复杂地质条件 高瓦斯隧道施工工法

1.前言

1.1工程概况

重庆市肖家坡隧道,左线起讫桩号为ZK51 386ZK54 105,全长2719米,右线起讫桩号分别为YK51 400YK54 130,全长2730米。隧道最大埋深约460m。隧道穿越地层主要为志留系上统罗惹坪群第二段、第一段和志留系上统龙马溪群第二段,以粉砂岩、页岩、砂质页岩互层、水云母页岩为主。设计为无瓦斯隧道。

1.2工法形成经过

200612月,肖家坡隧道右线首次在YK53 690处测得瓦斯浓度为0.35%。从128日到12月,在每次掘进放炮后,均对隧道右线内瓦斯进行测定,这期间测得掘进工作面附近瓦斯浓度维持在0.260.36%之间,肖家坡隧道右线YK53 622位置的最大绝对瓦斯涌出量为4.69m3/min。随后于2007919日在肖家坡隧道出口左线ZK53034处掘进工作面左侧离地3m处钻孔附近的出现不明气体,现场对瓦斯浓度进行了测定,孔口瓦斯浓度8.2%、拱顶0.16%、下部0.120.13%。根据已开挖进隧道实际瓦斯涌出情况和对未开挖段隧道瓦斯涌出量的分析,将肖家坡隧道定为高瓦斯隧道。在高瓦斯隧道施工中,如何有效的预防和采取必要的措施,防止瓦斯安全生产事故的发生,我们经过反复研究,从超前地质预报、钻爆、出渣及运输、支护、衬砌、防排水、风水电等各道工序上针对瓦斯的特性,经过对肖家坡高瓦斯隧道施工的工程实践,经总结形成了本工法。

2.工法特点

1、超前预报与地质工作相结合,提前探明瓦斯成因及规模,进行瓦斯突出性预测,采取防治瓦斯突出的措施,有效降低开挖爆破时瓦斯安全生产事故风险。

2、控制隧道内及工作面的瓦斯浓度是防止瓦斯爆炸的关键。通过瓦斯检测预警系统与合理的通风设计,在施工中的每个环节都必须保证有强大的通风量与风速,将瓦斯浓度控制在0.5以下,有效地降低隧道内的瓦斯浓度,确保施工安全。

3、采用新型防水板、气密性混凝土、水玻璃、水气分离装置、防爆机械等新材料新设备保证施工和营运期间的安全。

4、隧道开挖后及早地对围岩(含掌子面)进行封闭支护,以及采取径向预注浆措施可以防止围岩中的释压节理、岩层层理或者构造结构面在开挖松驰后相互贯通,切断瓦斯的运移通道,避免了瓦斯灾害的突涌。

5、健全有效的安全管理制度是高瓦斯隧道施工的重要制度保障。

3.适用范围

适用于穿越地层中赋存有石油和油气共生地段以及浅层地表天然气贯通等外源性高瓦斯隧道施工。

4.工艺原理

针对外源性高瓦斯隧道施工特点,采取超前预报与地质工作相结合,提前探明瓦斯成因及规模,进行瓦斯突出性预测,采用光干涉甲烷检定仪、便携式甲烷检测报警仪、瓦斯自动监控系统对瓦斯实时检测监控。工前教育培训,每道工序全部采用防爆型,严禁火源进入隧道,采取径向注浆切断瓦斯的运移通道,开挖后及时采用气密性混凝土进行支护和衬砌,这些措施有效地规避了高瓦斯隧道突涌灾害的风险,避免了人员伤亡和财产损失,确保了施工和运营的安全。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1高瓦斯隧道施工工艺流程

5.1-1瓦斯隧道施工工艺流程图

5.2高瓦斯隧道施工工法操作要点

5.2.1超前地质钻孔

为准确判断前方地质情况和瓦斯浓度,对隧道施行5个连续的超前探孔。钻孔采用ZK-150地质钻机,配有φ75φ89两种钻头,通过取芯可准确判断掌子面的地质情况。通过测定钻孔内瓦斯浓度和瓦斯压力以及判定前方裂隙带的地质情况确定爆破方案。

5.2.1-1钻孔布置图

5.2.2瓦斯测定及判断

在掌子面设置两个光干涉甲烷检定仪探头对隧道内的瓦斯进行24小时不间断监测。1号探头距掌子面10m2号探头距掌子面20m,每次进尺放炮后,对隧道内的瓦斯浓度进行测定,对检测数据进行整理分析。检测方法和需要进行的气样分析如下表。

5.2.2-1瓦斯监控系统检测方法

探头

编号

瓦斯浓度(﹪)

第一个循环放炮后

第二个循环放炮后

第三个循环放炮后

1

(瓦斯浓度数据)

(瓦斯浓度数据)

(瓦斯浓度数据)

2

(瓦斯浓度数据)

(瓦斯浓度数据)

(瓦斯浓度数据)

5.2.2-2隧道钻孔气样分析

组 份

体积百分比(%

氧气O2

(所占百分比)

氮气N2

(所占百分比)

甲烷CH4

(所占百分比)

一氧化碳CO

(所占百分比)

二氧化碳CO2

(所占百分比)

乙烷C2H6

(所占百分比)

乙炔

(所占百分比)

乙烯

(所占百分比)

根据所检测分析得出的瓦斯浓度数据,得出肖家坡隧道最大瓦斯浓度值C=0.18%

根据孔口瓦斯浓度可以算出瓦斯涌出量。其具体计算过程如下:

现场实测隧道平均风速:v= 0.53m/s

隧道风量:qv×s×t=0.53×82×602607.6m3/min

S—隧道开挖断面积;

t—通风时间;

最大瓦斯涌出量:Q=q×C2607.6×0.184.69m3/min

Q—隧道瓦斯绝对涌出量,m3/min

q—隧道进风量,m3/min

C—隧道瓦斯浓度。

由于最大瓦斯涌出量Q=4.69m3/min0.5m3/min(《铁路瓦斯隧道技术规范》规范值),可以判定为高瓦斯隧道。

1、外源性高瓦斯形的基本规律

详细勘察和研究瓦斯的特征、来源、形成以及赋存空间和运移通道,充分认识外源性高瓦斯形的基本规律如下:

1)广泛分布的围岩一般为非煤层或者非含煤地层,完整性较好,各种贯通性结构面发育。

2)前期地质构造形成了一系列的隐伏含瓦斯构造,这些构造只是在围岩中形成张性裂隙,围岩破碎并不强烈,现在构造地应力场稳定,可以使瓦斯有一个相对稳定的赋存环境。

3)隧道所在地区地下水并不发育,在地质历史时期形成的瓦斯具备一定的储量和压力,而且瓦斯赋存区域有相互连通的隐伏含水构造形成的通畅的地下通道,可以为瓦斯的运移、赋存和突涌提供必要的条件。瓦斯突涌灾害具有受地质构造控制明显,瓦斯突出量随着时间的推移逐渐减少的特征。

4)在施工等外界环境的扰动下,具有一定压力和静储量的瓦斯通过一些列的释压节理、岩层层理或者构造结构面突涌而出,瓦斯突涌灾害事故就发生了。

地质模式如下图:

5.2.3瓦斯突出防治

根据地质勘测资料分析表明,隧道掘进放炮时由震动产生的裂隙与构造破碎带

相沟通,导致了深层油气(瓦斯)顺着裂隙向掘进工作面涌出,排除了瓦斯来自于煤层或碳质岩层的可能。因此在高瓦斯隧道掘进过程中,为保证安全必须进行连续超前探孔,以探明施工前方的地质情况,防止出现瓦斯突出现象。

2、瓦斯突出性预测

由于排除了存在煤层的可能性,为节约施工时间,可采用钻孔瓦斯涌出初速度法进行瓦斯突出性预测。此过程在超前取芯探孔过程中同步实施,测定瓦斯涌出初速度时,应注意保证测定装置的气密性,以减小测量误差。

钻孔瓦斯涌出初速度法预测瓦斯突出的具体过程如下:1)在钻机每钻进1米时,立即撤出钻杆,插入钻孔瓦斯涌出初速度检测装置,测量2min后的瓦斯涌出量q。当瓦斯涌量q≥4L/min(指标临界值)时,则存在瓦斯突出危险。2)当钻孔瓦斯涌出量q6L/min时,在第5min后继续读取1min瓦斯涌出衰减量,当衰减系数α≤0.65时,则该工作面存在瓦斯突出危险。3)在钻孔过程中出现喷孔、顶水、顶钻、夹钻等动力现象时,即该工作面存在瓦斯突出危险。

3、防治瓦斯突出的措施——瓦斯排放

由于隧道开挖断面大,为防止掘进时瓦斯突出,采用了多排钻孔预排瓦斯的防治措施。瓦斯排放钻孔的各项参数及布设如下:

1)钻孔孔径:90mm;2)孔距与排距:1m;3)排放钻孔角度:水平角:0—90°仰角:0—45°倾角:0—20°;4)排放控制范围:上下、左右隧道轮廓线外5m;5)排放时间:大于20小时。

5.2.2-2排放钻孔布设图

4、防突措施效果检验

防突措施实施完成后,重新施作检验孔,按照瓦斯突出性预测方法对防突效果进行检验。经检验无瓦斯突出危险时,表明措施是有效的。否则认为措施无效,必须采取帷幕注浆封堵和超深探孔排放等补救措施,直至检验有效时,可进行开挖掘进。

5.2.3高瓦斯隧道开挖

1、施工准备

每循环掘进前,应做好相应的施工准备。在开挖前,必须对工作面附近20m风流中瓦斯浓度进行检测,当瓦斯浓度小于1.5%允许人员进入掌子面,台车用装载机吊装就位;风水管硬管接到离掌子面50m处,再用软管接到掌子面;ExdⅠ型矿用防爆照明灯接到掌子面为施工提供足够照明,掌子面地面大致整平,排水沟通畅。做好常规测量放线工作。

2、爆破方法

根据超前地质钻孔测定瓦斯浓度,如果瓦斯浓度和爆破断面较大需分批次爆破,如果瓦斯浓度和爆破断面较小时尽量采用全断面开挖。施工考虑到煤矿许用电雷管段数只有5段,以及断面较大无法满足全断面开挖施工要求,故爆破采用三次爆破,仰拱以上采用上、下分部台阶法开挖,仰拱以下一次爆破。裂隙带处围岩稳定较差,容易发生底鼓和底部瓦斯溢出,下部台阶开挖完以后,仰拱必须紧跟,尽量确保边墙与仰拱混凝土同时施工。每一台阶爆破完及时封闭掌子面和开挖面。同时采用光面爆破技术,短进尺、弱爆破避免对围岩扰动,防止瓦斯因在地应和瓦斯压力共同作用下产生瓦斯突出。

钻机采用重庆分院生产ZT-30型防爆专用钻机。在开挖前,必须对工作面附近20m风流中瓦斯浓度进行检测,当瓦斯浓度小于1.5%允许开钻;采用湿式钻孔,严禁干式打钻,炮眼深度不应小于0.6m;炮眼最大抵抗线不得小于30cm。移挪钻机时,必须切断电源进行,严禁带电作业;在钻孔过程中,出现顶钻、夹钻、喷孔等动力现象时,应立即停止钻进,撤出人员,加强通风。

3、爆破作业

1)爆破作业开始时,对爆破点20m以内,风流中瓦斯浓度进行检测,当风流中瓦斯浓度小于1%才允许装药,连线起爆。

2)爆破点20m内,矿车、碎石、煤渣或其他物体阻塞开挖断面不得大于1/3

3)装药前,每孔炮眼内岩粉应清除干净;

4)炮眼封泥不足或不严不得进行爆破。

4、钻孔装药、封孔

1)采用电雷管起爆时严禁反向装药。采用正向连续装药方式,雷管安放在最外一节炸药中,雷管以外不得装药卷。

2)在岩层内爆破,炮眼深度不足0.9m时,装药长度不得大于炮眼深度的1/2;炮眼深度为0.9m以上时,装药长度不得大于炮眼深度的2/3

3)所有炮眼的剩余部分应用炮泥封堵。

4)炮泥应用水泡泥和黏土炮泥。水泡泥外剩余部分应用黏土炮泥填满封实。炮泥由专制炮泥机生产。

5)严禁用煤粉、块状材料或其它可燃性材料作炮泥。

5、爆破网路和连线

1)必须采用串联联接方式。线路所有连接接头应相互拧紧,明线部分应包覆绝缘层并悬空。

2)母线与电缆、电线、信号线应分别挂在巷道的两侧,若必须在同一侧时,母线必须挂在电缆下方,并应保持0.3m以上距离。

3)母线应采用具有良好绝缘性和柔软性的铜芯电缆,并随用随挂,严禁将其固定。母线的长度必须大于规定的爆破安全距离。

4)严禁瞬发电雷管与毫秒电雷管在同一串联网路中使用。

6、爆破材料

1)瓦斯隧道的爆破作业必须采用煤矿许用炸药,有瓦斯突出地段安全等级不低于三级的煤矿许用的含水炸药;

2)使用煤矿许用电雷管,严禁使用秒及半秒级电雷管。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

7、起爆

1)采用电力起爆,起爆器采用防爆型专用起爆器,在洞外远距离起爆,起爆器电缆长度不小于510m。起爆时,洞内停止一切工作且必须停电,人员撤离至洞外,爆破电闸安装在洞外新鲜风流中。一个开挖工作面不得同时使用两台及以上起爆器起爆。

2)爆破后连续通风30分钟后,由爆破员和瓦斯检测员佩带压风自救器进入掌子面对通风、瓦斯、瞎炮、残炮进行检查,在瓦斯浓度小于1%。二氧化碳浓度小于1.5%允许施工人员进入开挖工作面施工。

8、出碴

采用防爆型侧卸式柴油轮式装载机装碴,防爆型自卸式汽车运碴,严禁非防爆型机械进入掌子面。装碴前喷雾洒水、冲刷岩壁,且必须将石渣洗湿,防止摩擦和碰击火花,严禁装载机和运输机械与渣体撞击。

5.2.4支护

1、喷射混凝土支护

掌子面开挖后,为减少工作面瓦斯溢出,必须立即进行喷射混凝土支护,及时封闭瓦斯。喷射混凝土机械必须采用防爆型,所有开挖面采用气密性混凝土封闭,喷射混凝土厚度不小于15cm,气密剂参量不小于水泥用量的10%,对裂隙带较宽,围岩稳定较差段必须采用工字钢支护,工字钢必须在洞外加工组装拭拼严禁在洞内焊接,工字钢在洞内安装时必须对开挖面用气密性混凝土进行初喷,封闭厚度不小于4cm。喷射混凝土时必须保持掌子面连续通风,当风流中瓦斯浓度小于1%才允许喷射混凝土。

2小导管径向注浆支护

在围岩较破碎,瓦斯溢出较多,易风化段落,为防止围岩坍塌,提高围岩密实性,减少瓦斯排放,采用小导管径向注浆。

1)先采用气密性喷混凝土将开挖面进行全封闭,然后测量放线布孔。

2)用湿式钻孔,严禁干式打钻。钻孔后根据瓦斯逸出情况,待瓦斯逸出稳定且浓度较小后实施注浆。

3)在注浆过程中先确定好注浆配合比,采用先水泥浆单液注浆,后水玻璃-水泥浆双液注浆快速封闭的注浆顺序。若单液注浆量较大,可以采用单液-双液交替注浆的方法,以减少注浆量和注浆时间达到注浆效果。其余工艺与普通小导管径向注浆一样。

5.2.5其他施工要点

1、高瓦斯隧道结构衬砌复合防水施工要点

1)防水板先在洞外拼接,接缝采用热熔焊接法进行连接,并在连接后充气检查焊接质量,尽量减少在洞内连接。

2)复合防水层用垫圈和绳扣挂在固定点上,固定点之间的防水层不得绷紧,破坏处采用403胶进行修补。

3)防水板如采用热熔焊接法进行连接,必须加强通风和瓦斯检测当风流中瓦斯浓度小于1%才允许热熔焊接法进行连接,在连接作业时采用局部通风机稀释瓦斯。

2、高瓦斯施工缝施工要点

由于高瓦斯工区瓦斯浓度大施工缝是衬砌渗漏的关键,施工缝必须严格按照设计要求施做,施工完成必须对施工缝进行气密处理。

3、隧道洞内瓦斯排放施工要点

在排水管终点处设置气水分离装置-窨井,井身和井盖采用气密性混凝土,井盖周围缝隙采用玻璃胶密封,分离出的瓦斯气体用金属管道引出洞外在山坡高处放散。

4、气密性混凝土施工

1)材料必须合格;按试验确定的配合比添加气密剂,在拌合站严格计量拌合;养护时间不少于28天。

2)混凝土采用MR6500防爆型混凝土运输车运输砼,采用HB60防爆型液压混凝土输送泵泵送入模。

3)必须加强混凝土振捣监控,以保证混凝土振捣密实。

5、隧道空隙回填施工方法

1)隧道超挖回填

边墙和拱部的局部超挖部分采用气密性喷射砼填补圆顺,普遍存在超挖地段采用衬砌混凝土进行浇筑、增加二次衬砌厚度。

2)高瓦斯工区隧道拱顶间隙的回填

高瓦斯工区瓦斯段均采用复合式衬砌,在二次衬砌拱顶刹尖部位常有大量空隙,为防止瓦斯聚积,确保拱顶密实,在二次衬砌需预埋注浆管,待二次衬砌混凝土施工完毕后,用压注水泥浆充填拱顶板后的空隙。

6、隧道仰拱气密性混凝土施工方法

仰拱气密性混凝土原材料要求与二衬气密性混凝土原材料相同,仰拱必须尽早开挖,尽量确保边墙与仰拱能同步施工防止底部瓦斯溢出。

7.材料与设备

高瓦斯隧道瓦斯溢出浓度较大,且瓦斯需向洞外排放,电气设备和作业机械以及固定设备和照明也必须采用防爆型。详见下表:

5.2.5-1机械设备配置表

序号

名称

规格

单位

数量

备注(产地)

1

防爆柴油轮式装载机

40

1

河南正工集团

2

防爆自卸汽车

天 马

2

重庆

3

防爆专用钻机

ZT-30

12

重庆煤科院

4

光干涉甲烷检定仪

CJG102

2

重庆煤科院

5

便携式甲烷检测报警仪

AZJ-2000

4

重庆煤科院

6

便携式全量程

智能甲烷检测报警仪

CJB100A)型

2

暂时使用煤科

院检测人员

7

瓦斯自动报警断电仪

4

重庆煤科院

8

防爆照明灯

ExdⅡ

50

重庆煤科院

9

矿用防爆照明灯

Exd

10

重庆煤科院

10

移动式防爆照明灯

10

重庆煤科院

11

200KW通风机

2

一台备用

12

铜芯电缆

m

600

重庆黔江

13

避雷针

2

黔江气象局

14

压风自救器

ZY-J

1

重庆煤科院

15

双抗加强风筒

直径1.5m

520

江苏盐城

16

防爆接线盒

20

重庆煤科院

17

专用电力起爆器

2

黔江公安局

18

专用起爆线

m

600

重庆黔江

19

煤矿专用炸药

三级

黔江公安局

20

煤矿许用电雷管

1-130ms

400

黔江公安局

21

灭火器

4

重庆黔江

22

发电机

250KW

1

备用

23

局部供风机

4

24

微速电子式风速表

CFD5

1

鞍山光宇

25

防静电服装

50

重庆黔江

8、劳动力组织安排

高瓦斯隧道劳动力组成主要有管理人员、工程技术、瓦斯检测、安全员、开挖工班,钢筋工班、模板工班、钻孔工班、砼工班、运输司机、电工等,详见下表:

5.2.5-2 劳动力组织表

工 种

人 数

工 种

人 数

管理人员

5

装载机司机

2

工程技术人员

6

空压机司机

2

安全监测专业

技术管理人员

2

开挖工班

15

专职安全员

2

专职电工

3

钢筋工班

10

砼工班

14

模板工班

12

运输司机

12

瓦斯检测员

4

钻孔工班

10

专职爆破员

4

机械修理工

3

喷锚班

10

普工

20

挖掘机司机

2

救护队员

10

9.质量控制

高瓦斯隧道施工的防爆通风和气密性质量是关键。高瓦斯隧道施工通风采用材料的品种、规格、性能和等级,应符合设计要求及国家产品标准和工程技术规范的规定。防水板、施工缝、气密性混凝土施工质量必须严格控制。

6.安全措施

本工法主要用于高瓦斯隧道施工,一般情况下现场都存在较大安全风险,高强度、高密度人员作业对现场安全管理提出很高的要求,尤其是在瓦斯检测、施工通风、安全管理制度等方面必须加强防范,防止次生事故的发生至关重要。

6.1瓦斯检测

6.1.1监测流程

瓦斯检测是保证瓦斯隧道安全施工的重要手段。因此,在整个施工过程中必须全方位的进行瓦斯检测,以便准确地掌握全隧道的瓦斯浓度分布状况,防止瓦斯爆炸事故发生。在高瓦斯隧道的瓦斯监测过程中,采用人工巡回检测、设置便携式瓦斯检测报警仪、安装瓦斯自动检测报警断电仪等方式进行瓦斯检测。其具体检测流程如图9.1.1所示。

6.1.1-1隧道施工瓦斯监测流程

6.1.2瓦斯检测要求及布控

1、瓦斯检测点设置

高瓦斯隧道瓦斯浓度常规性检测主要包括以下一些检测点:1)隧道开挖工作面炮眼内、迎头、回风流;2)放炮地点及巷道内的机电设备附近;3)对于隧道拱顶、冒落孔洞、台车顶等容易形成瓦斯局部积聚且通风不良的区域,尤其需加强瓦斯浓度检测,以避免瓦斯爆炸事故的发生;4)恢复通风前的停风区、局部扇风机及其开关附近的风流;5)隧道内工作地点20m范围内的进、回风侧。另外,在钻眼、装药、放炮前和放炮后这四个环节上也应加强对隧道瓦斯浓度的检测。

光干涉甲烷检定仪定点挂设在离掌子面和其他工作面10M,便携式甲烷检测报警仪定点悬挂,便携式全量程智能甲烷检测报警仪洞内巡回监测,在隧道的掘进工作面和回风地段分别安设瓦斯遥测报警断电仪,当测试点的瓦斯浓度达到控制的允许浓度时,切断电源并发出声响和灯光报警。

2、检测要求

1)瓦检员必须由洞口到掌子面再到洞口按瓦斯循环检查图表所规定的路线和时间,严格执行巡回检查。

2)高瓦斯工区的常规检测地点,瓦斯浓度的检查次数必须每班至少检查2次;瓦斯浓度含量在0.3%以上时,应随时检查,不得离开开挖面,当瓦斯含量超过规定时,应加强通风稀释,当瓦斯含量降到允许值后,才允许进入检查。检查人员配备安全防护装备。

3)隧道内机电硐室、联络通道、总回风流,每班检查1次瓦斯浓度。

4)隧道开挖工作面炮眼内、回风流每次放炮前至少检查1次瓦斯。

5)处于回风流中停止运转的电器设备及开关在每次启动前附近应进行瓦斯检查。

6)隧道开挖工作面放炮地点20m范围内、放炮点,在每次装药前、放炮前、放炮后必须进行一次瓦斯检查。

7)对于隧道拱顶、冒落孔洞、二次衬砌台车顶等容易形成瓦斯局部积聚且通风不良的区域,尤其需加强瓦斯浓度检测,以避免瓦斯爆炸事故的发生。

8)隧道内烧焊工作地点20m范围内的进、回风侧。

瓦斯检查员必须由事业心强、经考试合格的人员担任。检查员应配备压风自救器、防静电服装等安全防护装备。瓦斯自动检测报警断电系统24小时配备专人值班并做好通风瓦斯检测报表,并注明瓦斯超过规定的地点的原因、处理情况。值班干部应全面掌握隧道通风、瓦斯变化情况,审查瓦斯台帐和通风瓦斯报表,发现问题,要采取措施,进行处理。

3瓦斯浓度超限处理

隧道内必须杜绝瓦斯超限作业,当瓦斯浓度超过以下规定时,必须采取相应的措施进行处理:

1)瓦斯工区任何地点瓦斯浓度超过0.5%时,超限处20m范围内立即停工、查明原因,并加强通风监测。

2)高瓦斯工区开挖工作面风流中瓦斯浓度超过1.0%时,必须停止电钻作业。

3)高瓦斯工区开挖工作面(包括电动机或其开关附近20m以内)风流中瓦斯浓度达到1.5%时,必须停止工作,撤出人员,切断电源,进行处理。

4)高瓦斯工区放炮地点附近20m内风流中的瓦斯浓度达1%时,严禁装药放炮。

5)局部瓦斯积聚(体积大于0.5m3,浓度超过2%)点附近20m内,必须停止工作,撤出人员,切断电源,进行处理。

6)因瓦斯浓度超过规定而切断电源的电气设备,都必须在瓦斯浓度降到1%以下,方可开动。停止运转的局扇附近瓦斯浓度达0.5%,严禁启动。

7)制订安全措施,经批准可在隧道内进行的电焊、气焊和喷灯焊接等工作地点的风流中,瓦斯浓度不得超过0.5%。

8)对于局部瓦斯浓度超出上述要求的采用供风机稀释处理,对于隧道进、回风流瓦斯浓度超出要求的加大通风机功率,加强通风待满足要求后方可继续施工。

6.2施工通风

控制隧道内及工作面的瓦斯浓度是防止瓦斯爆炸的关键。而合理的通风设计能有效地降低隧道内的瓦斯浓度,是确保这一关键的重要前提。因此,在施工中的每个环节都必须保证有强大的通风量与风速,将瓦斯浓度控制在1以下。

6.2.1通风方式

施工通风采用压入式通风方式,并要求隧道各掘进工作面必须采用独立通风,严禁任何两个工作面之间串连通风。

6.2.2通风机及风管配备

压入式通风施工现场配备了两台功率200kw额定风量150027500m3/min的风机。风管采用了双抗加强风筒直径不小于1.5m,且具有抗静电、阻燃的风管。风管出风口到开挖面的距离应小于5m,以确保巷道风速不得小于1.0m/s

6.2.3通风电源配备

为防止在停电情况下因通风机停止工作而引发事故,在施工通风的供电方面,配备了2200kw柴油发电机并联接入供电系统,为隧道施工通风提供了电力保障。

6.2.4风量计算

隧道设计通风风量是按防止瓦斯积聚风速、同时最多作业人数、爆破排烟要求分别计算所需风量后,取其中最大值作为通风风量确定的。经现场测定相关数据,隧道最大绝对瓦斯涌出量为4.69m3/min,隧道断面大小为82m2,由此可以确定降低瓦斯工区瓦斯浓度到0.5以下所需的最低风速。最低风速计算公式如下:

式中:

瓦斯工区内所需最低风速,m/s

隧道内实际最大瓦斯涌出量,m3/min

高瓦斯隧道内瓦斯浓度限值,0.5

隧道断面积,m2

由公式可以得出瓦斯工区内所需最低风速为0.19m/s时,才能将隧道内瓦斯浓度稀释到0.5以下。为提高施工安全性,施工现场配备了两台功率200kw额定风量150027500m3/min的风机,在压入式通风的情况下经实际测得风速能达到0.53m/s以上,由公式计算得出允许的最大绝对瓦斯涌出量为13m3/min

由于加强通风后允许的最大绝对瓦斯涌出量为13m3/min,大于肖家坡隧道最大瓦斯涌出量Q=4.69m3/min,,所以,采取的通风方式能够满足高瓦斯隧道施工的通风要求。

6.2.5局部区域的瓦斯通风

对隧道中瓦斯易于集聚的空间和简易台架附近区域,施工中采用了气动风机等设备进行通风,有效地降低了瓦斯浓度,保证了施工安全。

6.3加强施工设备的安全检查

1)施工前,必须对施工设备进行全面的安全防爆检查,禁止使用未经有关部门验收的设备。对于不符合安全规定设备应立即进行整改完善;

2)对投入施工的高压电缆、配电系统、继电保护装置、漏电开关的选型敷设必须符合规定要求;

3)电气设备和照明灯应具有良好的接地、接零保护,并在可能受雷击的场所设置防雷击设施;

4)在高瓦斯工区的施工区、生活区、道路照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压不应大于127V,远距离控制线路的额定电压不应大于36V

6.4施工安全管理制度

6.4.1建立施工安全保证体系。

建立安全生产保证体系:1)以加强安全技术教育为手段,以提高全员安全意识为目的达到思想保证;2)建立各项安全保障组织机构,健全各项安全保护措施达到强有力的组织和措施保证;3)制定各项安全生产制度达到制度保证;4)签订安全报保责任合同,明确责任与义务和经济奖罚达到经济保证.

6.4.2实行施工安全责任制度。

建立施工安全保证体系的基础上,确立以岗位责任制为中心的《安全生产责任制度》,将安全责任落实到每个负责人身上。

6.4.3加强施工人员的安全教育与培训。

加强了对全体员工的安全教育,要求每名员工必须严格遵守安全生产操作规程;特种作业人员必须经培训合格后,持证上岗;杜绝违章操作、无证操作、违章指挥和违章施工等现象的出现。

6.4.4加强施工设备的安全检查。

1)施工前,必须对施工设备进行全面的安全检查,禁止使用未经有关部门验收的设备。对于不符合安全规定设备应立即进行整改完善;

2)对投入施工的高压电缆、配电系统、继电保护装置、漏电开关的选型敷设必须符合规定要求;

3)电气设备和照明灯应具有良好的接地、接零保护,并在可能受雷击的场所设置防雷击设施;

4)在高瓦斯工区的施工区、生活区、道路照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压不应大于36V,远距离控制线路的额定电压不应大于36V

6.5预防瓦斯突出、触电、坍塌等应急措施

6.5.1成立应急组织机构

在进行抽水作业前必须成立应急组织机构,明确各级人员的应急职责和岗位制度。尤其是对瓦斯检测员和安全员的职责必须明确:

1、瓦斯检测员职责

1)负责与洞外保持通讯联系;

2)注意检测洞内瓦斯浓度情况并做好记录;

3)发现险情及时报告安全值班员及现场负责人。

2、安全值班员职责

1)负责与洞外保持通讯联系;

2)注意观察洞内围岩和初期支护,及时组织排危;

3)携带遥控报警器,一旦发现险情(持续掉块、瓦斯超限等)及时报警,并组织、指挥洞内作业人员安全有序撤离;

4)及时纠正施工过程中的违章作业行为。

6.5.2建立逃生应急系统

1、瓦斯检测报警系统

在隧道的瓦斯检测过程中,采用了人工巡回检测、设置便携式瓦斯检测报警仪、安装瓦斯自动检测报警断电仪等方式进行瓦斯检测。

2、电话通信系统

为了方便洞内外联系和指挥,我们在抽水作业面处设置共电电话分机,在洞外安全监控室内设置电话集中机,构成电话防灾报警通信网络。

3、应急照明及供电系统

在全隧道内按照40/盏的间距,安装应急照明灯,灯具应急时间不小于90min,并且隧道照明按照每500米分段供电,确保某一处断电不影响其他地段。

采用铠装铅包纸绝缘电缆或不延燃橡套电缆,移动式或手提式电气设备的电缆以及开挖面电缆全采用铜芯电缆,开关使用防爆型。高、低压电缆线与风、水管按设计要求进行敷设,电缆与电气设备连接,加设与电气设备防爆性能相符合的接线盒。已衬砌地段的固定照明灯具,采用ExdⅡ型防爆照明灯,开挖工作面附近的固定照明灯具,采用施工ExdⅠ型矿用防爆照明灯,移动照明必须使用防爆矿灯,开关设在送风道或洞口。同时配备2250KW发电机作为备用电源,确保停电时通风机24小时运转和必要的照明。

4、安全逃生系统

1)、安全绳:在隧道一侧通长设置安全绳,安全绳采用不小于25mm的麻绳或尼龙绳。在安全绳对面沿洞壁设置反光逃生线路指示牌。

2)救生用品:在隧道按照施工人员数量配备压风自救器、防静电服装。设置灭火器,洞外设置消防水池和消防用砂,在洞口值班室另备氧气瓶、药品、担架等急救物品。

3)逃生交通工具:根据洞内施工采用不同的交通运输方式,在掌子面附近停放车况良好的应急车辆,作为应急逃生交通工具,司机和车辆随时待命。

6.5.3组织进行应急演练

在瓦斯隧道施工前编制应对事故的紧急救援预案,成立工地救护组,,对相关人员进行培训,并组织演练,确保预案的可行性和有效性,储备必要的抢险救援物质、设备,指定专人保管,经常保持其良好状态。

7.环保措施

专门在隧道中配置了光干涉甲烷检定仪、便携式甲烷检测报警仪、瓦斯自动监控系统,实现了隧道内瓦斯即时检测监控,最大限度地降低了瓦斯对于隧道施工的危害,规避了事故的发生。通过注浆封堵、水气分离一套综合“抽、排、封堵”高瓦斯隧道施工技术,最大限度减少瓦斯排放,避免环境污染。

8.资源节约

在肖家坡隧道外源性高浓度瓦斯地质灾害处理时,采取了增加砼喷射厚度、小导管径向注浆、添加混凝土气密剂、加强了施工缝处理等复合防瓦斯施工技术,减少了瓦斯排放,节约了施工及营运期间通风用电。

9.效益分析

1、本工法在肖家坡瓦斯隧道施工中得到大力推广和运用,此次成功为以后在高瓦斯隧道施工中积累了经验,具有指导意义。

2、通过严格按照高瓦斯隧道施工规范要求科学组织施工,肖家坡隧道从开工建设到工程竣工,未发生一起瓦斯安全事故,取得了显著的社会效益。

3、肖家坡高瓦斯隧道的成功建设为类似工程积累了丰富的施工经验,在施工过程采用的高瓦斯公路隧道综合施工技术很好的规避了瓦斯突出、爆炸造成的人财损失。

4、锻炼了施工队伍,培养了一批瓦斯隧道施工的技术人才。

10.实施效果

本工法应用于肖家坡瓦斯隧道施工过程中。高瓦斯隧道施工长度达2133米,施工中全体参战员工严格按照本工法编制的技术交底和作业指导书的要求进行施工作业,最后优质高效的完成了肖家坡隧道的施工任务,并成功通过了安全验收,期间无瓦斯爆炸、中毒等事件发生。为整个标段的竣工交接奠定了基础,获得重庆巴渝杯的奖励,为单位争得了荣誉。

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