鐵路瓦斯隧道施工簡要方案

鐵路瓦斯隧道施工簡要方案煤層、瓦斯隧道地段施工程序圍巖量測設(shè)計二襯設(shè)計初期支護設(shè)計鉆爆設(shè)計管線電路設(shè)計通風設(shè)計瓦斯監(jiān)測設(shè)計效果檢驗二襯及防護層瓦斯工區(qū)初期支胡瓦斯工區(qū)掘進施工瓦斯工區(qū)施工設(shè)計設(shè)定瓦斯工區(qū)質(zhì)量驗收圍巖量測設(shè)計二襯設(shè)計初期支護設(shè)計鉆爆設(shè)計管線電路設(shè)計通風設(shè)計瓦斯監(jiān)測設(shè)計效果檢驗二襯及防護層瓦斯工區(qū)初期支胡瓦斯工區(qū)掘進施工瓦斯工區(qū)施工設(shè)計設(shè)定瓦斯工區(qū)質(zhì)量驗收圍巖量測及瓦斯監(jiān)測圍巖量測及瓦斯監(jiān)測圍巖量測及瓦斯監(jiān)測圍巖量測及瓦斯監(jiān)測修正施工設(shè)計二、施工程序要點：<一>、合理劃分瓦斯工區(qū)與瓦斯預防工區(qū)、設(shè)置好輔助導坑不同的隧道，其瓦斯含量及壓力與煤系地層的長度、在隧道中所處位置和所占長度比例及隧道本身長度有關(guān)，且差異很大?！惰F路瓦斯隧道技術(shù)暫行規(guī)定》要求將瓦斯隧道合理地劃分為瓦斯工區(qū)和瓦斯預防工區(qū)，把煤系地層和有瓦斯逸出的部分劃分為瓦斯工區(qū)，對其嚴格按瓦斯隧道的有關(guān)規(guī)定進行管理；把非煤系地層和沒有瓦斯逸出的部分劃分為瓦斯預防工區(qū)，對其按瓦斯預防工區(qū)管理。合理劃分瓦斯工區(qū)與瓦斯預防工區(qū)，可以把防瓦斯段壓縮在盡可能小的范圍內(nèi)，實現(xiàn)“化整為零，區(qū)別對待，分而殲之，各個擊破”，減少人、財、物、機的浪費，顯著提高經(jīng)濟效益。對于長大隧道和煤系地層占比例小的隧道劃分工區(qū)更為重要。通過輔助導坑，實現(xiàn)將隧道分成不同的施工工區(qū)。設(shè)置輔助導坑應注意以下問題：選擇好斜井的傾斜方向及其與隧道的平面夾角原則上，斜井應傾向于煤系地層，且盡可能見效與隧道的平面夾角，否則，將會給施工帶來諸多不便。選擇好平行導坑的相對標高設(shè)置平行導坑的目的，除了起超前探測地質(zhì)和排放瓦斯的作用外，主要是與橫通道和正洞形成巷道式通風。<二>、建立可靠的供電系統(tǒng)鐵路瓦斯隧道的施工，必須保證連續(xù)供電，因為一旦隧道的通風設(shè)備供電中斷，不僅影響隧道的正常施工，而且極易造成瓦斯聚集而引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸和火災事故，因此，必須在瓦斯隧道建立可靠的供電系統(tǒng)，包括可靠的電源和雙回路電源線路。供電形式，可在工地引入一路1萬V的高壓線作為主要電源。為了應急，在洞外備用二、三臺320kw的柴油發(fā)電機。在洞口設(shè)變電站將電壓降至380V，再向洞內(nèi)供電。為防止因線路故障而停電，向洞內(nèi)敷設(shè)2路電源電纜線（供施工用和備用）。電纜采用礦用橡套阻燃防爆電纜線，并在線路中安裝礦用自動饋電開關(guān)和漏電保護及過流保護裝置，當電纜、電氣裝置或電動機發(fā)生短路或過載事故時，可自動切斷。<三>、加強通風，把瓦斯?jié)舛冉档偷奖ń缦抟韵录訌娡L是搞好瓦斯隧道安全施工的有效手段。施工期間的通風方式分兩階段進行。第一階段：正洞和平行導坑形成通風巷道前，正洞和平導各自獨頭掘進，這期間采用壓入式通風，其風速計算按以下三方面考慮，并取其最大值：1．稀釋和排除炮煙所需風量：7.8Q=·3√A(SL)2(m3/min)t式中：t——放炮后吹散炮煙所需時間，一般取20~30min；Ａ——同時起爆的炸藥量（kg）；Ｓ——隧道開挖斷面(m2)；Ｌ——獨頭掘進長度(m)。2．消除頂層沼氣聚集所需風量：Ｑ＝60V小Ｓ(m3/min)式中：V小——隧道掘進允許最低風速(＞1.0m/s)；Ｓ——同前。3．回風流沼氣濃度不超限所需風量：1Q=·g(m3/min)C式中：Ｃ——沼氣安全濃度，為1%；g——隧道沼氣絕對涌出量(m3/min).根據(jù)風量計算，在井口分別安裝相應通風設(shè)備。為保證施工安全，安裝風電閉鎖裝置，即停風必須停電，送風后根據(jù)具體情況人工復電。第二階段：巷道式通風。新鮮空氣從主斜井進入隧道，到工作面后將洞內(nèi)濁氣壓往橫通道、平行導坑和副斜井，由安裝在副斜井口的主扇風機抽至地面大氣中。為了杜絕通風死角和避免循環(huán)風，在橫通道前≥10m處安裝一臺軸式通風扇，通過風管把新鮮風流直接送入掘進工作面，洞內(nèi)濁氣則沿隧道外流，經(jīng)橫通道匯入回風流中。<四>、煤系地層的開挖方法和地質(zhì)超前預報技術(shù)聚煤環(huán)境的影響，煤系地層大多為泥巖、頁巖、砂泥巖和煤層互層，巖性松軟、破碎，自穩(wěn)性差，故在鐵路隧道大斷面開挖時，極易坍落塌方。另一方面，在煤系地層施工必須使用煤礦用毫秒電雷管和煤礦安全炸藥。毫秒電雷管規(guī)定延期時間不得而超過130ms，只能選用到5段；而煤礦安全炸藥的爆力和猛度均小于非礦用炸藥（見下表），其爆炸威力只相當于一般巖石銨銻炸藥的80%，難以滿足鐵路隧道大斷面施工要求。巖石炸藥爆力/cm3猛度/mm煤礦安全炸藥爆力/cmm3猛度/mmm1號硝銨炸藥3501332號硝銨炸藥3201222號銨銻炸藥3201221號銨銻炸藥2901122號銨銻炸藥2501103號銨銻炸藥240110由于上述原因，決定了在煤系地層中不宜全斷面開挖，而應采取半斷面正臺階、先墻后拱的施工方法。在開挖上弧導坑前，視圍巖情況或設(shè)超前小導管注漿，或設(shè)超前水平錨桿補強，并短掘緊襯，襯砌緊跟工作面，以防塌方。平行導坑因斷面小采取全斷面開挖，但仍應短掘緊襯。初期支護緊跟工作面能及時封閉巖面，防止瓦斯向隧道泄漏，有利于施工安全，但由于放炮距離近，使拱部受到擾動。由于煤系地層巖石松軟，強度低，鑿眼容易，故只要多用風槍，及時鑿眼放炮，在支護2小時內(nèi)大多能做到打眼放炮完成，此時混凝土尚未初凝，不致使混凝土質(zhì)量受到影響。在巖石破碎，鑿眼過程中發(fā)生卡鉆、頂鉆，或由于其它原因使鑿眼時間延長時，則采取密炮眼、小藥量的辦法，盡量減少放炮對支護混凝土的影響。為保證隧道開挖順利，避免盲目性，增強科學性，應做好地質(zhì)超前預報。為此，一是在隧道開挖前要充分利用現(xiàn)有的地質(zhì)資料，并在實踐中將其鑒別和篩選，去偽存真；二是在隧道開挖過程中，不斷收集和積累新的地質(zhì)資料；三是因地制宜，采取多種手段，藉以提高預報的準確性。平行導坑除了與正洞形成巷道式通風外，還有為正洞超前探明地質(zhì)的作用。由于平行導坑超前施工，因此，地質(zhì)超前預報工作首先在平行導坑進行。具體做法是：利用地質(zhì)素描：把斜井的地質(zhì)資料投影繪制在平行導坑所在的剖面上，利用巖層產(chǎn)狀為平行導坑進行地質(zhì)預報。利用鉆孔資料：在瓦斯工區(qū)布置2~3個鉆孔，讓它們都分布在平導和正洞的正中間，運用垂直投影法或巖層走向投影法把鉆孔資料投影繪制在平行導坑所在的剖面上，即可為平行導坑進行地質(zhì)預報。水平超前鉆探：水平超前鉆探可采用黑龍江礦業(yè)學院工廠制造的TXU——75液壓鉆機。該鉆機可在不同硬度的巖層中以任何角度鉆φ75mm以內(nèi)的孔，并可取巖芯。圍巖的巖性、層位變化通過巖芯或鉆屑判定。從鉆孔資料可以計算和分析出煤層厚度、位置、產(chǎn)狀及頂、底板巖性。平行導坑的地質(zhì)超前預報技術(shù)同樣可以應用與正洞，可直接利用平導所探明的地質(zhì)資料，并通過其自身的鉆探資料與平導相對照，使二者相互補充，彼此驗證。利用TSP200隧道地震波超前預報地質(zhì)系統(tǒng)，預報掌子面前方200米的地質(zhì)情況，為施工安排作超前考慮。<五>、隧道瓦斯檢測隨著工程的進展和隧道不斷向前延伸，工作面必然愈來愈接近煤層，相應的，隧道里瓦斯含量也將從無到有，由小到大呈遞增趨勢。但不同的施工工序和隧道的不同部位瓦斯含量有著明顯差異，因此，必須加強對瓦斯的檢測。瓦斯檢測要抓住以下環(huán)節(jié)：加強關(guān)鍵工序的瓦斯檢測在一個施工循環(huán)中，瓦斯含量增加幅度最大的工序，是在鑿眼過程中和放炮之后。因為炮眼可能成為與前方瓦斯層的連接通道，瓦斯沿炮眼很容易泄露到工作面乃至整座隧道；而放炮之后，由于突然揭露出大面積的新鮮巖層，有可能使封閉的含瓦斯地層逐漸解放乃至完全暴露，致使瓦斯沿圍巖裂隙緩慢滲漏乃至大量涌出。因此，加強鑿眼過程中及裝藥前和放炮后的瓦斯檢測至關(guān)重要。及時檢測和掌握掘進工作面的瓦斯?jié)舛?，使我們能隨時做到：當工作面風流中瓦斯?jié)舛冗_到1%時，嚴禁放炮；工作面風流中瓦斯?jié)舛冗_到1.5%時，停止工作，撤出人員，切斷電源，進行處理。在掘進面放置1臺撫順煤礦安全儀器廠生產(chǎn)的AQJ-9型瓦斯指示報警器，把警報點調(diào)至于0.9%CH4,對瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測。加強重點部位的瓦斯檢測由于瓦斯比空氣輕，而且有很強的擴散性，當隧道風速小到一定程度（通常認為風速小于0.25m/s時，瓦斯將游離出來，并在隧道頂層和死角處聚積，局部有可能達到爆炸濃度。因此，隧道頂部及頂部超挖的空洞、盲巷、避車洞和斷面變化大等處（此處風速變?。?，是檢測的重點，抓住了這些重點部位，就能及時發(fā)現(xiàn)“死角”。檢測儀器的選擇目前，瓦斯檢測儀器種類`很多。按測量原理有熱催化、熱導、光干涉、氣敏、紅外線等類型，各型儀器都有其優(yōu)缺點。按產(chǎn)地有進口和國產(chǎn)之分，進口儀器固然先進，但價格昂貴；國產(chǎn)儀器結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定操作方便，聲光報警信號清晰可靠，檢測過程中儀器處于良好狀態(tài)，完全可以與進口儀器相媲美。以重慶無線電二廠生產(chǎn)的JCB-2型甲烷測定報警器為例：當瓦斯?jié)舛葹?~2%時，誤差為0.1%；當瓦斯?jié)舛龋?%時，誤差為0.2%；瓦斯?jié)舛龋?%時，誤差為0.3%；完全可以滿足瓦斯隧道的施工要求。因此，鐵路瓦斯隧道的施工沒有必要花巨資去購買洋儀器。從安全角度出發(fā)，應同時選用不同測量原理的儀器，以便集各類檢測儀器之所長，彌補其不足，并使其相互參照，彼此驗證。對檢測儀器不必求洋，但應求全。具體監(jiān)測實施見“隧道瓦斯監(jiān)測工藝”?！戳?、防瓦斯爆炸瓦斯爆炸必須同時具備三個條件：一是要有足夠的氧氣（氧氣濃度在12%以上）；二是要有一定的沼氣（5%~16%，以9.5%時爆炸最為猛烈）；三是要有高溫火源，如明火、放炮火花、電器設(shè)備火花等。《鐵路隧道施工規(guī)范》規(guī)定：“坑道中氧氣含量按體積不小于20%”，這是施工人員生存的基本條件。因此，隧道在施工過程中氧氣能達到瓦斯爆炸所需濃度，這是無法避免的；至于隧道里的瓦斯?jié)舛?，則主要取決于煤層和圍巖中的瓦斯含量，我們只能利用通風和其它排放措施盡量使其降低到爆炸界限以下。相比之下，杜絕高溫火源則是防止引燃、引爆瓦斯的一條根本措施。所以，瓦斯隧道施工必須采取以下安全措施：使用毫秒電雷管和安全炸藥瓦斯爆炸需要一定的反應時間，達到爆炸濃度的瓦斯遇到火源時不會立即爆炸，而會延遲一段時間，這種現(xiàn)象稱為引火延遲現(xiàn)象，其引火延遲時間稱為感應期。使用毫秒電雷管，并只用5段，不跳段使用，使總延期時間不超過130ms。由于延期時間小于感應期，因此不會引燃、引爆瓦斯。煤礦安全炸藥加入了適當?shù)氖雏}作消焰劑，能吸收熱量，降低爆炸氣體的溫度，削弱瓦斯與氧氣的連續(xù)反應。為防止炸藥爆破時產(chǎn)生火焰，必須用炮泥封堵好炮眼，避免漏氣。使用礦用防爆型機電設(shè)備所謂礦用防爆型機電設(shè)備，就是把機械的電機、電器等裝在具有防爆性能外殼里（這種設(shè)備通常用“KB或EX表示），使其產(chǎn)生火花、火焰及其散發(fā)的熱量不致引燃殼外的沼氣。洞內(nèi)的弱電設(shè)施，如：電話、信號燈、照明燈、自動閉塞裝置等，要選用礦用安全火花型（用“ KH”表示），這是低電流、低電壓設(shè)備，它在任何情況下產(chǎn)生的火花溫度總是低于瓦斯或煤塵燃燒所需的溫度。洞內(nèi)供電，使用礦用橡膠阻燃、防爆軟電纜，這種電纜的導電主芯為銅絞線，能避免鋁芯電纜在短路時飛濺出來的鋁蒸氣引起瓦斯或煤塵爆炸的危險，而且這種電纜以硫化橡膠作主絕緣層，并設(shè)馬鞍形防震橡膠墊芯和氯丁橡膠護套，具有很好的防爆性。這些防爆機電設(shè)備，除嚴格按規(guī)程安裝使用外，要經(jīng)常檢查維修，使之處于完好狀態(tài)，保持其防爆性能。對引燃、引爆瓦斯的綜合防治除了采取上述兩條防止引燃、引爆瓦斯的措施外，對施工中容易引發(fā)瓦斯事故的許多環(huán)節(jié)還需采取綜合防治措施。（1）防靜電：人體極易帶靜電，有時所帶靜電高達5KV以上。這樣高的電壓，很容易起爆電雷管。因此，禁止穿化纖衣物進洞，給所有施工人員配發(fā)純棉工作服，臨時進洞人員必須換上棉工作服。塑料管容易聚集靜電荷。當風流或壓縮空氣通過塑料管時，能產(chǎn)生許多快速間斷火花或接近連續(xù)放電火花。當放電能量達到0.28MJW時，能引燃、引爆瓦斯。故必須使用雙抗（抗燃、抗靜電）塑料管作通風管，并且不使用塑料管材作噴漿管和高壓風管。（2）防撞擊火花：鐵鐵器之間、鐵鐵石之間的的撞擊火花花在施工中中隨處可見見，必須有有相應的防防范措施：：一是礦車車兩端設(shè)置置橡膠碰頭頭，避免礦礦車直接碰碰撞；二是是裝碴前先先把石碴灑灑水潤濕，防防止耙斗與與石碴相互互撞擊產(chǎn)生生火花；三三是拆卸鋼鋼模板和鋪鋪設(shè)軌道時時，均使用用木錘。（3）防放炮火花：使使用水泥或或粘土炮泥泥封孔密實實不漏氣，嚴嚴禁使用煤煤粉、塊狀狀材料、水水泥袋紙和和其它可燃燃性材料堵堵炮眼。（4）禁止使用電焊焊、氣割等等設(shè)備。〈七〉．煤與瓦瓦斯突出的的預測和防防治煤與瓦斯突出是是指在極短短的時間里里，由煤體體向隧道中中突然排出出巨量的瓦瓦斯和粉碎碎的煤，造造成瓦斯窒窒息、燃燒燒、爆炸及及煤流充塞塞隧道等事事故，給施施工構(gòu)成極極大的威脅脅。依據(jù)地地質(zhì)資料，初初步判斷煤煤層有無突突出危險。在在隧道施工工過程中，仍仍需對上述述煤層分別別進行實地地突出危險險性預測，區(qū)區(qū)分突出危危險煤層和和突出威脅脅煤層，以以便有的放放矢地對其其采取不同同的防治措措施。對于煤煤層的突出出危險預測測，用綜合合指標法或或石門鉆屑屑指標法均均可。相比比之下，石石門鉆屑指指標法以兩兩項指標代代替綜合指指標法的四四項指標，具具有快速準準確的特點點。煤科院重慶分院院研制的ATY瓦斯突出出預測儀集集數(shù)據(jù)測量量、處理、儲儲存、打印印、顯示、報報警等功能能于一身，具具有快速、準準確、自動動化程度高高等特點。對各煤層采取的的防護措施施有：遠距離放炮遠距離離放炮是為為防止突出出預測失誤誤而采取的的一種安全全防護措施施。放炮時時把起爆點點設(shè)在洞外外，洞口杜杜絕一切火火源。起爆爆母線采用用銅芯電纜纜，使用煤煤礦安全炸炸藥和毫秒秒雷管（總總延期時間間不超過130mss），放炮炮時洞內(nèi)停停電撤人，放放炮后30minn方可進入入工作面檢檢查。震動放炮震動放放炮是揭煤煤時一種誘誘導突出的的安全防范范措施。它它是通過多多鉆眼、鉆鉆淺眼、少少裝藥的施施工方法，使使煤體及巖巖層造成震震動，在人人員撤到安安全地點的的條件下誘誘導突出，以以保證作業(yè)業(yè)的安全。震震動放炮即即使沒有誘誘發(fā)突出，由由于強大的的震動力使使煤體破裂裂，有助于于消除圍巖巖應力的不不均衡狀態(tài)態(tài)，釋放煤煤體內(nèi)的彈彈性潛能，緩緩和地壓，有有利于防突突和安全施施工。震動放炮輔以金金屬骨架金屬骨骨架是一種種預防突出出的輔助措措施。揭煤煤時，為了了使金屬骨骨架不被爆爆破崩壞，骨骨架孔的開開孔和終孔孔位置均設(shè)設(shè)在開挖周周邊線以外外。因此，施施鉆前要把把工作面適適當擴大。骨架孔穿透煤層層深入巖層層0.5m，孔距755mm，內(nèi)插50鋼管并注注漿，鋼管管尾端用U型螺栓和和方墊板聯(lián)聯(lián)結(jié)固定在在鋼拱架上上，鋼拱架架立在開挖挖周邊線以以外。金屬屬骨架雖不不能直接大大量降低煤煤體內(nèi)的應應力和瓦斯斯壓力，但但能增加煤煤體的穩(wěn)定定性，此外外，骨架鉆鉆孔有卸壓壓和排放瓦瓦斯的作用用，所以能能減小突出出能量。具體工藝見“揭揭煤施工工工藝”?！窗恕担畾饷苄孕曰炷潦┦┕に^氣氣密性混凝凝土，是在在混凝土中中摻入一定定比例的硅硅灰、粉煤煤灰和高效效減水劑（FDN），利用用硅灰和粉粉煤灰的高高化學活性性改善混凝凝土整體結(jié)結(jié)構(gòu)和界面面狀況，使使混凝土中中的孔隙率率降低，孔孔結(jié)構(gòu)細化化并減少其其貫通性毛毛孔數(shù)量，從從而提高混混凝土密實