石的碰撞会产生火花，这类现象虽不常见，但仍需预防。在施工过程中，要禁止明火，此类工作规范应以瓦斯隧道施工规章的形式体现出来，以保证施工人员对此类防火措施的了解。

（3）管理防范措施。在隧道施工过程中，要对隧道施工进行监督和监督，减少材料的堆积，不断检查和管理隧道施工中的细节，通过瓦斯监控器（见图2）进行实时数据监控，同时通过消防设施配备和风险应急方案的制定，防止发生危险事件，从而保证在出现危险时，及时开展应急反应工作。

图2 瓦斯监控器

4 结语

综上，瓦斯隧道施工虽然危险性较大，但只要掌握瓦斯爆炸的原因、要求和爆破技术，就能有效地防止瓦斯爆炸，充分保证瓦斯隧道的施工安全。