高瓦斯長大隧道施工中瓦斯防治技術與安全管理對策

中鐵一局集團第五工程有限公司，陜西 寶雞 721006

1 工程概況

集義隧道位于延安集義鎮，全長約15km。對隧道進行天然氣測試，其濃度超過1.3%；隧道存在5段，共長2.4km的高瓦斯地段，綜合判定集義隧道為高瓦斯隧道，如表1所示。

表1 高瓦斯區段統計 單位：m

2 隧道內瓦斯氣體的防治措施

2.1 采用超前探測排放

按照瓦斯隧道的地質分級表，在開挖前需要提前預報開挖工作面的地質情況，以百米每次的頻率進行，每次搭接10m，并根據探測后的地質情況進行超前鉆孔，以驗證前方地質，測量瓦斯涌出量和壓力，每次搭接5m。

鉆孔時，在局部瓦斯積聚的地段，通過深孔檢查是否有瓦斯。每個分段至少有5個深孔，在掌子面上均勻分布，深孔長度不少于3m，洞口Ⅰ部掌子面與破碎帶瓦斯的垂距為5m，增加3孔φ89mm預測孔，測定瓦斯壓力、瓦斯散失初期速度與堅硬系數、鉆屑瓦斯解吸指標等。預報孔徑與前驅孔徑、探孔見煤點之間的距離不小于5m，能準確地測定原始瓦斯參數。

如果超前探測遇到瓦斯等不良氣體時應立即停止作業，關掉電源，撤離到安全的地方。并同時斷開瓦斯超限區內的風筒，然后開動風機由外向內逐段排放。起動風機時，嚴格控制送風速度，使回風和新鮮空氣中的瓦斯濃度不超過1.0%。當其濃度小于1.0%時，可逐漸增加風量，并由外向內逐步接長風筒。

2.2 加強通風

加強通風是防止瓦斯積聚爆炸的有效措施。隧道所需風量，應按爆破排煙、同時作業最多人數和絕對氣體涌出量分別計算，以最大允許風速為準。加強通風主要是合理選擇風機的功率大小及通風方式，強化通風可保證充足的風量和風速，使氣體被稀釋和加速排出，減少洞內氣體含量。排風器必須保證不漏風，必須配有備用風機和兩路電源，一旦原來的排風器不能正常工作應立即使用備用風機。

應按下述原則加強通風：（1）當測定屬于低瓦斯時，按照正常情況下的通風設計及能力，適當延長通風時間，風管盡量靠近工作面。（2）當測定瓦斯嚴重時，需要進行專門的通風設計，采用以壓入式為主的混合式通風。由于瓦斯濃度較高的地方都在開挖面頂部附近，因此吹出風管盡量靠近開挖作業面。（3）當測定具有瓦斯突出的危險時，需要進行專門的通風設計。對于瓦斯積聚高的區域應安排專門風機通風，消除瓦斯積聚的風速不小于1.0m/s。

2.3 瓦斯監控及檢測

結合該隧道高瓦斯的特征，采用自動監控輔助人工檢測的方式進行瓦斯濃度監控，在開挖作業面及模板臺車上設置自動便攜檢測儀，氣體濃度超過0.4%將聲光同時報警，氣體濃度超過0.8%將自動切斷整個作業區的電源，同時組織施工人員撤出作業區。需要人工進行檢測的區域，只需要按照每30min一次的檢測頻率進行手動檢測。同時需要在洞口布置測風儀進行回流風速測量，如果風速低于要求時應及時查明原因并采取相應措施。采用瓦斯自動報警儀與人工檢查相結合，配備專職的瓦斯檢測員，每班三人，對隧道進行全天候交叉巡回檢測，由洞外向洞內，對機電設備集中地點、各個作業面、瓦斯可能聚集處進行檢測。對爆破作業，實行“一炮三檢制”，即裝藥前、放炮前和放炮后對爆破工作面進行檢測。

2.4 設置隔離層及采用氣密性混凝土

探測出瓦斯后，應及時調整施工方法，將瓦斯隔離層設置在初期支護與二次襯砌之間，對初支表面進行處理，保證不滲漏，錨頭或鋼筋等突出部位去除后妥善處理，確保噴漿表面平整、無尖角，符合設計要求。隧道應設置水氣分離室。為避免地下水將瓦斯氣體帶進隧道，全封閉段落的縱向盲管和環向盲管不能直接進入溝槽，而是經水氣分離室分離后，通過邊墻的泄水管將地下水帶進溝槽，從而避免將瓦斯氣體帶進隧道，分離出的有毒害氣體引入邊墻底部的縱向排氣管通過豎井和斜井排放。二次襯砌用模筑混凝土加氣密劑拌和，要求透氣系數小于10cm/s，襯砌厚度大于45cm，隔離層由1.5mmEVA和4mm閉孔泡沫墊組成，設置于噴射砼與二襯砼之間。要求隔離層接縫與施工接縫相錯，同時防水板埋設背貼止水帶，二襯砼中間和施工縫埋設中埋式止水帶。

3 安全管理措施

3.1 嚴格進洞管理制度

應建立和完善安全管理體系，嚴格按照上級主管部門簽發的文件施工，成立瓦斯檢驗小組，小組中的每一位檢驗人員都要有上崗證，做到24h輪班，最少2h檢驗一次，嚴格遵守各項安全管理制度和履行自己的職責。

3.2 加強施工通風管理

在進行瓦斯隧道施工過程時，需要建立監測監控系統，對隧道中的瓦斯濃度風速、風量等各類參數進行實時監測監控，低濃度施工區域可使用便攜瓦斯檢測儀，高瓦斯濃度區域則需要設置自動檢測報警裝置和高濃度瓦斯檢測儀，同時還需要配備專業的救護隊。

3.3 瓦斯監控管理

（1）采用分級管理，濃度在0.3%以下即可正常施工作業，超過0.4%自動發出聲光報警，超過0.5%立即停止作業，組織通風，濃度恢復到0.3%以下才可繼續作業。（2）需要進行焊接和切割工作時，保證工作點20m范圍內瓦斯濃度不能超過0.5%，同時需要提前探測作業20m范圍內的頂部和底部是否有瓦斯殘存，保證符合要求的情況下方可進行作業，另外作業完畢后需要有專人檢查作業現場是否有殘留的明火。（3）高、低瓦斯工區應以瓦斯涌出量進行區分，全工區瓦斯涌出量小于0.5m3/min為低瓦斯區，否則判定為高瓦斯區。（4）按照設計要求，將濃度值對照濃度表進行處理，如表2所示。

表2 瓦斯超限處理措施表

3.4 電氣與作業機械管理

（1）瓦斯隧道供電必須采用雙電源供電方式進行供電，同時隧道電源為專用電源，不可外接隧道外設備。（2）在給瓦斯隧道進行供電時，嚴禁使用中性點接地的變壓器和發電機。（3）瓦斯隧道內所有的電纜線必須使用阻燃同時符合要求的礦用電纜線。（4）瓦斯隧道內使用的接線盒必須為符合要求的防爆型接線盒，接線盒內需要填充絕緣物。（5）瓦斯隧道內所使用的電氣裝置和機械設備，需要符合礦用防爆型要求。（6）對蓄電裝備進行充電時，應遠離洞口60m以上，如果只能在洞內進行充電時，則需要配置專門的通風設施。

3.5 鉆爆作業安全管理

（1）作業的爆破員、瓦斯檢測員、安全員以及保管人員必須持有效證件上崗。（2）在瓦斯隧道進行作業的工程設備和電氣裝置都必須符合礦用防爆要求。（3）在對高瓦斯隧道進行施工作業過程中，應成立專門的部門負責隧道的通風防爆和檢測消防等工作，同時配備專業的救護隊。（4）參與作業施工和管理人員在項目開始前，需要進行系統的安全技術培訓，特種作業人員需要持有效證件上崗。（5）爆破作業30min后方可進入爆破地點進行巡查，重點檢查通風、瓦斯、殘炮等情況,如有特殊情況需要及時處理。在確定各方面都符合要求的情況下，作業人員方可進入掌子面進行作業。（6）需要進行電雷管爆破作業時，200m范圍內不得進行無線電通信和電焊作業。

4 結束語

文章以集義隧道工程高瓦斯隧道施工技術為研究對象，從超前探測排放、加強通風、瓦斯監測監控及設置隔離層四個方面詳細地闡述了瓦斯防治技術，并從進洞管理、施工通風管理、瓦斯監控管理、電氣與作業機械管理和鉆爆作業安全管理等方面提出了相應的安全管理對策。