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研究,現(xiàn)狀及問題侯月鐵路云臺山隧道是國家重點建設項目，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,預測本地區(qū)屬于高瓦斯區(qū)。平導和正洞共計12次揭穿3#、9#、10#、15#等主要煤層,其中15#煤層的煤質指標超過突出臨界值,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行安全施工防護研究。從1990年10月至1992年6月,歷時1年零9個月,其間平導和主洞實際石門揭煤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及安全管理進行介紹。2隧道揭煤點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、揭煤點位于DK86+(188～200m)處,應揭開3#煤層。根據(jù)原鐵道部隧道工程局勘測設計院提供的《侯月線云臺山隧道瓦斯地質補充鉆探成果報告》,3#煤層瓦斯參數(shù)如表1所示?？紤]到煤層瓦斯賦存的不均衡性、瓦斯突出的復雜性,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,尚需對具體揭煤點的瓦斯狀況及突出危險性作進一步詳細測定。為此在隧道進口工區(qū)、平導距煤層57.2m和12m處進行了兩次水平鉆探,所獲瓦斯資料見表2。根據(jù)補充鉆探及兩次水平鉆探所獲瓦斯資料,得出如下基本認識:(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,測得鉆孔內最大瓦斯?jié)舛葍H0.1%,根本測不出瓦斯流量,故勿需進行瓦斯壓力測定。(2)從瓦斯含量、鉆孔瓦斯涌出情況及補充鉆探研究報告提供的瓦斯組分看,該揭煤點仍處于瓦斯風化帶內。(3)從影響突出的煤質指標看,其煤的堅固性系數(shù)f值、瓦斯放散初速度Δp值及煤層結構破壞類型,其指標值均處于非突出范圍內。(4)水平鉆探結果證實,揭煤點瓦斯狀況與補充鉆探研究成果是吻合的。基于上述分析,我們認為,對進口工區(qū)平導1號揭煤點,應定為非突出煤層,掘進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,照明換成防爆探照燈,電器設備換成防爆型的,對工人進行了安全培訓和安全教育,配置了防爆礦燈,加強了通風管理。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、起爆進行了模擬演示,做了充分的爆石門揭煤的準備。3.2藥卷的選擇和規(guī)格根據(jù)隧道工程局勘測設計院的補充鉆探結果和揭煤前兩次鉆探預測,測得鉆孔內最高瓦斯?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平導第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,并且只準使用煤礦安全炸藥和煤礦安全電雷管。在距煤層10m以內設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。對平導第1次揭煤中9個循環(huán)的斷面,按梯形斷面逐一做了設計(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,該隧道就應定為瓦斯隧道。隧道在含煤段及瓦斯排放段應按瓦斯隧道管理。云臺山瓦斯隧道的爆破管理有如下方面的經驗。4.1煤的瓦斯含量及操作規(guī)范(1)首先應了解清楚隧道穿越煤層的瓦斯地質條件、煤層厚度及其穩(wěn)定性,地層產狀、圍巖性質及厚度,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,并經常檢查瓦斯,以了解煤層的瓦斯狀況,為揭煤時配風及制訂安全措施提供依據(jù)。(3)在石門揭煤前進行電起爆試驗,完善通風設施,加強通風管理,配備夠安全人員,并實行一炮三檢制度。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_到1%,就必須停止電動設備作業(yè)。作業(yè)面瓦斯?jié)舛冗_到1.5%或CO2濃度達到1.5%,必須停止工作、切斷電源、進行處理。(2)進行爆破作業(yè)時,放炮地點附近20m以內風流中的瓦斯?jié)舛冗_到1%時,嚴禁放炮。(3)電動機或其開關地點附近20m以內風流中的瓦斯?jié)舛冗_到1.5%時,停止運轉、撤出人員、切斷電源、進行處理。(4)在掌子面內、體積大于0.5m3的空間中,局部積聚的瓦斯?jié)舛冗_到2%時,附近20m以內必須停止工作、撤出人員、切斷電源、進行處理。(5)使用局扇通風的獨頭掌子面,因檢修、停電等原因停風時,必須撤出人員、切斷電源?；謴屯L前,必須檢查瓦斯、局扇及其開關地點附近20m以內風流中的瓦斯?jié)舛榷疾怀^0.5%時,方可人工開動局部扇風機。4.3瓦斯的安全試驗(1)隧道因停電檢修、主扇停轉時,必須有恢復通風、排除瓦斯和送電的安全措施,受停風影響的地點,只有經瓦斯檢查、證實無危險后,方可恢復工作。(2)因臨時停電或其它原因使局扇停止運轉,恢復通風前,必須先檢查瓦斯,只有瓦斯?jié)舛炔怀^1%時,方可恢復正常通風。4.4定期進行檢查(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,必須定期進行檢查,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)使用的影響電氣設備產生的電火花是引爆瓦斯的主要火源之一,應合理使用,嚴格管理。(1)設置在有瓦斯涌出的掌子面含瓦斯風流中的電氣設備,必須選用礦用防爆型的。掌子面使用非防爆型電氣設備,在打孔放炮作業(yè)時,必須切斷電源。只有當瓦斯?jié)舛刃∮?%時,方可送電。(2)瓦斯掌子面及含瓦斯風流流經的通道內應使用防爆型照明燈具。(3)普通型便攜式電氣測量儀器只準在瓦斯?jié)舛刃∮?%以下的地點使用。(4)非專職或非值班電氣工作人員,不得擅自操作電氣設備。(5)進入瓦斯隧道的電氣設備,必須事先進行安全性能檢驗。(6)隧道內供電必須作到“三無”、“四有”、“兩齊”、“三全”(內容從略)。(7)洞內不得帶電檢修和搬動電氣設備(包括電纜、電線)。(8)掌子面移動式電氣設備,每班工作結束后及司機離開機器時,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,應逐個作全電阻檢查,并將腳線擰成短路,嚴禁發(fā)放不導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任,放炮員必須經過專門培訓。(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,可以采用非電起爆。(6)掌子面只準一次裝藥一次放炮,并要嚴格執(zhí)行一炮三檢制。放炮地點附近20m以內瓦斯?jié)舛冗_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,應用腳線將藥卷纏住,并將雷管腳線端扭結短路。(8)炮孔未裝藥段,必須用封泥充填密實,封泥長度應符合下列要求: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)放炮前必須設置警戒,由專人把守。(10)嚴禁攜帶引火物進入瓦斯隧道,嚴禁在隧道內吸煙和使用手電筒照明。(11)石門揭煤前必須做好通風設計及通風管理工作。5爆破及瓦斯隧道首先使用水平鉆機確定了煤層的位置,對瓦斯含量進行了測量,并適當提前釋放瓦斯,制定了嚴格的安全防護及撤離措施。然后按照爆破設計和瓦斯隧道安全作業(yè)的管理辦法,并按預計在DK86+190m的位置安全揭開了煤層。在揭煤時,局部瓦斯?jié)舛仍^10%,加強了通風和檢查。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第1次石門揭煤后,為后來的21次揭煤打下了很好的基礎,確定了有關瓦斯參數(shù),積累了寶貴的經驗,在以