四川攀大高速公路开发有限责任公司 四川 攀枝花 617000
摘要：针对攀枝花至大理高速公路宝鼎2号隧道地质情况复杂，瓦斯突出风险高。本文就隧道过煤层揭煤施工方案进行了分析，在结合煤矿行业“四位一体”防突技术的基础上，制定了宝鼎2号隧道揭煤施工方案。
关键词：隧道；煤层；瓦斯；揭煤施工
1 工程概况
攀枝花至大理高速公路宝鼎2号隧道位于四川省攀枝花市境内，该隧道为双向分离式越岭隧道，右洞进口里程K14+560，出口里程K23+332，全长8772m，最大埋深640米。隧道穿越场区含煤地层即三叠系上统大荞地组及大箐组，地质结构复杂，褶皱、断层发育，围岩以IV、V级为主。隧道穿越段煤层有72层，主要可开采煤层有16层，为瓦斯突出特长隧道，其中瓦斯突出工区1260m，高瓦斯工区4380m，低瓦斯工区3132，是全线重难点控制性工程。隧道进口端右线掘进至K14+680里程，揭穿洞口段煤层5层，进入设计高瓦斯工区80m，洞内出现瓦斯，根据现场瓦斯自动监测和人工检测结果，进口端掌子面炮后瓦斯浓度最大值为0.08%。
2 分析隧道过煤层揭煤施工方案
目前国内尚未制订专门针对公路瓦斯隧道瓦斯防治方面的相关标准、规范，铁路部门制订的《铁路瓦斯隧道技术规定》时间距今又较长。而煤矿行业《防治煤与瓦斯突出规定》明确了防治煤与瓦斯突出的基该流程和要求，并根据国家现行安全方针不断完善和修订。但宝鼎2号隧道开挖断面远大于煤矿巷道，并且还受高地应力、采空区、背斜、断层及背斜核部三叠系大荞地组突出煤层控制，同时根据该隧道周边邻近矿井调研，该区域桐麻湾煤矿曾经发生过煤与瓦斯突出，且突出煤层倾角大，发生突出埋深小，最小仅为192m。所以该隧道更易发生突出，危险性极大。因此在揭煤施工方案制订上不仅要严于《防治煤与瓦斯突出规定》相关要求，还应考虑到复杂地质、开挖断面及工法等情况。
2.1 总体施工方案
（1）根据该隧道设计文件及岩（煤）层实际，采用Flac3D软件进行建模分析，得出隧道开挖掌子面与前方待揭煤层的最小垂距即安全岩柱厚度为9.4m，安全考虑，安全岩柱厚度定为10.0m。
（2）从开挖工作面距煤层最小法向距离10m开始至工作面穿过煤层进入底板最小法向距离2m均为揭煤施工过程，开挖工法采用上下台阶法。瓦斯突出危险性预测采用瓦斯压力、瓦斯含量、钻屑瓦斯解吸指标综合判定，指标临界值按《防治煤与瓦斯突出规定》取值。区域防突措施采用预抽瓦斯，局部防突措施采用排放瓦斯。
（3）揭煤防突流程：采用综合超前地质预报，初步掌握煤层位置及地质构造分布情况，待上台阶工作面施工至距煤层法距20m，对煤层实施定位。对探测到厚度大于0.3m以上的煤层，在上台阶工作面距煤层法距10m、5m及2m时，实施 “四位一体”综合防突措施。待上台阶实施完毕综合防突措施并校检无突出危险性后，采取加强通风、瓦斯监测、金属骨架、远距离爆破等安全防护措施揭穿煤层。
2.2 超前地质预报
为了探明掌子面前方煤层、采空区、断层、富水带、构造破碎带等不良地质，预测隧道过煤层段围岩及水文地质情况，初步掌握煤层位置及地质构造分布，为下步揭煤施工提供基础资料。该隧道采用综合超前地质预报，主要流程如下：
（1）地质调查分析法：隧道开挖爆破后立即进行地质调查并进行地质素描，一般地段10m记录一次，地质条件发生变化时，增加素描。
（2）长距离预报：利用地震波设备每隔100m左右探测一次，粗略掌握掌子面前方不良地质分部情况。
（3）中距离预报：在地震波探测的基础上，采用中距离超前φ108取芯钻孔，验证远距离预报的结果。（钻孔每30m一循环，每环设1个超前钻孔，孔长50m）
（4）短距离预报：在采用地震波探测及中距离超前钻孔预报的基础上，采用地质雷达或瞬变电磁仪探测，进一步验证长、中距离预报的结果。（每30m一循环）
（5）在长、中、短距离预报的基础上，对预报异常带采用超前φ108取芯钻孔予以验证。（每25m一循环，每环设3个超前钻孔，孔长30m，异常带为煤层时需对煤层进行定位）
（6）根据物探和钻探结果，并结合前期地勘成果及地质调查资料，综合判定不良地质体的范围与程度。
2.3 煤层定位
煤层定位采用中、短距离超前钻孔定位，即超前地质预报?、⑤步，先设中距离超前钻孔1个（取芯），孔长50m，初步探测煤层位置。再施作短距离超前钻探1号孔，进一步验证中距离探测煤层位置；在距初探煤层20m处隧道上台阶施作钻探2～3号孔（煤层定位孔），并取岩（煤）芯，验证煤层的具体位置、厚度、产状等，测定瓦斯含量、压力、涌出量，并根据钻探资料修正煤层的平面数据。φ108超前钻孔应穿过煤层并进入岩层不小于0.5m，煤层定位孔布置如图2所示。
抽采钻孔施工过程中注意观察瓦斯动力现象，当某孔施工中动力现象严重，可暂停该孔施工，待其他孔施工完后再补打钻孔。每施工完一个抽放钻孔，应及时接入抽采管路。抽采孔口负压不得低于13kpa，卸压瓦斯抽采孔口不得低于5kpa。抽采孔进行施工时，隧道施工停止，抽采30天后，施作效果检验孔，当无突出危险后，方可进行下一步施工。当仍有危险时，应延长抽采时间或增加抽采钻孔等补救措施。
（3）区域防突措施效果检验
区域防突措施实施后，在上台阶施作9个效果检验孔，进行区域防突措施效果检验，检验指标采用残余瓦斯含量或者钻屑瓦斯解吸指标K1值。钻屑指标法预测隧道揭煤工作面突出危险性的临界值如表2所示，区域防突效果检验钻孔布置如图5所示。
若检验结果的各项指标都在突出危险临界值以下，则认为措施有效；反之，认为措施无效，必须采取补充防突措施，在上台阶补充施工排放钻孔。实施补充防突措施后，需再次进行效果检验，直至措施有效，方可继续掘进至距煤层5m法距位置。
2.5 局部综合防突措施
（1）工作面预测（区域验证）
在煤层区域预测无突出危险或采取区域防突措施经效果检验有效后，在隧道上台阶掘进至距煤层法距5m位置，施工5个穿透待揭煤层钻孔，测定钻屑瓦斯解吸指标K1值，对煤层进行工作面突出危险性预测。工作面预测钻孔布置如图6所示。
（3）工作面措施效果检验
在工作面防突措施后实施后，在上台阶施作5个效果检验孔，进行工作面防突效果检验，效果检验指标采用钻屑瓦斯解吸指标K1值，若检验超标，补充排放钻孔；检验不超标，方可掘进至距煤层2m法距位置。工作面防突效果检验钻孔布置如图8所示。
（5）过煤门瓦斯释放措施
上台阶开挖揭露煤层后，过煤门开挖作业期间，根据实际参数测定情况可沿煤层施工顺层排放钻孔若干，使煤体内瓦斯得到进一步释放。过煤门瓦斯释放钻孔布置图如图10所示。
3 安全防护措施
为保证揭煤施工安全，在采取防突预测及防突措施外，该隧道在揭穿煤层的整个施工阶段，都必须采用安全防护措施，主要有：
3.1 金属骨架
工作面防突效果检验无突出风险后，隧道上台阶采用Φ89超前管棚与型钢钢架形成金属骨架，以增强过煤段煤层和围岩的稳定性，避免高冒诱发煤与瓦斯突出。
3.2 远距离爆破
该隧道在揭煤施工过程中均应采取远距离爆破，并使用煤矿许用电雷管和安全等级三级或以上煤矿许用炸药。远距离爆破时，均要求洞内停工、停电，全部人员和机械设备撤出，在隧道洞外采用电力起爆。
3.3 加强通风
该隧道第一个车行横通道贯通前采用压入式通风，当第一个车行横通道贯通后采用巷道式通风，开挖面通风均采用双风机双电源。成立专职通风班组，建立通风监测制度，实行24小时不间断供风。揭煤施工过程，风机均设为高速档，满足通风风速≥1.0m/s，提供洞内每人不少于4m3/min的新鲜空气。
3.4 加强瓦斯监测
隧道瓦斯监测以人工监测为主，自动监测为辅。人工监测采用专职瓦检员配置便携式瓦检仪对洞内24小时巡逻监测。自动监测采用安全监控系统对洞内甲烷、硫化氢等气体及风速进行实时监测。揭煤施工过程，加强瓦斯监测，专职瓦检员不得离开掌子面，对掌子面进行随时监测，发现异常及时报告；爆破作业后通风不少于30min，炮烟吹散后，由专职瓦检员携带防毒面具及自救器对掌子面、台车顶等进行瓦斯浓度检测，瓦斯浓度均小于0.5%，方可通知施工负责人，允许施工人员进洞。
3.5 避难硐室
参照《煤矿井下避难所试点建设基该要求（试行）》要求，利用横通道进行避难硐室专项设计。避难硐室必须安设向外开启且封闭严密的隔离门，硐室内支护良好，并设有与洞外值班室联系的直通电话及供给新鲜空气的设施，并配备足量饮用水。
3.6 逃生管道
为了预防隧道在开挖或揭煤过程中出现塌方而危及施工人员人身安全，隧道在Ⅳ、Ⅴ级及以上围岩地段及揭煤段掌子面设置逃生管道。逃生通道管材应采用φ600mm~φ800mm的承插钢管，从衬砌工作面布置至距离开挖工作面20m以内的适当位置。承插钢管纵向连接可采用链条等措施，防止坍塌时将钢管冲脱。
3.7 个体防护
进入隧道所有人员（包括作业、技术、管理及检查等人员）必须随身携带经检验合格的隔离式化学养自救器和人员定位识别卡。
4 结束语
宝鼎2号隧道高瓦斯、瓦斯突出工区长、穿越煤层多，地质情况复杂，突出风险高。施工单位通过采取 “四位一体”综合防突措施，并在金属骨架、远距离爆破等安全防护下，已完成瓦斯突出工区掘进420m，高瓦斯工区掘进1350m，揭煤20层，保证了隧道施工安全顺利进行，为类似隧道揭煤防突施工提供参考。
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论文作者:贺昌达1,雷宇2,黎伟3
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/2/28
标签：煤层论文; 瓦斯论文; 隧道论文; 钻孔论文; 工作面论文; 措施论文; 地质论文; 《防护工程》2017年第30期论文;