1、瓦斯隧道施工工藝一、煤層、瓦斯隧道地段施工程序修正施工設計設定瓦斯工區瓦斯工區施工設計瓦斯工區掘進施工瓦斯工區初期支胡二襯及防護層質量驗收效果檢驗圍巖量測及瓦斯監測通風設計管線電路設計鉆爆設計初期支護設計二襯設計圍巖量測設計瓦斯監測設計圍巖量測及瓦斯監測二、施工程序要點：、合理劃分瓦斯工區與瓦斯預防工區、設置好輔助導坑不同的隧道，其瓦斯含量及壓力與煤系地層的長度、在隧道中所處位置和所占長度比例及隧道本身長度有關，且差異很大。鐵路瓦斯隧道技術暫行規定要求將瓦斯隧道合理地劃分為瓦斯工區和瓦斯預防工區，把煤系地層和有瓦斯逸出的部分劃分為瓦斯工區，對其嚴格按瓦斯隧道的有關規定進行管理；把非煤系地層和沒
2、有瓦斯逸出的部分劃分為瓦斯預防工區，對其按瓦斯預防工區管理。合理劃分瓦斯工區與瓦斯預防工區，可以把防瓦斯段壓縮在盡可能小的范圍內，實現“化整為零，區別對待，分而殲之，各個擊破”，減少人、財、物、機的浪費，顯著提高經濟效益。對于長大隧道和煤系地層占比例小的隧道劃分工區更為重要。通過輔助導坑，實現將隧道分成不同的施工工區。設置輔助導坑應注意以下問題：1 選擇好斜井的傾斜方向及其與隧道的平面夾角原則上，斜井應傾向于煤系地層，且盡可能見效與隧道的平面夾角，否則，將會給施工帶來諸多不便。2選擇好平行導坑的相對標高設置平行導坑的目的，除了起超前探測地質和排放瓦斯的作用外，主要是與橫通道和正洞形成巷道式通風
3、。、建立可靠的供電系統鐵路瓦斯隧道的施工，必須保證連續供電，因為一旦隧道的通風設備供電中斷，不僅影響隧道的正常施工，而且極易造成瓦斯聚集而引發瓦斯、煤塵爆炸和火災事故，因此，必須在瓦斯隧道建立可靠的供電系統，包括可靠的電源和雙回路電源線路。供電形式，可在工地引入一路1 萬 V 的高壓線作為主要電源。為了應急，在洞外備用二、三臺320kw的柴油發電機。在洞口設變電站將電壓降至380V，再向洞內供電。為防止因線路故障而停電，向洞內敷設 2 路電源電纜線（供施工用和備用）。電纜采用礦用橡套阻燃防爆電纜線，并在線路中安裝礦用自動饋電開關和漏電保護及過流保護裝置，當電纜、電氣裝置或電動機發生短路或過載事
4、故時，可自動切斷。、加強通風，把瓦斯濃度降低到爆炸界限以下加強通風是搞好瓦斯隧道安全施工的有效手段。施工期間的通風方式分兩階段進行。第一階段：正洞和平行導坑形成通風巷道前，正洞和平導各自獨頭掘進，這期間采用壓入式通風，其風速計算按以下三方面考慮，并取其最大值：1稀釋和排除炮煙所需風量：7.8 Q=3A(SL)2(m3/min)t 式中：t放炮后吹散炮煙所需時間，一般取2030min；同時起爆的炸藥量（kg）；隧道開挖斷面(m2)；獨頭掘進長度(m)。2消除頂層沼氣聚集所需風量：60V小(m3/min)式中：V小隧道掘進允許最低風速(1.0m/s)；同前。3回風流沼氣濃度不超限所需風量：1 Q=
5、g(m3/min)C 式中：沼氣安全濃度，為1%；g隧道沼氣絕對涌出量(m3/min).根據風量計算，在井口分別安裝相應通風設備。為保證施工安全，安裝風電閉鎖裝置，即停風必須停電，送風后根據具體情況人工復電。第二階段：巷道式通風。新鮮空氣從主斜井進入隧道，到工作面后將洞內濁氣壓往橫通道、平行導坑和副斜井，由安裝在副斜井口的主扇風機抽至地面大氣中。為了杜絕通風死角和避免循環風，在橫通道前10m 處安裝一臺軸式通風扇，通過風管把新鮮風流直接送入掘進工作面，洞內濁氣則沿隧道外流，經橫通道匯入回風流中。、煤系地層的開挖方法和地質超前預報技術聚煤環境的影響，煤系地層大多為泥巖、頁巖、砂泥巖和煤層互層，巖
6、性松軟、破碎，自穩性差，故在鐵路隧道大斷面開挖時，極易坍落塌方。另一方面，在煤系地層施工必須使用煤礦用毫秒電雷管和煤礦安全炸藥。毫秒電雷管規定延期時間不得而超過130ms，只能選用到5 段；而煤礦安全炸藥的爆力和猛度均小于非礦用炸藥（見下表），其爆炸威力只相當于一般巖石銨銻炸藥的80%，難以滿足鐵路隧道大斷面施工要求。巖石炸藥爆力/cm3猛度/mm 煤礦安全炸藥爆力/cm3猛度/mm 1 號硝銨炸藥350 13 2 號硝銨炸藥320 12 2 號銨銻炸藥320 12 1 號銨銻炸藥290 12 2 號銨銻炸藥250 10 3 號銨銻炸藥240 10 由于上述原因，決定了在煤系地層中不宜全斷面開
7、挖，而應采取半斷面正臺階、先墻后拱的施工方法。在開挖上弧導坑前，視圍巖情況或設超前小導管注漿，或設超前水平錨桿補強，并短掘緊襯，襯砌緊跟工作面，以防塌方。平行導坑因斷面小采取全斷面開挖，但仍應短掘緊襯。初期支護緊跟工作面能及時封閉巖面，防止瓦斯向隧道泄漏，有利于施工安全，但由于放炮距離近，使拱部受到擾動。由于煤系地層巖石松軟，強度低，鑿眼容易，故只要多用風槍，及時鑿眼放炮，在支護2小時內大多能做到打眼放炮完成，此時混凝土尚未初凝，不致使混凝土質量受到影響。在巖石破碎，鑿眼過程中發生卡鉆、頂鉆，或由于其它原因使鑿眼時間延長時，則采取密炮眼、小藥量的辦法，盡量減少放炮對支護混凝土的影響。為保證隧道
8、開挖順利，避免盲目性，增強科學性，應做好地質超前預報。為此，一是在隧道開挖前要充分利用現有的地質資料，并在實踐中將其鑒別和篩選，去偽存真；二是在隧道開挖過程中，不斷收集和積累新的地質資料；三是因地制宜，采取多種手段，藉以提高預報的準確性。平行導坑除了與正洞形成巷道式通風外，還有為正洞超前探明地質的作用。由于平行導坑超前施工，因此，地質超前預報工作首先在平行導坑進行。具體做法是：1利用地質素描：把斜井的地質資料投影繪制在平行導坑所在的剖面上，利用巖層產狀為平行導坑進行地質預報。2利用鉆孔資料：在瓦斯工區布置23 個鉆孔，讓它們都分布在平導和正洞的正中間，運用垂直投影法或巖層走向投影法把鉆孔資料投
9、影繪制在平行導坑所在的剖面上，即可為平行導坑進行地質預報。3水平超前鉆探：水平超前鉆探可采用黑龍江礦業學院工廠制造的TXU 75 液壓鉆機。該鉆機可在不同硬度的巖層中以任何角度鉆75mm 以內的孔，并可取巖芯。圍巖的巖性、層位變化通過巖芯或鉆屑判定。從鉆孔資料可以計算和分析出煤層厚度、位置、產狀及頂、底板巖性。平行導坑的地質超前預報技術同樣可以應用與正洞，可直接利用平導所探明的地質資料，并通過其自身的鉆探資料與平導相對照，使二者相互補充，彼此驗證。4利用 TSP200隧道地震波超前預報地質系統，預報掌子面前方200米的地質情況，為施工安排作超前考慮。、隧道瓦斯檢測隨著工程的進展和隧道不斷向前延
10、伸，工作面必然愈來愈接近煤層，相應的，隧道里瓦斯含量也將從無到有，由小到大呈遞增趨勢。但不同的施工工序和隧道的不同部位瓦斯含量有著明顯差異，因此，必須加強對瓦斯的檢測。瓦斯檢測要抓住以下環節：1加強關鍵工序的瓦斯檢測在一個施工循環中，瓦斯含量增加幅度最大的工序，是在鑿眼過程中和放炮之后。因為炮眼可能成為與前方瓦斯層的連接通道，瓦斯沿炮眼很容易泄露到工作面乃至整座隧道；而放炮之后，由于突然揭露出大面積的新鮮巖層，有可能使封閉的含瓦斯地層逐漸解放乃至完全暴露，致使瓦斯沿圍巖裂隙緩慢滲漏乃至大量涌出。因此，加強鑿眼過程中及裝藥前和放炮后的瓦斯檢測至關重要。及時檢測和掌握掘進工作面的瓦斯濃度，使我們能
11、隨時做到：當工作面風流中瓦斯濃度達到1%時，嚴禁放炮；工作面風流中瓦斯濃度達到1.5%時，停止工作，撤出人員，切斷電源，進行處理。在掘進面放置1 臺撫順煤礦安全儀器廠生產的AQJ-9型瓦斯指示報警器，把警報點調至于0.9%CH4,對瓦斯濃度進行監測。2加強重點部位的瓦斯檢測由于瓦斯比空氣輕，而且有很強的擴散性，當隧道風速小到一定程度（通常認為風速小于0.25m/s 時，瓦斯將游離出來，并在隧道頂層和死角處聚積，局部有可能達到爆炸濃度。因此，隧道頂部及頂部超挖的空洞、盲巷、避車洞和斷面變化大等處（此處風速變小），是檢測的重點，抓住了這些重點部位，就能及時發現“死角”。3檢測儀器的選擇目前，瓦斯檢
12、測儀器種類很多。按測量原理有熱催化、熱導、光干涉、氣敏、紅外線等類型，各型儀器都有其優缺點。按產地有進口和國產之分，進口儀器固然先進，但價格昂貴；國產儀器結構簡單，性能穩定操作方便，聲光報警信號清晰可靠，檢測過程中儀器處于良好狀態，完全可以與進口儀器相媲美。以重慶無線電二廠生產的JCB-2 型甲烷測定報警器為例：當瓦斯濃度為02%時，誤差為 0.1%；當瓦斯濃度 2%時，誤差為 0.2%；瓦斯濃度 3%時，誤差為 0.3%；完全可以滿足瓦斯隧道的施工要求。因此，鐵路瓦斯隧道的施工沒有必要花巨資去購買洋儀器。從安全角度出發，應同時選用不同測量原理的儀器，以便集各類檢測儀器之所長，彌補其不足，并使
13、其相互參照，彼此驗證。對檢測儀器不必求洋，但應求全。具體監測實施見“隧道瓦斯監測工藝”。六、防瓦斯爆炸瓦斯爆炸必須同時具備三個條件：一是要有足夠的氧氣（氧氣濃度在 12%以上）；二是要有一定的沼氣（5%16%，以 9.5%時爆炸最為猛烈）；三是要有高溫火源，如明火、放炮火花、電器設備火花等。鐵路隧道施工規范規定：“坑道中氧氣含量按體積不小于20%”，這是施工人員生存的基本條件。因此，隧道在施工過程中氧氣能達到瓦斯爆炸所需濃度，這是無法避免的；至于隧道里的瓦斯濃度，則主要取決于煤層和圍巖中的瓦斯含量，我們只能利用通風和其它排放措施盡量使其降低到爆炸界限以下。相比之下，杜絕高溫火源則是防止引燃、引
14、爆瓦斯的一條根本措施。所以，瓦斯隧道施工必須采取以下安全措施：1使用毫秒電雷管和安全炸藥瓦斯爆炸需要一定的反應時間，達到爆炸濃度的瓦斯遇到火源時不會立即爆炸，而會延遲一段時間，這種現象稱為引火延遲現象，其引火延遲時間稱為感應期。使用毫秒電雷管，并只用5 段，不跳段使用，使總延期時間不超過130ms。由于延期時間小于感應期，因此不會引燃、引爆瓦斯。煤礦安全炸藥加入了適當的食鹽作消焰劑，能吸收熱量，降低爆炸氣體的溫度，削弱瓦斯與氧氣的連續反應。為防止炸藥爆破時產生火焰，必須用炮泥封堵好炮眼，避免漏氣。2使用礦用防爆型機電設備所謂礦用防爆型機電設備，就是把機械的電機、電器等裝在具有防爆性能外殼里（這
15、種設備通常用“KB 或 EX 表示），使其產生火花、火焰及其散發的熱量不致引燃殼外的沼氣。洞內的弱電設施，如：電話、信號燈、照明燈、自動閉塞裝置等，要選用礦用安全火花型（用“KH”表示），這是低電流、低電壓設備，它在任何情況下產生的火花溫度總是低于瓦斯或煤塵燃燒所需的溫度。洞內供電，使用礦用橡膠阻燃、防爆軟電纜，這種電纜的導電主芯為銅絞線，能避免鋁芯電纜在短路時飛濺出來的鋁蒸氣引起瓦斯或煤塵爆炸的危險，而且這種電纜以硫化橡膠作主絕緣層，并設馬鞍形防震橡膠墊芯和氯丁橡膠護套，具有很好的防爆性。這些防爆機電設備，除嚴格按規程安裝使用外，要經常檢查維修，使之處于完好狀態，保持其防爆性能。3 對引燃、
16、引爆瓦斯的綜合防治除了采取上述兩條防止引燃、引爆瓦斯的措施外，對施工中容易引發瓦斯事故的許多環節還需采取綜合防治措施。（1）防靜電：人體極易帶靜電，有時所帶靜電高達5KV 以上。這樣高的電壓，很容易起爆電雷管。因此，禁止穿化纖衣物進洞，給所有施工人員配發純棉工作服，臨時進洞人員必須換上棉工作服。塑料管容易聚集靜電荷。當風流或壓縮空氣通過塑料管時，能產生許多快速間斷火花或接近連續放電火花。當放電能量達到0.28MJW 時，能引燃、引爆瓦斯。故必須使用雙抗（抗燃、抗靜電）塑料管作通風管，并且不使用塑料管材作噴漿管和高壓風管。（2）防撞擊火花：鐵器之間、鐵石之間的撞擊火花在施工中隨處可見，必須有相應
17、的防范措施：一是礦車兩端設置橡膠碰頭，避免礦車直接碰撞；二是裝碴前先把石碴灑水潤濕，防止耙斗與石碴相互撞擊產生火花；三是拆卸鋼模板和鋪設軌道時，均使用木錘。（3）防放炮火花：使用水泥或粘土炮泥封孔密實不漏氣，嚴禁使用煤粉、塊狀材料、水泥袋紙和其它可燃性材料堵炮眼。（4）禁止使用電焊、氣割等設備。七煤與瓦斯突出的預測和防治煤與瓦斯突出是指在極短的時間里，由煤體向隧道中突然排出巨量的瓦斯和粉碎的煤，造成瓦斯窒息、燃燒、爆炸及煤流充塞隧道等事故，給施工構成極大的威脅。依據地質資料，初步判斷煤層有無突出危險。在隧道施工過程中，仍需對上述煤層分別進行實地突出危險性預測，區分突出危險煤層和突出威脅煤層，以
18、便有的放矢地對其采取不同的防治措施。對于煤層的突出危險預測，用綜合指標法或石門鉆屑指標法均可。相比之下，石門鉆屑指標法以兩項指標代替綜合指標法的四項指標，具有快速準確的特點。煤科院重慶分院研制的ATY 瓦斯突出預測儀集數據測量、處理、儲存、打印、顯示、報警等功能于一身，具有快速、準確、自動化程度高等特點。對各煤層采取的防護措施有：1遠距離放炮遠距離放炮是為防止突出預測失誤而采取的一種安全防護措施。放炮時把起爆點設在洞外，洞口杜絕一切火源。起爆母線采用銅芯電纜，使用煤礦安全炸藥和毫秒雷管（總延期時間不超過130ms），放炮時洞內停電撤人，放炮后30min 方可進入工作面檢查。2 震動放炮震動放炮
19、是揭煤時一種誘導突出的安全防范措施。它是通過多鉆眼、鉆淺眼、少裝藥的施工方法，使煤體及巖層造成震動，在人員撤到安全地點的條件下誘導突出，以保證作業的安全。震動放炮即使沒有誘發突出，由于強大的震動力使煤體破裂，有助于消除圍巖應力的不均衡狀態，釋放煤體內的彈性潛能，緩和地壓，有利于防突和安全施工。3震動放炮輔以金屬骨架金屬骨架是一種預防突出的輔助措施。揭煤時，為了使金屬骨架不被爆破崩壞，骨架孔的開孔和終孔位置均設在開挖周邊線以外。因此，施鉆前要把工作面適當擴大。骨架孔穿透煤層深入巖層0.5m，孔距 75mm，內插 50 鋼管并注漿，鋼管尾端用 U 型螺栓和方墊板聯結固定在鋼拱架上，鋼拱架立在開挖周
20、邊線以外。金屬骨架雖不能直接大量降低煤體內的應力和瓦斯壓力，但能增加煤體的穩定性，此外，骨架鉆孔有卸壓和排放瓦斯的作用，所以能減小突出能量。具體工藝見“揭煤施工工藝”。八氣密性混凝土施工所謂氣密性混凝土，是在混凝土中摻入一定比例的硅灰、粉煤灰和高效減水劑（FDN），利用硅灰和粉煤灰的高化學活性改善混凝土整體結構和界面狀況，使混凝土中的孔隙率降低，孔結構細化并減少其貫通性毛孔數量，從而提高混凝土密實度、抗滲性和耐腐蝕性，達到封閉瓦斯、防水及防腐的目的。在瓦斯設防段模注氣密性混凝土，并采用全封閉復合式襯砌，即把氣密性混凝土分初次襯砌和二次襯砌兩次進行，在兩層混凝土之間設置一道高密度的 HDPE 板
21、作為瓦斯隔離層，并對施工縫進行特殊處理，以防止瓦斯泄漏，保證隧道運營安全。這是對瓦斯隧道采取的一條特殊防范措施。具體見“氣密性混凝土施工工藝”。九、安全工作和瓦斯現場救護瓦斯始終是威脅瓦斯隧道施工安全的一個首要問題，因此，安全工作要常抓不懈，警鐘長鳴，做到：1制定各項安全規章制度：安全管理、檢查制度，機械設備安全制度、用電安全制度、通風安全制度、人員防護安全制度。2規章制度力求科學、嚴謹、詳盡、具體，既便于操作，又利于督促檢查；3要對職工進行安全教育和崗前培訓，并考核、頒證，持證上崗；4執法要嚴，違法必究，制度面前人人平等，特別是各級領導要身體力行，帶頭遵章守紀。5建立安全專門組織機構及救護隊，明確安全具體負責人員及職責，崗位明確，責任到人。建立救護隊是瓦斯隧道現場救護的主要組織措施，其目的是及時、有效地對瓦斯事故進行救護，使事故損失降低到最低限度。救護隊必須是一支軍事化的、訓練有素的專業隊伍，配備相應的裝備和器材。瓦斯隧道的施工期間，可以由局或處派救護隊進駐工地。鐵路瓦斯隧道施工技術和現場管理是一項系統工程，因此，施工前要全面規劃，統籌安排，施工中要周密部署，精心組織。鐵路瓦斯隧道施工簡要方案
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