天城坝隧道进口近距离揭煤层群开挖方式安全可行性论证

于海平 陈兴燚 陈毅 欧显文

摘 要：天城坝隧道进口左线近距离揭煤层群，含煤9～13层，自上而下编号为C5、C6、C7（含C7-1、C7-2、C7-3）、C8（含C8-1a、C8-1b、C8-2）、C11和C12。该段含煤地层段为突出煤层，为确保瓦斯抽采治理效果，分多轮次对煤层群进行瓦斯抽采治理。由于各煤层层间距较近，确保安全垂距的前提下，根据隧道大断面开挖特点，制定了多台阶开挖方式并确保了安全垂距。实践证明，多台阶开挖方式是安全可靠的。

关键词：近距离煤层群;开挖方式;安全垂距;瓦斯治理

中图分类号：TD823.81 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）31-0074-02

The Coal Seam Group is Uncovered Near The Entrance of Tianchengba Tunnel， and the Safety And Feasibility of the Excavation Method is Demonstrated

YU Haiping1 CHEN Xingyi2 CHEN Yi2 OU Xianwen2

（1. Civil Engineering Co.， Ltd.， China Construction Fourth Engineering Dixision Corp. Ltd.， Xiamen Fujian 361010;2.Chongqing Energy Investment Group Technology Co.， Ltd.，Chongqing 400060）

Abstract： Tianchengba tunnel entrance on the left line of the coal seam group， coal-bearing layers 9 ～ 13 are numbered C5、C6、C7（including C7-1、C7-2、C7-3）、C8（includingC8-1a、C8-1b、C8-2）、C11 and C12 from top to bottom. The coal-bearing strata in this section are outburst coal seams. In order to ensure the effect of gas drainage， the coal seams were treated by gas drainage in several rounds. Due to the close distance between each coal seam and the premise of ensuring safe vertical distance， according to the characteristics of large cross-section tunnel excavation， the multi-step excavation was made and the safety vertical distance is ensured. The excavation method is safe and reliable.

Keywords： close-distance coal seam group;excavation method;safety vertical distance;gas control

在前些年的隧道揭煤開挖过程中，所经历的揭煤层间距都具有足够的煤层安全垂距，保证在安全垂距的前提下进行瓦斯抽采治理达标后，正常按照隧道掌子面上、下两台阶的方式进行开挖作业。

天城坝隧道进口左线近距离揭煤层群开挖，各煤层倾角为30°，在开挖第一层煤层时，若还采用上、下两台阶的方式进行开挖作业，极易导致第二煤层的安全距离不够，而第一层煤正在过煤门。因此，本文提出采取多台阶开挖方式，确保第二煤层抽采治理的效果，既保证第一层煤的安全开挖，又确保掌子面的抽采钻孔布置在岩层中。

1 天城坝隧道概况

天城坝隧道按左、右线分离式设计。其进口工区16标段左线隧道里程桩号ZK108+255～ZK110+485，长2 230m;右线隧道里程桩号K108+210～K110+460，长2 250m。隧道左线最大埋深509.19m（里程ZK110+660），右线最大埋深518.41m（里程K110+630）。

根据《贵州省习水县天成煤矿资源储量核实与补充地质勘探报告》，天城坝隧道工程区内含煤地层为二叠系上统龙潭组，由泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩夹数层薄层灰岩、泥质灰岩、燧石灰岩和煤层及铝质泥岩组成，属海陆过渡带局限海碳酸盐台地潮坪成煤环境。煤系厚度54.22～70.95m，平均62.65m，厚度变化不大。含煤9～13层，自上而下编号为C5、C6、C7（含C7-1、C7-2、C7-3）、C8（含C8-1a、C8-1b、C8-2）、C11和C12。含煤总厚6.28～13.65m，平均10.40m;含煤系数10.02%～21.81%，平均16.81%。可采煤层层数为3～4层，一般是4层，编号为C6、C7-2、C8-1、C8-2;可采煤层纯煤总厚4.38～10.67m，平均7.80m。主要煤层发育于煤系中部，即B5底界至B4底界。该段含煤地层段为突出煤层，易产生CH4、CO2、SO2等有毒有害气体。

2 多台阶开挖方式的必要性及安全可靠性

2.1 多台阶开挖方式的必要性

由于天城坝隧道揭煤属近距离煤层群揭煤，于2019年7月1日在C6煤层2m垂距地质初探了C7、C8煤层。经地质初探分析，距C7煤层还有16.5m垂距，如果继续开挖至C7煤层7m垂距位置时，C6煤层恰恰在过煤门期间，C6煤层刚好在掌子面中上部位置。经现场勘察以及后期对C7、C8煤层群的联合抽采进行区域瓦斯治理，特别是C8-2煤层真厚达13.14m，属强突出煤层。经研究，必须将掌子面中上部C6-2煤层过完至掌子面顶部，确保C7、C8煤层群联合抽采钻孔不布置在C6煤层上，保障抽采钻孔的成形和封孔的气密性，确保不垮塌孔或少塌孔，有利于C7、C8煤层联合抽采治理瓦斯达到理想效果。

此外，在C6煤层过煤门期间，局部有小构造导致煤岩层不稳定，碳质泥岩多，这主要是因为C6煤层由薄变厚（揭开煤时中部真厚只有0.3m，右帮达2.0m，过煤门至中上部时，煤厚达到2.5m真厚）。煤岩层有垮塌现象，经现场研究决定，开挖采取了三台阶[1]（上部台阶、中部台阶、下部台阶）小断面开挖的方式，先将上部台阶C6煤层开挖至掌子面顶部，以及时将小导管支护跟拢掌子面，防止因大断面开挖带来的进一步大面积垮塌甚至是跨冒诱导C6煤层突出事故的发生，从而确保C6煤层安全过煤门。

通过上述分析足以证明，实施多台阶开挖方式，开挖C6煤层过煤门至掌子面顶部势在必行。

2.2 多台阶开挖方式的安全可靠性

经地质初探计算和分析，C6煤层开挖至掌子面顶部时，距C7煤层垂距位置还有6m，大于5m垂距，执行下一步的防突措施是安全可靠的，实施抽采钻孔布置也是可行的。

天城坝隧道进口左线C6煤层于2019年7月4日上午09：00成功揭煤。监控系统显示，最大瓦斯浓度达3.1%。C6煤层过煤门期间放炮瞬间瓦斯达2.6%。为确保掌子面C6煤层过煤门期间安全，将C6煤层开挖至掌子面顶部是非常安全可靠的。

由于C6煤层过煤门期间，局部有小构造导致煤岩层不稳定，C6煤层顶部岩层局部垮塌，必须在永久支护跟拢掌子面后，施工超前小导管。对掌子面进行喷浆，喷浆厚度达0.2m，对C6煤层顶部垮塌冒落区域注浆填实，共计充填砂浆86m3，现场顶板进行了砂浆充填，浇筑支护是安全可靠的。后期，C7、C8煤层钻孔施工浇筑了5m的上平台施工钻场（3 200mm×1 0000mm×5 000mm），下部设置12m的浇筑平台，下平台厚度均达到0.3m以上。确保后期布置C7、C8煤层抽采钻孔的施工要求。

C6煤层揭煤期间，各项預测预报指标均不超标，现场通风、监测、瓦斯等数据24小时上传到监控室监测，人员24小时在监控值班，完善“六大系统”，严格执行远距离放炮断电撤人（洞内所有人员全部撤至地面放炮）。这也确保了后期施工C7、C8煤层抽采钻孔的安全保障性。

实施多台阶开挖方式，开挖C6煤层过煤门至掌子面顶部，确保距C7煤层垂距位置6m是安全可靠的。

3 结语

①开挖采取了多台阶（上部台阶、中部台阶、下部台阶）小断面开挖的方式，确保了C6煤层安全开挖至掌子面顶部，不将C7、C8煤层抽采钻孔布置在掌子面煤层中是非常必要的。

②开挖C6煤层至掌子面顶部，确保了支护可靠，并注浆充填，钻孔施工不再对C6煤层进行扰动，确保了C6煤层过煤门期间的安全。C7煤层大于5m垂距，确保了执行防突措施是安全可行性，决定开挖至该位置进行C7、C8煤层瓦斯治理也是安全可靠的。

参考文献：

[1]智文中.三台阶法隧道开挖施工工法[J].科技资讯，2014（4）：87-89.