侯月鐵路云臺山隧道瓦斯治理

侯月鐵路云臺山隧道瓦斯治理

1云臺山隧道采用瓦斯隧道防護(hù)研究,現(xiàn)狀及問題侯月鐵路云臺山隧道是國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，屬于單孔線隧道。隧道(Ⅰ線)全長8145m,隧道(Ⅱ線)全長8178m。隧道(Ⅰ線)需通過1740m的石炭、二疊系含煤系地層,預(yù)測本地區(qū)屬于高瓦斯區(qū)。平導(dǎo)和正洞共計12次揭穿3#、9#、10#、15#等主要煤層,其中15#煤層的煤質(zhì)指標(biāo)超過突出臨界值,以前在類似此地層的瓦斯隧道施工中曾發(fā)生過瓦斯爆炸。為保證安全施工,原鐵道部隧道工程局和原焦作礦業(yè)學(xué)院合作,對有瓦斯突出危險和瓦斯涌出的云臺山隧道共同進(jìn)行安全施工防護(hù)研究。從1990年10月至1992年6月,歷時1年零9個月,其間平導(dǎo)和主洞實(shí)際石門揭煤22次,在雙方科技人員的共同努力下,保證了瓦斯隧道施工的安全,沒發(fā)生一次瓦斯爆炸及爆破安全事故。下面對該隧道石門揭煤中的爆破技術(shù)及安全管理進(jìn)行介紹。2隧道揭煤點(diǎn)瓦斯含量及突出危險性分析按計劃第1次石門揭煤是在平導(dǎo)、揭煤點(diǎn)位于DK86+(188～200m)處,應(yīng)揭開3#煤層。根據(jù)原鐵道部隧道工程局勘測設(shè)計院提供的《侯月線云臺山隧道瓦斯地質(zhì)補(bǔ)充鉆探成果報告》,3#煤層瓦斯參數(shù)如表1所示。考慮到煤層瓦斯賦存的不均衡性、瓦斯突出的復(fù)雜性,以及鉆探僅3個鉆孔,對瓦斯評價尚感參數(shù)數(shù)量不足。為確保隧道揭煤安全,尚需對具體揭煤點(diǎn)的瓦斯?fàn)顩r及突出危險性作進(jìn)一步詳細(xì)測定。為此在隧道進(jìn)口工區(qū)、平導(dǎo)距煤層57.2m和12m處進(jìn)行了兩次水平鉆探,所獲瓦斯資料見表2。根據(jù)補(bǔ)充鉆探及兩次水平鉆探所獲瓦斯資料,得出如下基本認(rèn)識:(1)3#煤層是含瓦斯煤層,但瓦斯含量很少,在鉆孔揭露煤層及穿過煤層全厚時,測得鉆孔內(nèi)最大瓦斯?jié)舛葍H0.1%,根本測不出瓦斯流量,故勿需進(jìn)行瓦斯壓力測定。(2)從瓦斯含量、鉆孔瓦斯涌出情況及補(bǔ)充鉆探研究報告提供的瓦斯組分看,該揭煤點(diǎn)仍處于瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)。(3)從影響突出的煤質(zhì)指標(biāo)看,其煤的堅固性系數(shù)f值、瓦斯放散初速度Δp值及煤層結(jié)構(gòu)破壞類型,其指標(biāo)值均處于非突出范圍內(nèi)。(4)水平鉆探結(jié)果證實(shí),揭煤點(diǎn)瓦斯?fàn)顩r與補(bǔ)充鉆探研究成果是吻合的。基于上述分析,我們認(rèn)為,對進(jìn)口工區(qū)平導(dǎo)1號揭煤點(diǎn),應(yīng)定為非突出煤層,掘進(jìn)巷道瓦斯等級為低瓦斯。3第一種石門開挖開挖工程3.1隧道照明與安全意識原鐵道部隧道局在以前的隧道施工中,都是采用火雷管或普通導(dǎo)爆索,隧道照明和家用照明一樣用220V電壓,工人在洞中用手電筒照明,洞中的電器設(shè)備也不防爆。在揭煤前,針對隧道施工中存在的問題作了改進(jìn),照明換成防爆探照燈,電器設(shè)備換成防爆型的,對工人進(jìn)行了安全培訓(xùn)和安全教育,配置了防爆礦燈,加強(qiáng)了通風(fēng)管理。在煤層地段不再使用火雷管起爆,并在洞外對電起爆雷管連線、起爆進(jìn)行了模擬演示,做了充分的爆石門揭煤的準(zhǔn)備。3.2藥卷的選擇和規(guī)格根據(jù)隧道工程局勘測設(shè)計院的補(bǔ)充鉆探結(jié)果和揭煤前兩次鉆探預(yù)測,測得鉆孔內(nèi)最高瓦斯?jié)舛葹?.1%,因此選用適用于低瓦斯礦井的2#煤礦安全炸藥。在炮孔直徑?42mm條件下,選用?32mm的藥卷,規(guī)格為?32mm×200mm,重150g。雷管選用煤礦毫秒電雷管1～5段,發(fā)爆器選用MFB200,并嚴(yán)格檢測雷管,使同組起爆雷管電阻差值不超過0.5Ω(鎳鉻絲),連線方式為大串聯(lián)。3.3全斷面巖巷爆破技術(shù)平導(dǎo)第1次揭煤在DK86+(188～200m)處,爆破需9個循環(huán)才能通過該煤層,如圖1所示。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,無論是突出煤層還是非突出煤層,只要是瓦斯煤層,在距煤層10m開始,必須采用電起爆,并且只準(zhǔn)使用煤礦安全炸藥和煤礦安全電雷管。在距煤層10m以內(nèi)設(shè)計的全斷面巖巷爆破(見圖2),采用9孔平行掏槽、中間孔也裝藥,其裝藥參數(shù)見表3。對平導(dǎo)第1次揭煤中9個循環(huán)的斷面,按梯形斷面逐一做了設(shè)計(圖略),裝藥參數(shù)如表4、表5。4瓦斯隧道的確定根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,在巷道要穿越的煤層中,只要有一個煤巖層發(fā)現(xiàn)過一次瓦斯超限,該巷道就應(yīng)定為瓦斯巷道。同理,在巷隧道要穿越的煤層中,只要有一個煤巖層發(fā)現(xiàn)過一次瓦斯超限,該隧道就應(yīng)定為瓦斯隧道。隧道在含煤段及瓦斯排放段應(yīng)按瓦斯隧道管理。云臺山瓦斯隧道的爆破管理有如下方面的經(jīng)驗(yàn)。4.1煤的瓦斯含量及操作規(guī)范(1)首先應(yīng)了解清楚隧道穿越煤層的瓦斯地質(zhì)條件、煤層厚度及其穩(wěn)定性,地層產(chǎn)狀、圍巖性質(zhì)及厚度,煤層瓦斯含量、可解吸瓦斯量、瓦斯成分、鉆孔透煤時的瓦斯涌出情況及瓦斯動力現(xiàn)象等基礎(chǔ)資料。(2)工作面接近煤層時,必須在距離煤層10m以外開始打鉆,并經(jīng)常檢查瓦斯,以了解煤層的瓦斯?fàn)顩r,為揭煤時配風(fēng)及制訂安全措施提供依據(jù)。(3)在石門揭煤前進(jìn)行電起爆試驗(yàn),完善通風(fēng)設(shè)施,加強(qiáng)通風(fēng)管理,配備夠安全人員,并實(shí)行一炮三檢制度。4.2瓦斯排放空間下的處理(1)隧道作業(yè)面的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%,就必須停止電動設(shè)備作業(yè)。作業(yè)面瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%或CO2濃度達(dá)到1.5%,必須停止工作、切斷電源、進(jìn)行處理。(2)進(jìn)行爆破作業(yè)時,放炮地點(diǎn)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時,嚴(yán)禁放炮。(3)電動機(jī)或其開關(guān)地點(diǎn)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時,停止運(yùn)轉(zhuǎn)、撤出人員、切斷電源、進(jìn)行處理。(4)在掌子面內(nèi)、體積大于0.5m3的空間中,局部積聚的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2%時,附近20m以內(nèi)必須停止工作、撤出人員、切斷電源、進(jìn)行處理。(5)使用局扇通風(fēng)的獨(dú)頭掌子面,因檢修、停電等原因停風(fēng)時,必須撤出人員、切斷電源?；謴?fù)通風(fēng)前,必須檢查瓦斯、局扇及其開關(guān)地點(diǎn)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛榷疾怀^0.5%時,方可人工開動局部扇風(fēng)機(jī)。4.3瓦斯的安全試驗(yàn)(1)隧道因停電檢修、主扇停轉(zhuǎn)時,必須有恢復(fù)通風(fēng)、排除瓦斯和送電的安全措施,受停風(fēng)影響的地點(diǎn),只有經(jīng)瓦斯檢查、證實(shí)無危險后,方可恢復(fù)工作。(2)因臨時停電或其它原因使局扇停止運(yùn)轉(zhuǎn),恢復(fù)通風(fēng)前,必須先檢查瓦斯,只有瓦斯?jié)舛炔怀^1%時,方可恢復(fù)正常通風(fēng)。4.4定期進(jìn)行檢查(1)對于瓦斯隧道必須建立瓦斯檢查制度,隊長、主任工程師必須審閱瓦斯檢查報表。(2)對掌子面和可能涌出瓦斯或可能積存瓦斯的地點(diǎn),必須定期進(jìn)行檢查,每班最少不得少于3次,不許空班漏檢。(3)對有煤與瓦斯突出的掌子面,由于瓦斯涌出量大,變化異常,必須有專人檢查CH4和CO2。4.5瓦斯?jié)舛葘ο到y(tǒng)使用的影響電氣設(shè)備產(chǎn)生的電火花是引爆瓦斯的主要火源之一,應(yīng)合理使用,嚴(yán)格管理。(1)設(shè)置在有瓦斯涌出的掌子面含瓦斯風(fēng)流中的電氣設(shè)備,必須選用礦用防爆型的。掌子面使用非防爆型電氣設(shè)備,在打孔放炮作業(yè)時,必須切斷電源。只有當(dāng)瓦斯?jié)舛刃∮?%時,方可送電。(2)瓦斯掌子面及含瓦斯風(fēng)流流經(jīng)的通道內(nèi)應(yīng)使用防爆型照明燈具。(3)普通型便攜式電氣測量儀器只準(zhǔn)在瓦斯?jié)舛刃∮?%以下的地點(diǎn)使用。(4)非專職或非值班電氣工作人員,不得擅自操作電氣設(shè)備。(5)進(jìn)入瓦斯隧道的電氣設(shè)備,必須事先進(jìn)行安全性能檢驗(yàn)。(6)隧道內(nèi)供電必須作到“三無”、“四有”、“兩齊”、“三全”(內(nèi)容從略)。(7)洞內(nèi)不得帶電檢修和搬動電氣設(shè)備(包括電纜、電線)。(8)掌子面移動式電氣設(shè)備,每班工作結(jié)束后及司機(jī)離開機(jī)器時,必須切斷電源(局扇除外)。4.6個瓦斯隧道放炮人員(1)瓦斯隧道應(yīng)使用煤礦許用安全電雷管和安全炸藥。(2)電雷管發(fā)放前,應(yīng)逐個作全電阻檢查,并將腳線擰成短路,嚴(yán)禁發(fā)放不導(dǎo)通和電阻不合格的電雷管。(3)放炮員和接觸爆破器材的人員,應(yīng)穿棉布或抗靜電的衣服,不得穿化纖服裝。(4)放炮工作必須由專職放炮員擔(dān)任,放炮員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)。(5)使用煤礦許用的毫秒延時電雷管時,最后一段延時不得超過130ms,且不得跳段使用。在距煤層10m以外的無瓦斯隧道內(nèi),可以采用非電起爆。(6)掌子面只準(zhǔn)一次裝藥一次放炮,并要嚴(yán)格執(zhí)行一炮三檢制。放炮地點(diǎn)附近20m以內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時,必須停止放炮。(7)制備起爆藥包時,電雷管插入藥卷后,應(yīng)用腳線將藥卷纏住,并將雷管腳線端扭結(jié)短路。(8)炮孔未裝藥段,必須用封泥充填密實(shí),封泥長度應(yīng)符合下列要求:孔深小于0.6m時,不得裝藥放炮;孔深為0.6～1.0m時,封泥長度不得小于孔深的1/3;孔深超過1m時,封泥長度不得小于0.5m;深孔爆破的封泥長度不得小于1m。(9)放炮前必須設(shè)置警戒,由專人把守。(10)嚴(yán)禁攜帶引火物進(jìn)入瓦斯隧道,嚴(yán)禁在隧道內(nèi)吸煙和使用手電筒照明。(11)石門揭煤前必須做好通風(fēng)設(shè)計及通風(fēng)管理工作。5爆破及瓦斯隧道首先使用水平鉆機(jī)確定了煤層的位置,對瓦斯含量進(jìn)行了測量,并適當(dāng)提前釋放瓦斯,制定了嚴(yán)格的安全防護(hù)及撤離措施。然后按照爆破設(shè)計和瓦斯隧道安全作業(yè)的管理辦法,并按預(yù)計在DK86+190m的位置安全揭開了煤層。在揭煤時,局部瓦斯?jié)舛仍^10%,加強(qiáng)了通風(fēng)和檢查。煤層全斷面揭開后,局部瓦斯涌出消除,全斷面平均瓦斯?jié)舛戎挥?.32%,對安全不造成威脅,順利通過了第1次石門揭煤。6爆破安全管理方面,云臺山隧道通過云臺山隧道平導(dǎo)第1次石門揭煤后,為后來的21次揭煤打下了很好的基礎(chǔ),確定了有關(guān)瓦斯參數(shù),積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn),在以