圓梁山隧道進(jìn)口非煤系地段施工通風(fēng)與瓦斯治理

圓梁山隧道進(jìn)口非煤系地段施工通風(fēng)與瓦斯治理摘要圓梁山隧道非煤系地層出現(xiàn)瓦斯、SO2、H2S、VOC等有害氣體。本文主要對這一地段的施工通風(fēng)系統(tǒng)、瓦斯治理情況及其治理效果作了介紹。關(guān)鍵詞非煤系施工通風(fēng)瓦斯治理1工程概況渝懷線圓梁山隧道位于重慶市酉陽縣境內(nèi)，全長11068m，最大埋深約780m，其進(jìn)口正洞里程為DK351+465，平導(dǎo)橫洞口里程為PDK351+616。該隧道穿越烏江水系與沅江水系的分水嶺——武陵山脈。主要工程地質(zhì)問題為毛壩向斜段大規(guī)模涌（突）水、煤層及巖層裂隙瓦斯、天然氣、SO2、VOC等其它有毒有害氣體。地層巖性主要為灰?guī)r、頁巖、泥巖、砂巖、白云巖等。圓梁山隧道進(jìn)口工區(qū)運(yùn)輸方式為有軌運(yùn)輸。2施工通風(fēng)圓梁山隧道進(jìn)口煤系地層里程正洞為DK353+960～DK354+260、DK354+575～DK354+875，平導(dǎo)為PDK353+965～PDK354+265、PDK354+600～PDK354+900。當(dāng)平導(dǎo)開挖至PDK353+351，進(jìn)入二疊系棲霞組灰黑色瀝青質(zhì)灰?guī)r段，出現(xiàn)刺激性氣味的氣體涌出，掌子面打鉆時常常發(fā)生氣體噴孔現(xiàn)象，工人出現(xiàn)惡心、嘔吐、頭暈等癥狀，隨即進(jìn)行瓦斯及空氣質(zhì)量監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表1，由表1可知，CO、SO2、VOC、H2S、LEL、CH4及NO2在放炮后通風(fēng)5分鐘時其濃度仍超過安全標(biāo)準(zhǔn)。氣體濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)表表1通通風(fēng)時間（mmin）CO（ppm）SO2（ppm）VOC（ppm）H2S（ppm）LEL（%）O2（%）CH4（%）NO2(ppm)5455128661820.32.1161018963511220.31.01515842120820.30.82320741.79.60620.30.652255113.80320.30.26030400.92.20320.30.02035350.62.30220.40.03040320.62.00220.40.020根據(jù)表1的測試結(jié)果及時調(diào)整通風(fēng)方案，調(diào)整后的通風(fēng)系統(tǒng)布置如圖1所示。方案實施時，隧道開挖施工作業(yè)面有四個，即二通全斷面開挖作業(yè)面、三通下導(dǎo)坑開挖作業(yè)面、平導(dǎo)全斷面開挖作業(yè)面和正洞后部擴(kuò)挖作業(yè)面。方案中，風(fēng)機(jī)布設(shè)為：①封閉一通，同時在一通設(shè)A1軸流風(fēng)機(jī)，通過1號管路為二通全斷面開挖作業(yè)面供風(fēng)；②在二通口前的平導(dǎo)內(nèi)設(shè)A2軸流風(fēng)機(jī)（風(fēng)機(jī)距二通口約35m左右），形成2號管路，2號管路既可為三通下導(dǎo)坑開挖作業(yè)面供風(fēng)，又可為平導(dǎo)全斷面開挖作業(yè)面供風(fēng)，風(fēng)量由三通口處的調(diào)節(jié)閥門來控制，當(dāng)平導(dǎo)作業(yè)面有害氣體濃度超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)時，可通過調(diào)節(jié)閥門來增大平導(dǎo)掌子面的風(fēng)量，以稀釋濃度超標(biāo)的有害氣體；③在二通口前的平導(dǎo)內(nèi)設(shè)A3軸流風(fēng)機(jī)（風(fēng)機(jī)距二通口約35m左右），通過3號管路為平導(dǎo)全斷面開挖作業(yè)面供風(fēng)；④在平導(dǎo)內(nèi)A2、A3軸流風(fēng)機(jī)之前設(shè)B1、B2射流風(fēng)機(jī)，射流風(fēng)機(jī)距軸流風(fēng)機(jī)的距離應(yīng)為25m左右，以形成平導(dǎo)進(jìn)新風(fēng)，污風(fēng)經(jīng)二通、正洞排出洞外。射流風(fēng)機(jī)在不影響運(yùn)輸行車的情況下應(yīng)盡量設(shè)在平導(dǎo)斷面較小的地方；⑤正洞后部擴(kuò)挖作業(yè)面在總回風(fēng)道中，風(fēng)量足夠解決其作業(yè)面的污染問題。這種通風(fēng)方式要求三通下導(dǎo)坑開挖作業(yè)面和平導(dǎo)開挖作業(yè)面不能同時放炮，具體放炮時間可根據(jù)氣體濃度監(jiān)測結(jié)果，在其濃度處于安全標(biāo)準(zhǔn)以下時可進(jìn)行另一作業(yè)面的放炮工作。圖1圓梁山隧道進(jìn)口通風(fēng)系統(tǒng)布置圖隨著開挖施工進(jìn)行，正洞二通和三通貫通，由于受卸碴場地所限，施作0號反通，將原平導(dǎo)卸碴場地由平導(dǎo)口改為正洞口，同時施作了四號通道，形成四通下導(dǎo)坑作業(yè)面，如圖2所示。圖2圓梁山隧道進(jìn)口通風(fēng)系統(tǒng)布置圖針對施工布置狀況，通風(fēng)方案進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整：①封閉一通、二通，避免形成污風(fēng)循環(huán)；②將A1軸流風(fēng)機(jī)移至三通口，通過一號管路對三通作業(yè)面供風(fēng)；③將A2軸流風(fēng)機(jī)移至三通口，形成2號管路，2號管路在四通口處設(shè)置可調(diào)三通，當(dāng)四通掌子面需風(fēng)量較大時，可關(guān)閉平導(dǎo)的閥門，開啟四通的閥門，當(dāng)平導(dǎo)需風(fēng)量較大時，可關(guān)閉四通的閥門，開啟平導(dǎo)的閥門；④將A3軸流風(fēng)機(jī)移至三通口，通過3號管路對平導(dǎo)作業(yè)面供風(fēng)；⑤在0號橫通道里設(shè)置了一臺射流風(fēng)機(jī)，既可防止污風(fēng)循環(huán)，又不影響出碴運(yùn)輸；⑥將B1、B2射流風(fēng)機(jī)移至三通口的軸流風(fēng)機(jī)之前，因巷道通風(fēng)線路增長，為防止平導(dǎo)內(nèi)三通口的軸流風(fēng)機(jī)出現(xiàn)污風(fēng)循環(huán)，在平導(dǎo)內(nèi)增設(shè)了B3射流風(fēng)機(jī)，以形成平導(dǎo)進(jìn)新風(fēng)，污風(fēng)經(jīng)三通、正洞排出洞外，B3射流風(fēng)機(jī)與B1、B2射流風(fēng)機(jī)的距離應(yīng)大于50m。B1、B2、B3射流風(fēng)機(jī)在不影響運(yùn)輸行車的情況下應(yīng)盡量設(shè)在平導(dǎo)斷面較小的地方，這樣可以使射流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓力增大。上述軸流風(fēng)機(jī)和射流風(fēng)機(jī)在平導(dǎo)內(nèi)的位置與圖1所示的一樣。3瓦斯治理3.1瓦斯排放為防止開挖爆破后瓦斯氣體大量涌出而出現(xiàn)瓦斯?jié)舛葒?yán)重超標(biāo)的情況，在平導(dǎo)掌子面向掘進(jìn)方向施作超前卸壓孔。卸壓孔全斷面布設(shè)8個，如圖3所示。卸壓孔外插角度為2°，孔徑為φ90mm，孔距為1.28m，孔深30m，孔口距周邊距離為30cm，超前距（超前鉆孔的長度與允許掘進(jìn)長度之差）不小于5m，使每次掘進(jìn)時至少保留不小于5m的經(jīng)過瓦斯排放和應(yīng)力釋放的安全距離。在超前卸壓孔施過程中，加強(qiáng)掌子面瓦斯?jié)舛群涂變?nèi)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，通過濃度變化分析，研究下一步通風(fēng)方案和開挖施工措施。圖3超前卸壓孔布置圖3.2瓦斯監(jiān)測3.2.1檢測儀器圓梁山隧道進(jìn)口在非煤系地段出現(xiàn)瓦斯及其它有害氣體時所采用的監(jiān)測儀器如表2所示。氣體監(jiān)測儀器表表2序號儀器名稱型號測試氣體種類生產(chǎn)廠家1五合一氣體檢測儀儀PGM-50-55PSO2、H2S、LEL、VOC、O2美國華瑞公司2一氧化碳檢測儀GASMANⅡCO英國科爾康公司3二氧化氮檢測儀GASMANⅡNO2英國科爾康公司4光干涉甲烷測定器器AQG-1CH4、CO2撫順煤礦安全儀器器廠5瓦斯自動監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)TF200型CH4重慶煤礦安全儀器器廠3.2.2瓦斯監(jiān)控瓦斯監(jiān)測采用人工檢測和自動監(jiān)測相結(jié)合。人工檢測實行“一炮三檢”（鉆孔前、裝藥前、起爆前）制，鉆孔作業(yè)及打超前泄壓孔時作到隨時監(jiān)測瓦斯?jié)舛?，自動監(jiān)測圖4瓦斯自動監(jiān)測系統(tǒng)布置圖系統(tǒng)用TF-200型煤礦自動報警監(jiān)測儀，在平導(dǎo)作業(yè)面、三通作業(yè)面、四通下導(dǎo)坑作業(yè)面、總回風(fēng)及風(fēng)機(jī)入風(fēng)口處各設(shè)瓦斯超限報警探頭一個，通過信號線路，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測數(shù)據(jù)被傳輸?shù)蕉纯陲@示屏及主控房，瓦斯自動監(jiān)測系統(tǒng)布置見圖4。對SO2、VOC等有害氣體，用美國產(chǎn)PGW-50-5P型五合一氣體檢測儀進(jìn)行檢測，可同時連續(xù)測試SO2、H2S、LEL、VOC、O2五種氣體的濃度。3.3安全措施瓦斯?jié)舛热Q于圍巖及其裂隙中的瓦斯含量，只能采取超前鉆孔卸壓和加強(qiáng)通風(fēng)的方法使洞內(nèi)瓦斯?jié)舛冉档偷桨踩珮?biāo)準(zhǔn)以下。3.3.1管理措施①杜絕火源。所有進(jìn)洞作業(yè)人員嚴(yán)禁帶煙、火及其它易燃物進(jìn)洞。②防放炮火花。使用毫秒雷管和煤礦安全炸藥，炮眼封堵必須使用水炮泥或粘土炮泥。③防電氣火花。洞內(nèi)使用的機(jī)電設(shè)備，均采用礦用防爆型，從事電焊、氣焊作業(yè)時應(yīng)由瓦檢員旁站檢測，當(dāng)工作地點前后10m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛雀哂?.5%時應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)。④防靜電。所有進(jìn)洞人員必須穿純棉工作服，采用阻燃、抗靜電通風(fēng)管。⑤防撞擊火花。裝碴前先把石碴灑水潤濕，防止耙頭與石碴撞擊產(chǎn)生火花，拆卸鋼模板和鋪設(shè)軌道時均使用木錘。3.3.2技術(shù)措施采用打大直徑超前卸壓孔的辦法，以提前釋放掌子面前方可能存在的瓦斯氣囊及巖層內(nèi)的高壓瓦斯，同時測試超前卸壓孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛?，根?jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析預(yù)測瓦斯涌出量，根據(jù)預(yù)測瓦斯涌出量，可采取調(diào)整施工作業(yè)工序，形成單作業(yè)面放炮，加強(qiáng)施工通風(fēng)措施，以保證施工安全。4效果圓梁山隧道進(jìn)口在非煤系地段的巖層內(nèi)出現(xiàn)瓦斯、SO2等有害氣體，且經(jīng)常發(fā)生噴孔、頂鉆等現(xiàn)象，瓦斯?jié)舛容^高，為保證施工安全，采用打大直徑超前鉆孔的辦法，以提前釋放掌子面前方可能存在的瓦斯氣囊及巖層內(nèi)的高壓瓦斯。測試平導(dǎo)掌子面超前泄壓孔內(nèi)（距平導(dǎo)掌子面50cm）的瓦斯?jié)舛?，繪制瓦斯?jié)舛茸兓€，如圖5-1所示（儀器最大量程為10%，因而在曲線繪制時瓦斯最大濃度取10%），測試平導(dǎo)掌子面打鉆過程和放炮后出碴過程的瓦斯?jié)舛?，根?jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制瓦斯?jié)舛茸兓€，如圖5-2所示。圖5-1超前鉆孔內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓€圖5-2瓦斯?jié)舛茸兓€對平導(dǎo)掌子面放炮后的空氣質(zhì)量進(jìn)行了檢測，并繪制濃度變化曲線，如圖6所示（因所測得的H2S、LEL、NO2、CO2濃度值很小，均遠(yuǎn)低于安全標(biāo)準(zhǔn)，所以在濃度變化曲線圖上沒有繪制這四種氣體的濃度變化曲線）圖6平導(dǎo)放炮后SO2、VOC、O2濃度變化曲線①由圖5-1可知，超前鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛仍诤荛L一段時間內(nèi)超過10％，可見圓梁山隧道進(jìn)口在非煤系地層中瓦斯含量亦較大。②從圖5-2可知，在打鉆過程和放炮后出碴過程中，通過采取合理的施工通風(fēng)方案，使從掌子面的巖石和放炮后的石碴中釋放出的瓦斯能很快被送到掌子面的新鮮風(fēng)稀釋到安全值1％以下。③從圖6可知，SO2、VOC的濃度通風(fēng)5min就能下降到安全標(biāo)準(zhǔn)，O2的濃度基本保持不變，始終在安全標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。綜合分析瓦斯?jié)舛茸兓€和SO2、VOC、O2濃度變化曲線，盡管隧道穿越的非煤系地層中瓦斯、SO2等其它有害氣體濃度較高，但采取打超前卸壓鉆孔、加強(qiáng)通風(fēng)等措施，所測各種有害氣體的濃度都能很快下降到安全標(biāo)準(zhǔn)以下，這說明所采用的通風(fēng)方案和其它施工措施是