成贵铁路高瓦斯隧道瓦斯防治技术

汶文钊,秦晓玲

（1.中铁一局技术研发中心，陕西西安710054；2.中铁一局五公司，陕西宝鸡721006）

1 工程概况

成都至贵阳铁路经由四川省的乐山市，向东经宜宾市、兴文县，云南省的威信镇雄县，贵州省的毕节市、大方县、黔西县，至贵阳市，线路长515.02km。隧道穿越油气田瓦斯地层、煤系地层、多个煤层、煤矿采空区。全线共有21座高瓦斯隧道，其中有3座有瓦斯突出风险的隧道，在施工中对煤层瓦斯进行了抽排，高瓦斯隧道的安全施工是成贵铁路瓦斯隧道施工的重点。

2 成贵铁路高瓦斯隧道工程特点和难点

（1）高瓦斯隧道多，而且多为长隧，4000m以上的高瓦斯隧道有10座（其中5000m以上6座）。长距离增加了瓦斯隧道通风的难度，施工风险高，安全管理难度大。

（2）高瓦斯隧道穿过煤层多、煤层厚，最厚煤层真厚度达到5m。有的隧道需进行多次揭煤，揭煤工作难度大。隧道穿过煤层时瓦斯含量高，超前探孔内瓦斯高达到76%甚至100%，施工风险大。在一高瓦斯隧道的平导邻近煤层施工过程中，当时为了接长风管停风25min，瓦斯浓度从0.18%上升到了10.4%，可见在煤层及邻近煤层的隧道施工，是瓦斯安全管理的重点。

（3）全线有瓦斯突出风险的隧道有3座，对有瓦斯突出风险的隧道进行了瓦斯抽排，施工风险大、施工工期长。

3 成贵铁路高瓦斯隧道瓦斯防治技术

成贵铁路高瓦斯隧道采用超前探孔和加深炮孔对地层及煤层瓦斯进行超前探测，通过人工和自动检测监测瓦斯浓度，采取双风管双风机模式的通风系统确保瓦斯隧道的通风，采用防爆的电气设备和防爆的机械设备杜绝物体高温及火花的产生，加强现场火源管理和各项管理制度的落实，通过多种手段和措施确保了高瓦斯隧道的施工安全。

3.1 高瓦斯隧道瓦斯超前探测

高瓦斯隧道采取不小于∅76mm的超前探孔1～3孔对掌子面围岩进行探测，探孔长度30m，每次搭接长度5m。加深炮孔每个断面布设5个，在每次开挖时均打设，加深量不小于3m。对探测孔或加深炮孔内的瓦斯进行检测，判断前方地层是否含有高浓度瓦斯。对隧道穿越煤层前的瓦斯探测，按照揭煤程序、按专项设计进行探测孔的布设和进行探测。对有瓦斯突出风险的隧道，根据专项防突探测方案进行探测，并取样分析有关数据。

3.2 高瓦斯隧道瓦斯检测

瓦斯检测是瓦斯隧道施工的重要工序，也是瓦斯隧道施工中安全施工的依据和保障，瓦斯施工应遵循“瓦斯浓度超标不施工，施工瓦斯浓度不超标”的原则，当瓦斯浓度超标后立即停止施工，加强通风，当瓦斯浓度稀释降低到允许浓度后，方可施工。高瓦斯隧道采用自动瓦斯检测系统和人工瓦斯检测相结合的方式，自动检测和人工检测相互补充和相互校验。

3.2.1 自动瓦斯检测系统

自动瓦斯检测系统采用KJ系列的自动检测系统，可连续、自动检测，瓦斯监测系统设备包括（见图1）：主控计算机、洞内分站、低浓度瓦斯传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器、温度传感器、风速传感器、远程断电仪、报警器、设备电源和备用电源等。该系统可实现计算机数据存储、洞内传感器声光报警及洞外监控中心自动报警，并根据通风情况及瓦斯浓度实现自动的风电闭锁及瓦电闭锁。甲烷传感器等传感器设在开挖掌子面、二衬模板台车、进洞30m处。

图1 自动瓦斯监控系统

3.2.2 瓦斯人工检测

人工检测由瓦检员检测，瓦检员为有煤矿瓦检员经历的持证人员担任，瓦检员配备光干涉瓦检仪和便携式瓦斯报警仪，人工检测是对瓦斯容易聚体的部位按照规定的频率进行检测，一般为隧道塌腔、隧道掌子面、隧道施工断面变化部位、模板台车衬砌施工部位、隧道洞室、会车道加宽处、横通道处、通风死角，这些部位是人工瓦斯检测和监测的重点部位。隧道内带班人员及安全员进洞随身携带便携式瓦斯报警仪，不定时对隧道各部位瓦斯浓度进行检测及监测。

3.3 高瓦斯隧道通风

隧道的瓦斯防治的最有效的措施是通过通风把瓦斯浓度降低到允许浓度范围内，并通过隧道通风排出洞外。高瓦斯隧道采取双风管双风机的加强通风模式，通风管采用抗静电、阻燃的低漏风率的柔性风管。双风管双风机为2套独立运行的通风系统，通风设备配置计算时，一套的通风系统就可以满足瓦斯隧道的通风需要，设双套通风系统为通风安全储备及备用和特殊情况下的满足连续通风需要。当隧道瓦斯超标时可以同时开启，以快速地降低瓦斯浓度到安全浓度，在延伸接长风管或移动模板台车时，2套通风管道可以互换通风，确保瓦斯隧道实现连续通风。

成贵铁路高瓦斯隧道实行通风方案验收制，对高瓦斯隧道，施工单位应编制隧道通风专项方案，经专家评审后实施，实施过程中专家组要根据评审后的方案进行验收，并定期检查通风系统的运行情况。施工过程中采取了“设备高配，通风加倍”的通风理念，在穿越煤层施工中，隧道瓦斯浓度均控制在0.3%范围内。

3.4 机电设备及机械设备的配置

成贵铁路的高瓦斯隧道均采用防爆的机电设备和防爆的施工机械设备。对隧道未衬砌段采用Ⅰ级防爆电气设备和照明灯具，已衬砌段采用Ⅱ级防爆设备和照明灯具。聘请煤矿专业电工管理隧道电气设备和照明灯具及接线工作，确保电气设备和照明灯具的防爆性能的有效性。

高瓦斯隧道的施工采用无轨运输方式，以柴油为动力的行走运输及装渣施工设备多采用防爆改装的设备。防爆改装按照煤炭行业MT989《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》（MT989）和《矿用防爆柴油机通用技术条件》（MT990）进行防爆改装，主要的改装部分为电启动系统、电路系统、动力部件的高温部位及散热系统、排气系统，并加装瓦斯传感器和断电仪，当瓦斯超标后，整机立即熄火断电。湿喷机、输送泵等电力为动力的机械设备采用新购的矿用防爆型设备，对电力为动力的机械设备没有煤矿矿用防爆的，采用防爆改装，主要对电启动系统、电路系统进行防爆改装，并加装瓦斯传感器和断电仪。

定期对机电设备和防爆机械设备进行检查，特别是接线部位、改装部位进行防爆性能检查，防止防爆性能失效。

3.5 加强现场火源管理。

引起瓦斯燃烧爆炸的一个条件是650℃～750℃的温度或引爆火源，施工现场要加强对火源的管理和高温物体的处置。

3.5.1 加强进度管理、杜绝火源进洞

设置门禁，进洞人员进行随身检查，杜绝火柴及打火机、手机等可产生电火花的电子产品带进隧道，运输车辆进洞时检查驾驶室是否有会产生火源、电火花的物品带进隧道。

严格动火作业的实施程序，隧道开工前，严格界定那些工序需要动火作业，然后制定动火制度和动火程序，实施时动火工序严格按照界定的工序，不可逾越和放宽。动火作业实施时严格按照动火制度实施。

3.5.2 采取措施避免产生施工火花

(1)隧道装渣时对洞渣进行洒水，避免机械“找顶”,减少和防止产生碰撞火花。

(2)采用煤矿许用爆破器材，消除爆破时火花的产生。堵塞炮孔，采用水压爆破，杜绝出现炸药的高温残暴药。

3.6 加强制度管理，制度落实到人，层层监督

聘请煤炭行业有关专业技术人员、铁路公路行业内有瓦斯隧道施工经验的专业技术人员编写了十二项管理制度，从进洞管理、机械电气设备管理、瓦斯检测监测、隧道通风管理、高瓦斯隧道防火、防爆管理、隧道揭煤管理等十二方面进行了制度化规定。聘请由煤矿瓦斯管理的专业人员及有隧道瓦斯施工经验的专业技术人员组成专家组，定期对高瓦斯隧道的管理制度的执行进行检查，检查制度落实以及现场执行情况，加强制度管理落实到人，层层监督到位，杜绝瓦斯事故的发生。

4 结束语

成贵铁路高瓦斯隧道数量多，而且大多穿过煤层，施工过程中瓦斯逸出量大，施工风险大，施工过程中通过对高瓦斯区段连续超前探孔探测瓦斯，采用自动瓦斯检测系统和人工瓦斯检测相结合的瓦斯检测监测手段，双风管双风机的高配置的通风系统，电气设备和机械设备均采用防爆的设备，通过很抓制度落实和严格的过程监督管理，确保了高瓦斯隧道的施工安全。