安六城際鐵路巖腳隧道

煤與瓦斯突出防治技術(shù)方案貴州省礦山安全科學(xué)研究院二0一六年九月一、項(xiàng)目概況安六（安順至六盤水）城際鐵路全長約99km，由安順西站引出，經(jīng)安順開發(fā)區(qū)、普定、六枝、鐘山和水城5個(gè)區(qū)（縣），引入六盤水鐵路樞紐，設(shè)有黃桶北、六枝南、長箐站、冷壩和六盤水東5個(gè)新建車站，設(shè)計(jì)時(shí)速250km。巖腳隧道位于六枝特區(qū)大用鎮(zhèn)，貫穿六枝工礦（集團(tuán)）六枝特區(qū)大用鎮(zhèn)化處煤礦岱港井田（北一采區(qū)），位置在F126斷層至北4-1勘探線之間，基本與株六復(fù)線平行穿過。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，巖腳隧道施工過程中將在DK30+840、DK30+920、DK31+030、DK31+190處遇到4層煤，煤層編號(hào)分別為9#、7#、3#、1#。巖腳隧道所處的區(qū)域位于國家劃定的煤與瓦斯突出礦區(qū)—六枝礦區(qū)范圍內(nèi)，與六枝工礦集團(tuán)化處煤礦、竹林煤礦屬同一含煤構(gòu)造單元，從化處煤礦多年的生產(chǎn)實(shí)際情況來看，該礦主采7#煤層,經(jīng)測(cè)試,7#煤層的瓦斯含量為18.78m3/t?22.4m3/t,最大瓦斯壓力1.97MPa，為突出煤層，曾發(fā)生過82次突出。因此，巖腳隧道所穿過的4層煤層均直接按突出煤層考慮。二、煤層及瓦斯情況（1）煤層特征巖腳隧道穿煤層段含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l），一般含煤4層，分別為9#、7#、3#、1#。根據(jù)鉆探資料，9#煤層厚度0.45m，煤層傾角為26°，與7#煤層間距36.13m；7#煤層厚度10.86m，煤層傾角為16°，與3#煤層間距28.70m；3#煤層厚度0.45m，煤層傾角為30°，與1#煤層間距46.32m；1#煤層厚度0.28m，煤層傾角為24°。（2）地質(zhì)構(gòu)造貴州由于受成煤環(huán)境和大地構(gòu)造的雙重影響，含煤地層的地質(zhì)構(gòu)造一般較為發(fā)育，雖巖腳隧道的勘探資料未揭示地質(zhì)構(gòu)造，但從六枝礦區(qū)范圍內(nèi)的各煤礦生產(chǎn)實(shí)際情況來看，地質(zhì)構(gòu)造一般較多，特別是小的斷層較為發(fā)育，斷層附近瓦斯含量高、壓力大，對(duì)煤與瓦斯突出防治極為不利。（3）瓦斯巖腳隧道地質(zhì)資料較為缺乏，沒有鉆孔瓦斯資料，瓦斯資料參照鄰近的化處煤礦、竹林煤礦。經(jīng)測(cè)試，化處煤礦7#煤層瓦斯壓力0.84?1.97MPa,瓦斯含量18.78m3/t?22.4m3/t，透氣性系數(shù)0.32?0.76m2/MPa2?d，鉆孔流量衰減系數(shù)0.056?0.816d-1，煤的堅(jiān)固性系數(shù)0.11；竹林煤礦7#煤層的瓦斯含量15.03m3/t,—水平7#煤層瓦斯壓力為1.89MPa，透氣性系數(shù)為50X10-4m2/MPa2?d。（4）隧道瓦斯突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)根據(jù)化處煤礦實(shí)測(cè)的煤層瓦斯壓力：Pmax=1.97MPa>0.74Mpa,巖腳隧道過煤系地層段有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。三、防突技術(shù)方案（一）防突專項(xiàng)設(shè)計(jì)巖腳隧道由煤系地層的底板進(jìn)入施工,依次穿過9#、7#、3#、1#煤層,由于各煤層瓦斯參數(shù)及賦存特征不詳,加之鐵路隧道開挖斷面較大,對(duì)周圍巖體及煤層擾動(dòng)大,在煤層傾角較大的地段,支護(hù)不及時(shí)極易發(fā)生傾出或突出事故。因此,在隧道施工的過程中,必須嚴(yán)格按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》、《煤礦安全規(guī)程》（2016版）等有關(guān)規(guī)程規(guī)范執(zhí)行,制定切實(shí)可行的安全技術(shù)措施,編制揭煤防突專項(xiàng)設(shè)計(jì)。1、 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及超前地質(zhì)鉆探（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查：我院工程技術(shù)人員收集周邊煤礦的地質(zhì)資料,確定超前地質(zhì)預(yù)報(bào)點(diǎn)的位置,并指導(dǎo)施工單位布置超前鉆探鉆孔的數(shù)量及參數(shù),地質(zhì)條件較好時(shí),布置3個(gè)超前鉆孔探明工作面前方的地質(zhì)構(gòu)造、煤層及瓦斯賦存情況（地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí),布置5個(gè)超前鉆孔）。（2）物探措施：我院使用瑞利波探測(cè)儀探明工作面前方50m以內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造變化情況,并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。2、 區(qū)域綜合防突措施由于巖腳隧道所揭煤層按具有突出危險(xiǎn)性設(shè)計(jì),所以均必須采取“四位一體”的區(qū)域綜合防突措施和局部綜合防突措施,并在揭煤過程中堅(jiān)持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補(bǔ)充的原則。（1）區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作探明工作面前方煤層具體層數(shù)、厚度、產(chǎn)狀等參數(shù)及與隧道的關(guān)系后，隧道掘進(jìn)至距煤層最小法向距離10m時(shí)（地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)最小法向距離15m）,對(duì)揭穿煤層進(jìn)行區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。區(qū)域預(yù)測(cè)指標(biāo)和臨界值根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，可采用煤層瓦斯壓力和煤層瓦斯含量指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)指標(biāo)的臨界值一般應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)考察確定，目前由于無實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，參照表1的臨界值進(jìn)行區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。表1巖腳隧道區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)參考臨界值煤層瓦斯參數(shù)突出危險(xiǎn)性瓦斯壓力（Ma）瓦斯含量（m3t）>0.74MPa>8有突出危險(xiǎn)V0.74MPa<8無突出危險(xiǎn)由于所揭煤層部分厚度較薄（9#、3#、1#），實(shí)際施工時(shí)可能無法滿足測(cè)定煤層瓦斯含量的條件，區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)指標(biāo)以瓦斯壓力測(cè)定為主。現(xiàn)場(chǎng)如果具備測(cè)定瓦斯含量條件，則同時(shí)測(cè)定瓦斯壓力和瓦斯含量；若不具備測(cè)定瓦斯含量條件，則在測(cè)定瓦斯壓力的同時(shí)，采用K1值或血2作為輔助指標(biāo)。區(qū)域預(yù)測(cè)方法根據(jù)探煤結(jié)果，隧道掘進(jìn)至距煤層最小垂距10m時(shí)（地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)最小法向距離15m）,施工3個(gè)測(cè)壓鉆孔（地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，布置5個(gè)測(cè)壓鉆孔），直接測(cè)定煤層瓦斯壓力。為準(zhǔn)確得到煤層原始瓦斯壓力值，測(cè)壓孔應(yīng)布置在巖層比較完整的地方，并采用水泥砂漿封孔，封孔長度8?12m。若測(cè)定的隧道揭煤工作面煤層瓦斯壓力或瓦斯含量超過臨界值，則工作面具有突出危險(xiǎn)。若測(cè)定的隧道揭煤工作面煤層瓦斯壓力和瓦斯含量小于臨界值，當(dāng)隧道掘進(jìn)至煤層最小法距5m時(shí)，還須再施工鉆孔對(duì)隧道揭煤工作面進(jìn)行突出危險(xiǎn)性驗(yàn)證。鉆孔施工過程中出現(xiàn)頂鉆、夾鉆、噴孔等動(dòng)力現(xiàn)象時(shí)，該掘進(jìn)工作面視為有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。（2）區(qū)域防突措施根據(jù)化處煤礦多年的生產(chǎn)實(shí)際情況，預(yù)計(jì)該隧道揭煤區(qū)域圍巖較差，特別是7#煤層，煤層厚度較大，且煤質(zhì)較松軟，化處煤礦發(fā)生多次突出事故，所以區(qū)域防突措施設(shè)計(jì)采用預(yù)抽煤層瓦斯。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，區(qū)域防突措施的采取在揭煤工作面距煤層的最小法向距離7m以前實(shí)施（在構(gòu)造破壞帶按10m）。考慮鐵路隧道開挖斷面大，9#、3#、1#煤層為傾斜煤層，預(yù)抽的控制范圍為巷道輪廓線外上幫25m，下幫15m；7#煤層為緩傾斜煤層，預(yù)抽的控制范圍為巷道輪廓線外20m。當(dāng)鉆孔不能一次穿透煤層全厚時(shí)，應(yīng)保持最小超前距15m。施工完一個(gè)抽采鉆孔，應(yīng)立即聯(lián)管抽采，封孔段長度不得小于10m。施工過程中注意觀察瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，當(dāng)某孔施工過程中出現(xiàn)瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象（頂鉆、夾鉆、噴孔等），應(yīng)馬上停止施工，并上報(bào)。瓦斯抽采鉆孔終孔間距應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)定的煤層瓦斯抽采半徑來確定，目前隧道無實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，參照化處煤礦的預(yù)抽瓦斯經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)瓦斯抽采鉆孔終孔間距5m。隧道實(shí)際施工過程中，應(yīng)對(duì)瓦斯抽放效果進(jìn)行考察，若抽放效果不理想，則再考慮加密鉆孔或增加抽放時(shí)間，若抽放效果較好，在下一區(qū)段施工抽放鉆孔時(shí)還可增大終孔間距。根據(jù)鐵路隧道斷面情況、目前的煤層厚度及瓦斯參數(shù)，設(shè)計(jì)暫采用移動(dòng)瓦斯泵預(yù)抽揭煤區(qū)域的瓦斯。（3） 區(qū)域措施效果檢驗(yàn)采取區(qū)域防突措施后，在工作面迎頭打5個(gè)鉆孔（上下左右和中部各一個(gè)），測(cè)定煤層殘余瓦斯壓力或殘余瓦斯含量。為了掌握控制范圍邊緣的抽采效果，5個(gè)檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)必須有1個(gè)位于鉆孔控制范圍靠邊緣部位，即位于邊緣線內(nèi)側(cè)0~2m的范圍。當(dāng)測(cè)定的煤層殘余瓦斯壓力小于0.74MPa或殘余瓦斯含量小于8m3/t時(shí)，區(qū)域防突措施有效；若測(cè)定的殘余煤層瓦斯壓力大于0.74MPa或殘余瓦斯含量大于8m3/t，則繼續(xù)對(duì)所揭煤層進(jìn)行抽采，直到煤層瓦斯壓力降到0.74MPa或瓦斯含量降到8m3/t以下。（4） 區(qū)域驗(yàn)證當(dāng)隧道揭煤區(qū)域經(jīng)區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)為無突出危險(xiǎn)區(qū)，或區(qū)域防突措施經(jīng)效果檢驗(yàn)有效的無突出危險(xiǎn)區(qū)，在掘進(jìn)過程還須進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證。區(qū)域驗(yàn)證均采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法進(jìn)行。區(qū)域驗(yàn)證時(shí)按照下列要求進(jìn)行：隧道揭煤前最后進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證的位置，距煤層最小法向距離不得小于2m；在工作面進(jìn)入無突出危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，立即連續(xù)進(jìn)行至少兩次區(qū)域驗(yàn)證；工作面每推進(jìn)10m至少進(jìn)行兩次區(qū)域驗(yàn)證；在構(gòu)造破壞帶連續(xù)進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證；隧道在揭露首層煤層后,至少打1個(gè)超前距不小于10m的超前鉆孔或者采取超前物探措施，探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造和觀察突出預(yù)兆。當(dāng)驗(yàn)證為無突出危險(xiǎn)時(shí)，采取安全防護(hù)措施后進(jìn)行掘進(jìn)。驗(yàn)證的過程中，只要有一次區(qū)域驗(yàn)證為有突出危險(xiǎn)或超前鉆孔等發(fā)現(xiàn)了突出預(yù)兆，則該區(qū)域以后的采掘作業(yè)均應(yīng)當(dāng)執(zhí)行局部綜合防突措施。3、局部綜合防突措施技術(shù)方案（1）工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)經(jīng)區(qū)域驗(yàn)證無突出危險(xiǎn)后，掘進(jìn)至距煤層法向距離2m時(shí)，應(yīng)進(jìn)行局部突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)指標(biāo)采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法。鉆孔鉆進(jìn)煤層時(shí)，采集鉆孔煤樣，利用1?3mm的篩子篩分鉆屑，用MD-2鉆屑瓦斯解析儀或WTC鉆屑瓦斯突出參數(shù)儀測(cè)定其瓦斯解吸指標(biāo)Ah2和K1值，填寫局部預(yù)測(cè)記錄表，按照表2中的臨界值預(yù)測(cè)突出危險(xiǎn)性。表2隧道揭煤工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)臨界指標(biāo)值A(chǔ)h血）K1(mL/(g?mmi/2))突出危險(xiǎn)性干煤＞200濕煤＞160干煤＞0.50濕煤＞0.40有突出危險(xiǎn)工作面干煤V200濕煤＜160干煤V0.50濕煤V0.40無突出危險(xiǎn)工作面當(dāng)任一指標(biāo)超過臨界值時(shí)，則為具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。當(dāng)預(yù)測(cè)為無突出危險(xiǎn)時(shí)，可以采取遠(yuǎn)距離放炮等安全防護(hù)措施揭開煤層；當(dāng)預(yù)測(cè)為有突出危險(xiǎn)時(shí)，則應(yīng)及時(shí)采取工作面防突措施。鉆孔施工過程中出現(xiàn)頂鉆、夾鉆、噴孔等動(dòng)力現(xiàn)象時(shí)，該掘進(jìn)工作面視為有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。（2） 工作面防突措施當(dāng)工作面預(yù)測(cè)有突出危險(xiǎn)性時(shí)，在揭煤前制定包括技術(shù)、組織、安全、通風(fēng)、搶險(xiǎn)、救護(hù)等措施。工作面防突措施主要為瓦斯排放，根據(jù)化處煤礦的經(jīng)驗(yàn)，鉆孔的最小控制范圍為輪廓線外至少5m,下部至少3m,前方控制水平投影長度不小于10m，排放鉆孔間距為2m。（3） 工作面措施效果檢驗(yàn)排放鉆孔施工完畢后，排放時(shí)間不小于16小時(shí)，之后采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法進(jìn)行防突效果檢驗(yàn)。檢驗(yàn)指標(biāo)及臨界值與工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)相同。檢驗(yàn)鉆孔不少于5個(gè)，分別位于巷道上中下部和兩側(cè)，并布置于排放孔之間，其終孔位置應(yīng)位于排放孔控制邊緣線上。若檢驗(yàn)結(jié)果的各項(xiàng)指標(biāo)都在臨界值以下，且未發(fā)現(xiàn)其他異常情況，則措施有效。在經(jīng)工作面預(yù)測(cè)或措施效果檢驗(yàn)為無突出危險(xiǎn)工作面時(shí)，可掘進(jìn)至遠(yuǎn)距離爆破揭穿煤層前的工作面位置，采用工作面預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行最后驗(yàn)證。若經(jīng)驗(yàn)證仍為無突出危險(xiǎn)工作面時(shí)，則在采取安全防護(hù)措施的條件下采用遠(yuǎn)距離爆破揭穿煤層（最小法向距離是：急傾斜煤層2m，其他煤層1.5m。如果巖石松軟、破碎，還應(yīng)適當(dāng)增加法向距離）。否則，必須補(bǔ)充工作面防突措施。當(dāng)工作面措施效果檢驗(yàn)為突出危險(xiǎn)工作面時(shí)，必須補(bǔ)充工作面防突措施，直到經(jīng)措施效果檢驗(yàn)為無突出危險(xiǎn)工作面。（4）安全防護(hù)措施在采取區(qū)域和局部綜合防突措施后，為防止出現(xiàn)因預(yù)測(cè)失誤或防突措施失效發(fā)生煤與瓦斯突出事故，在隧道掘工作面作業(yè)前，還必須采取安全防護(hù)措施。根據(jù)巖腳隧道的實(shí)際情況，安全防護(hù)措施主要采取以下三種。遠(yuǎn)距離爆破經(jīng)工作面措施效果檢驗(yàn)有效后，采用遠(yuǎn)距離放炮揭穿煤層。遠(yuǎn)距離放炮措施應(yīng)符合以下要求：a、 放炮前必須制定專項(xiàng)措施，包括停電、撤人和警戒范圍等內(nèi)容。b、 爆破作業(yè)必須使用安全等級(jí)三級(jí)或三級(jí)以上的煤礦許用炸藥和煤礦許用電雷管，嚴(yán)禁使用秒或半秒級(jí)電雷管；c、 放炮地點(diǎn)應(yīng)在隧道外，隧道內(nèi)必須停電、撤人，人員撤至隧道口50m外；d、 爆破通風(fēng)30min后，由瓦檢人員檢測(cè)開挖工作面、回風(fēng)道瓦斯?jié)舛龋?dāng)開挖工作面瓦斯?jié)舛刃∮?.0%，二氧化碳濃度小于1.5％時(shí)，方可通知工地負(fù)責(zé)人允許施工人員進(jìn)隧道；e、 揭煤工作應(yīng)由揭煤領(lǐng)導(dǎo)小組統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮，礦山救護(hù)隊(duì)值班；f、 揭煤時(shí)，主風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，備用風(fēng)機(jī)應(yīng)保持待啟動(dòng)狀態(tài)。壓風(fēng)自救系統(tǒng)a、在隧道內(nèi)的壓縮空氣管道上設(shè)置壓風(fēng)自救裝置安裝，安裝見圖1；圖1壓風(fēng)自救系統(tǒng)安裝示意圖b、 壓風(fēng)自救系統(tǒng)安設(shè)距隧道工作面40m范圍內(nèi)及隧道內(nèi)每隔50m設(shè)置一組；c、 每組壓風(fēng)自救系統(tǒng)可供5人使用，壓縮空氣供給量，每人不得少于4m3/min；d、 壓風(fēng)自救系統(tǒng)必須派專人維護(hù)，確保設(shè)備完好、風(fēng)量足夠，且要求24小時(shí)隨時(shí)可以使用。個(gè)體防護(hù)進(jìn)入該掘進(jìn)工作面的所有人員必須戴安全帽、隨身攜帶自救器和礦燈，嚴(yán)禁攜帶煙草和點(diǎn)火用品，嚴(yán)禁穿化纖衣服，入井前嚴(yán)禁喝酒。施工單位必須建立入井檢身制度和出入井人員清點(diǎn)制度。4、通風(fēng)能力驗(yàn)證及設(shè)備防爆改裝我院根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯涌出量，對(duì)隧道通風(fēng)能力進(jìn)行驗(yàn)證，提出通風(fēng)機(jī)的型號(hào)、參數(shù)及安裝地點(diǎn)。同時(shí)，我院提出現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行改裝和添設(shè)的防爆機(jī)電設(shè)備清冊(cè)。若需進(jìn)行改裝，則提出需要增加的費(fèi)用。（二）現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)我院將長期派出1名高級(jí)工程師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤技術(shù)服務(wù)，特殊情況下可派出2?3名人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)瓦斯測(cè)試測(cè)試工作。現(xiàn)場(chǎng)擬開展的技術(shù)服務(wù)工作內(nèi)容如下：收集地質(zhì)資料，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，指導(dǎo)施工單位落實(shí)兩個(gè)“四位一體”的綜合防突措施。進(jìn)行地面調(diào)查，收集鄰近生產(chǎn)煤礦的瓦斯地質(zhì)資料，并與該隧道的地質(zhì)資料進(jìn)行對(duì)比分析。使用瑞利波探測(cè)工作面前方50m內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造變化情況，并提出區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的地點(diǎn)和方案。取樣測(cè)試各煤層的瓦斯賦存參數(shù)，并進(jìn)行區(qū)域和局部突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)工作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的瓦斯參數(shù)，編制施工防突專項(xiàng)設(shè)計(jì)。當(dāng)煤層透氣性較差，預(yù)抽煤層瓦斯效果不好時(shí)，耽誤項(xiàng)目工期時(shí)，協(xié)助施工單位制定煤層增透方案（特別是7#煤層）。對(duì)施工單位的人員進(jìn)行煤與瓦斯突出防治知識(shí)培訓(xùn)，讓其掌握突出預(yù)兆。協(xié)助施工單位做好隧道揭煤期間的“一通三防”管理工作及對(duì)機(jī)電設(shè)備的防爆改裝工作。四、重點(diǎn)及難點(diǎn)1、 現(xiàn)場(chǎng)方案的指導(dǎo)性不強(qiáng)雖施工單位編制有《巖腳隧道進(jìn)口高瓦斯隧道工區(qū)專項(xiàng)施工方案》，但由于未從事過煤礦井下巷道施工，對(duì)煤與瓦斯突出防治認(rèn)識(shí)程度不夠，導(dǎo)致方案的指導(dǎo)性不強(qiáng)。2、 很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)由于施工單位長期從事沒有瓦斯的隧道施工或露天施工作業(yè)，因此，煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)的裝備滿足不了現(xiàn)場(chǎng)施工需要（或者沒有配備裝備），短時(shí)間很