高瓦斯長大隧道揭煤施工安全技術(shù)

—高瓦斯長大隧道揭煤施工安全技術(shù)內(nèi)昆鐵路昭通至梅花山段的朱嘎隧道全長5194m，國家1級電化單線鐵路隧道。位于貴州省威寧縣境內(nèi)，云貴高原之中，山構(gòu)造侵蝕，溶蝕地型地貌。最高海拔2546.8m，最大埋深370m。我集團(tuán)公司擔(dān)負(fù)進(jìn)口正洞2597m和平導(dǎo)長2462m的施工任務(wù)，設(shè)有十個橫通道。洞身在DK444+140～KD444+210段露出PⅡ（梁山組）煤系地層，共計6層煤，最大埋深335m，瓦斯壓力為1.34～1.7MPa，厚度為0.2～2.1m，含量為11.5～12.7m3/t。從煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯壓力、瓦斯含量等參數(shù)指標(biāo)綜合分析，煤與瓦斯有突出危險，區(qū)內(nèi)煤塵均有爆炸危險。1、施工方案的選擇根據(jù)隧道的圍巖類別、瓦斯的含量、壓力、機(jī)械裝備及施工的安全要求，朱嘎隧道采納平導(dǎo)先揭煤，然后利用平導(dǎo)層位來掌握正洞的揭煤位置。即平導(dǎo)施工至DK444+165時（設(shè)計煤層里程為DK444+195，實際提前了55m進(jìn)入煤層），開頭長探短掘接近煤層，正洞掘進(jìn)至4#橫通道向前即進(jìn)入第2層的探煤、測壓、排放瓦斯等系列工作，同時做正洞揭第1層煤的準(zhǔn)備工作，距正洞第1分層10m時，實行正臺階法作業(yè)，距正洞第1分層10m時，實行正臺階法作業(yè)，進(jìn)行揭煤。2揭煤方案的設(shè)計2.1揭煤施工的原則是“勤檢驗，短掘進(jìn)，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)，快噴錨”揭煤防突出施工程序圖見圖1。圖1揭煤防突出施工程序圖2.2超前探測揭煤由于我們較早地采納地質(zhì)預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)TSP202對地質(zhì)進(jìn)行超前擦測，發(fā)現(xiàn)有可能煤層比設(shè)計提前顯現(xiàn)，因此當(dāng)平導(dǎo)施工至DK444+110發(fā)現(xiàn)返水夾帶煤粉，風(fēng)流中瓦斯含量改變異樣，揭煤領(lǐng)導(dǎo)小組緊急確定提前進(jìn)入揭煤施工。用TUX－75A型液壓鉆機(jī)于掌子面打不小于15m的地質(zhì)超前探孔，中線位置頂部打一個，兩幫中部各打一個，每組3個。規(guī)格為75mm，每掘進(jìn)5m進(jìn)入煤層，由于超前探測，隧道施工仍順當(dāng)?shù)赝ㄟ^了煤層。2.3掌握煤層的產(chǎn)狀及瓦斯壓力的鉆孔布置掘進(jìn)工作面距煤層垂距10m處，打3個穿透煤層全厚并進(jìn)入頂?shù)装鍘r層不小于0.5m的超前鉆孔，以探明煤層貯存情況，并具體記錄巖芯資料。掘進(jìn)工作面距煤層5m時，打2個穿透煤層的預(yù)測孔，見煤后改用電煤鉆（鉆頭75mm）打穿煤層，搜集全部鉆屑，根據(jù)煤炭工業(yè)部《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》規(guī)定檢測有關(guān)指標(biāo)，結(jié)合鐵道部《鐵路瓦斯隧道技術(shù)暫行規(guī)定》推斷其突出危險性。照實鉆煤層較厚則每進(jìn)1m考察1次，煤層較薄時每穿透1個分層即拔出鉆頭考察1次，必需按規(guī)定在2min內(nèi)做完，如指標(biāo)中有1項到達(dá)或超過表1中數(shù)據(jù)，則視為有突出危險性煤層，在揭煤前需要打瓦斯截排鉆孔。預(yù)測煤層瓦斯突出危險性指標(biāo)臨界值見表1。預(yù)測煤層瓦斯突出危險性指標(biāo)臨界值表1見表2.4瓦斯排放鉆孔排放不象負(fù)壓抽放那樣造成四周瓦斯的壓力、濃度局部忽然改變，且抽放要進(jìn)行管路鋪設(shè)、洞外抽放站建設(shè)和儀表的安裝，費工、費時且管理難度大。所以朱嘎隧道采納既經(jīng)濟(jì)又簡潔的鉆孔排放。該隧道煤層產(chǎn)狀近90°，且地質(zhì)條件差，所以預(yù)留5m的安全巖拄。排放孔參數(shù)為：圖2掌握產(chǎn)狀靠查瓦斯及測壓圖（單位：m）排放孔直徑為108mm，要求穿過煤層頂板不小于0.5m，單孔排放半徑為1m，排放范圍頂部不少于7m，兩幫不少于6m，底部不少于3m，排放完成后進(jìn)行瓦斯排效果檢驗，如有1項指標(biāo)不能滿意要求，則需要實行強(qiáng)制性措施－負(fù)壓抽放或水力沖孔，直到效果檢驗合格為止。2.5爆破作業(yè)本隧道瓦斯最小壓力為1.34MPa，依據(jù)地質(zhì)條件，結(jié)合瓦斯壓力含量等因素，為防止隧道坍塌，煤與瓦斯突出，確定采納低爆破力震驚炮爆破的方式。采納正向連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，大并聯(lián)電力起爆，運用專用放炮母線，且爆破網(wǎng)絡(luò)總電流大于起爆電流的2倍以上，炮眼的煤層段不裝藥。運用合格的煤礦安全炸藥和安全電，毫秒延期電最終一段不超過130ms。2.6支護(hù)依據(jù)煤層的地質(zhì)和放震驚炮震驚大以及隧道雨季最大涌水量Q＝75566m3/d的特點。揭煤時支護(hù)分為三步進(jìn)行。一是按時施作金屬骨架法防突出；二是管棚防坍塌；三是向巖體壓注水泥－水玻璃雙液漿加固巖體或封閉煤層裂隙法防水。詳細(xì)做法：相間施作超前注漿錨桿及外層漿錨桿，前者采納WTD25中空注漿錨桿，外垂角30°，長5m，每2m一循環(huán)。后者采納G38N自進(jìn)式錨桿，外插角2°，長5m，每4m一循環(huán)。采納水泥一水玻璃雙液漿向巖體及封閉煤層裂隙注漿，水灰比1：1，C：S＝1：0.6，水玻璃模數(shù)m＝2.4～3.4，玻鎂度Be＝35°。金屬骨架采納12.6號工字鋼，每延米1榀。2.7通風(fēng)設(shè)計（1）在通風(fēng)計算中分別根據(jù)a.洞內(nèi)答應(yīng)的最小風(fēng)速計算；b.爆破因素計算；c.洞內(nèi)同時工作的最大人數(shù)計算；d.瓦斯涌出量計算。并對其進(jìn)行阻力計算得出風(fēng)機(jī)的最大壓力，取各計算方法所得結(jié)果的最大值為：正洞風(fēng)量XXX8m3/mig，平導(dǎo)風(fēng)量861m3/min，總風(fēng)量為1869m3/min。風(fēng)壓為3320pa。（2）風(fēng)機(jī)的選擇考慮到施工干擾與備用風(fēng)機(jī)的和管理運用等方面的因素，正洞安裝XXX0mm3/min壓入式風(fēng)機(jī)供風(fēng)，3#橫通道安裝20XXm3/min向正洞小導(dǎo)坑和平導(dǎo)供風(fēng)。風(fēng)壓為4800pa，均為防爆型風(fēng)機(jī)。（3）風(fēng)管的選擇風(fēng)管一律選用1200mm防爆型阻燃軟質(zhì)風(fēng)管。三通風(fēng)管采納0.75mm的鍍鋅鐵皮彎制焊接而成。通風(fēng)系統(tǒng)圖如3。圖3通風(fēng)系統(tǒng)布置圖2、重點工序的安全措施3.1打截排鉆的安全技術(shù)措施若有突出危險，需要進(jìn)行瓦斯排放時，用液壓鉆機(jī)打108mm的鉆孔，機(jī)身要支撐堅固，距離工作面一般不大于1.5m。各種裝備必需完好達(dá)標(biāo)，每次開鉆前瓦檢員必需嚴(yán)格認(rèn)真檢查工作畫和回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，如瓦斯?jié)舛群砍瑯?biāo)或有瓦斯噴孔現(xiàn)象時，不能拔出鉆桿，立刻停電撤人，等噴孔完畢，瓦斯含量降到安全施工條件時方可復(fù)鉆。3.2刷斜面的安全技術(shù)措施經(jīng)檢驗瓦斯三項指標(biāo)均合格后開頭刷斜面工作。打炮眼前，先用風(fēng)鉆釬子在隧洞頂部和中間各打1個打探眼，方向盡量與巖層面垂直，眼深3m。進(jìn)一步探明離煤層距離，然后在保證2m巖柱的情況下刷出斜面。刷斜面實行打淺眼、少裝藥、放小炮往前推動。3.3鉆炮眼的安全技術(shù)措施在有突出危險的煤層中作業(yè)，鉆炮眼是非常危險的工序，一旦排放不到位，在鉆眼中很簡單引起煤與瓦斯突出。因此，施工時技術(shù)員必需親臨現(xiàn)場。根據(jù)爆破圖表的炮眼位置、角度、深度等進(jìn)行打眼。工作面不得超過2臺風(fēng)鉆，作業(yè)時瓦檢員常常檢查瓦斯?jié)舛?，如發(fā)現(xiàn)鉆孔中返水、夾帶煤粉、卡鉆等異樣情況應(yīng)立刻組織人員撤到安全地帶，按時向揭煤領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室匯報，待研討措施后進(jìn)行處理。3.4裝配引藥、放炮的安全技術(shù)措施專職放炮員領(lǐng)用炸藥后，根據(jù)爆破規(guī)程在無電器裝備的安全洞室內(nèi)制做引藥。四周不準(zhǔn)有其他人員。放炮前停掉回風(fēng)洞內(nèi)一切電源，撤離人員，局扇正常通風(fēng)，采納進(jìn)風(fēng)側(cè)500m的避難洞室中遠(yuǎn)距離放炮，放炮地點配備自救器，風(fēng)門要關(guān)好。炮響后約30min，搶救隊員、瓦檢員、安全員帶好自救器，邊走邊檢查瓦斯，依據(jù)檢查結(jié)果，確定恢復(fù)送電、通風(fēng)、排解瓦斯等詳細(xì)工作。4．安全管理措施4.1準(zhǔn)備充足，組織周密。在隧道施工上場之初就組成了由指揮長、總工程師、外聘專家、集團(tuán)公司專家組成的揭煤施工領(lǐng)導(dǎo)小組。由指揮部組織有關(guān)人員參照鐵道部《鐵路瓦斯隧道技術(shù)管理暫行規(guī)定》、煤炭部《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》《煤礦安全規(guī)程》，煤炭部《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》《煤礦安全規(guī)程》編制了朱嘎隧道《揭煤施工安全技術(shù)暫行規(guī)定》；并邀請路內(nèi)外專家對其進(jìn)行了評審后分發(fā)至每一個員工手中。全員培訓(xùn)，嚴(yán)格考試。鑒于隧道瓦斯含量高、壓力大、有突出危險，為確保施工安全，我們與貴州省六枝礦務(wù)局聯(lián)系，特地組織十幾人的技術(shù)骨干實地辦學(xué)習(xí)班，并聘請貴州省煤礦局專家授課，對揭煤施工工藝、技術(shù)方案、機(jī)械裝備、應(yīng)急等進(jìn)行了系統(tǒng)學(xué)習(xí)。并對全體員工分批次進(jìn)行強(qiáng)制性培訓(xùn)，經(jīng)過嚴(yán)格考試合和能上崗操作。4.3超前預(yù)報，防患于未然。請石家莊鐵道學(xué)院的地質(zhì)專家利用先進(jìn)的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)TSP202對地質(zhì)進(jìn)行超前探測。精確了解地質(zhì)情況，做到先知先覺，防患于未然。雖然隧道提前55m進(jìn)入煤層，但各項準(zhǔn)備工作全部到位，按施工組組設(shè)計安全順當(dāng)通過第一層煤。4.4高度重視，群防群治（1）在靠近煤層時，揭煤施工領(lǐng)導(dǎo)小組駐現(xiàn)場指揮，并聘請煤礦有豐富經(jīng)驗的技術(shù)人員和工人現(xiàn)場幫忙指導(dǎo)。對揭煤施行統(tǒng)一指揮，施行各個崗位定崗、定責(zé)、定人，爆破定時、撤離、停電、停風(fēng)、復(fù)電、通風(fēng)、復(fù)工報告通知制度。施行24h洞口檢身制度和每天交班會制度，確保安全揭煤。（2）揭煤前3天召開準(zhǔn)備會議，布置停電、撤人、警戒等工作。對通風(fēng)、瓦斯監(jiān)測報警系統(tǒng)、電風(fēng)氣裝備防爆性能、避難洞室和避難線路標(biāo)志等進(jìn)行一次全面檢查，確保暢通完好。（3）揭煤前2天，搶救隊和醫(yī)療組到達(dá)現(xiàn)場，進(jìn)洞調(diào)查，熟識避難線路，對全體施工人員進(jìn)行防突防爆教育。（4）揭煤前1天，洞口設(shè)揭煤領(lǐng)導(dǎo)小組值班室，現(xiàn)場指揮揭煤。由總指揮長及現(xiàn)場指揮長組織人員在洞口會議室召開揭煤準(zhǔn)備工作會議。檢查工作任務(wù)完成情況，布置揭煤的詳細(xì)工作，提出要求，落實工作人員的責(zé)任。正洞由于只進(jìn)新奇空氣可以正常開挖，平導(dǎo)和小導(dǎo)坑內(nèi)一律運用防爆裝備，供電采納雙回路電源，洞內(nèi)用電運用“三專兩閉鎖”裝置（專用變壓器，專用開關(guān)，專用線路，風(fēng)電閉鎖，瓦斯、電閉鎖）。每次開風(fēng)機(jī)都要檢測20m以內(nèi)的瓦斯?jié)舛龋匦栊∮?％。工作面晝夜設(shè)專職瓦檢員檢測記錄瓦斯情況，瓦檢員人手1臺光干預(yù)瓦檢儀和便攜式瓦斯