高瓦斯隧道通风技术研究

李 鸣

（中交路桥建设有限公司，北京 101121）

1 工程概况

鸡鸣隧道进洞口坐落于重庆市城口县婆子乡梨坪村南西侧斜坡处，沟底高程约827.50 m，进口斜坡坡向约56°； 出洞口位于一斜坡下部，斜坡下部为常年性河沟-双岔河，勘察时冲沟流量约30 L/s，沟底高程约为818.90 m。 出洞口斜坡坡向约148°，坡角30°～48°，隧址区的最高标高点位于K64 km＋130 m 山顶，标高2030 m，最低标高点位于隧道出口段的冲沟沟底附近，标高818.90 m，相对高差达1215.50 m，隧道最大埋深1140.05 m。 隧址区在K65 km+836 m～K65 km+898 m 段、 K66 km+975 m～K66 km+996 m 段穿越龙马溪组炭质页岩层，厚约23～33 m，厚度相对较大，出露位置主要是团城-双河背斜两翼，南翼埋深较浅，一般84～86 m，岩层直立，储气构造不佳，容易逸出地表，故隧道施工遇页岩气溢出的可能性较小。 但北翼岩层相对缓倾，埋深达507～526 m，隧道施工遇页岩气溢出的可能性较大。

勘察后，虽然SCK2 号钻孔揭穿了P3d 和P2g两层含煤地层，但由于钻孔中P3d 埋深较浅，含煤料，分述如下。

1） 依据通渝隧道对C1，C2 煤层瓦斯总涌出量推测其瓦斯含量为12.52 m3/t 及9.52 m3/t，瓦斯总涌出量为2.98 m3/min 及2.65 m3/min。 通渝隧道为高瓦斯隧道。

2） 根据城口县安监局收集的东升煤矿相关资料可知： 东升煤矿为瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量为0.3 m3/min，相对涌出量为6.7 m3/t，为低瓦斯矿井。

由于本次控制煤层的钻孔较少，且煤层分布的不连续性，已实施的钻孔SCK2 揭露的煤层情况无法囊括本场地所有含煤地层。 结合收集的资料综合考虑，将鸡鸣隧道归为高瓦斯隧道。

2 隧道工程施工方式分析

2.1 扩散通风

扩散通风主要是通过自然风的方式进行隧道内外的气体交换，使得隧道内施工工作面的气体与外部相结合，而不需要再设置相应的通风设备，来排出隧道内部浑浊的气体或瓦斯[1]。 但扩散通风有着比较明显的缺点，因没用主动的通风设备使其通风的效率不高，能够影响的范围也很小，所以一般适用于隧道深度较小的隧道[2]。

2.2 引射器通风

引射器通风是利用喷嘴喷出的高压流体在喷嘴射流的周围造成负压而吸入空气，并在混合管口内混合，将能量传递给被吸入的空气，使之具有通风压力，达到通风的目的。 引射器通风主要包含压气式引射器通风和水力引射器通风，这两种通风方式具有不同的优势和缺点。 其中压气式引射器通风是采用压气驱动，价格较高，不够经济且得到的风力和风量有限； 优点是体积较小，安装简单，工作时期噪音小。 通常情况下压气式引射器不作为主要的通风手段使用，而是作为辅助的通风方式进行设置。 而水力引射器通风则是以水为动力，在费用上相对于压气式引射器通风价格更低，更加经济。 水力引射器通风可以在工作盲区使用，比较适合超前导坑开挖[3-4]。

2.3 机械通风

机械通风主要包括： 压入式通风、 压出式通风和混合式通风。 其中混合式通风就是将压入式与压出式的通风方式相结合，即通风管道既能将新鲜空气压入也能将隧道工作面的浑浊空气或瓦斯压出，这样的通风方式可以较大地提高通风效率，能够很好地满足施工的需求[5]。但需要特别注意的是，在进行管道安装时必须是适用的硬质管道，因此装置的设置费用较高，且在实际施工过程中必须把控好压入或压出的时机。

2.4 利用辅助坑道通风

2.4.1 双巷通风

两个平行隧道通过横洞连接，工作面两侧采用压机通风，靠近门的一端密封，避免循环空气的发生双向通风。

2.4.2 混合式通风

隧道进风口处安装风机压机，将新风送至工作面。 当隧道与地面高度相差较大时，其自然产生的风压就可以满足送风标准，这时就不用特别设置风压装置。

3 鸡鸣隧道通风方式的选择与施工重点

3.1 通风方式

鸡鸣隧道是左侧洞长为7435.2 m，右侧洞长为7452 m 的超长隧道。 因此鸡鸣隧道的通风方式总体选择机械通风。 对于隧道施工中的非瓦斯区域和低瓦斯区域施工时采用压入式通风方式。 而对于高瓦斯区域的施工则采用压入式通风结合双巷通风的方式。 高瓦斯施工区域应按照设计要求配置通风设备，不断地将外部新鲜空气压入到施工区域，加快内外气体的交换速率，以满足施工规范要求。 根据设计资料可知，隧道口的正洞挖掌子面所需风量为3972 m3/min，根据数据选择风机类型，可以采用FBDCZ-19 型2×110 kW （单机高速风量2550～5430 m3/min，风压116～3417 Pa） 防爆式抽风机，将其设置在正洞门口，即可满足现场施工对鸡鸣隧道通风的技术要求。

3.2 地下风机房及其附属工程结构设计

鸡鸣隧道于K61 km+224 m～K62 km+300 m 右侧设置一处地下风机房，位于IV 级围岩内，并设置一通风斜井，平长620 m，斜长676.24 m，坡度为43.55%，采用有轨运输施工工艺。 地下风机房及其附属工程包括地下风机房、 排风联络风道、 排风口、 设备房、 运输通道、 人行（电缆）等的设置。

3.3 瓦斯区段及瓦斯突出区段处设计

1） 施工工序要求。 当施工断面接近所预测的煤层时，要进行预报处理，并通过钻孔等方式测定其准确位置。 要测定此处瓦斯浓度与压力，然后抽排释放瓦斯，同时加强通风，隧道内空气质量达到规范所标定的安全标准后才可进行施工[6]。 在所穿越的煤层及前后20 m 范围内按照一级防护的要求进行衬砌处理，若发现煤层采空区，则按采空区相关设计进行处理。

2） 增加瓦斯检测措施，采用人工检测与自动监测相结合的方式。

3） 加强通风。 通风所需风量应按规范中瓦斯绝对涌出量分别计算，同时满足瓦斯工区施工中风速需超过1 m/s 的要求。 施工通风方式宜用巷道式通风方式。

4） 采用防爆型施工设施，严格落实施工现场管理措施，防止出现任何形式的火花或者明火。

5） 为降低运营中瓦斯渗漏的风险，对穿煤中心点前后10 m 范围内应采用开挖后径向注浆的方式封堵裂隙[7]。

6） 运营中增加瓦斯检测次数，可利用新型智能化系统实现对隧道中瓦斯含量的实时监控，同时对装设在隧道内的风机实现自动控制，当系统所监测到的瓦斯浓度超过所设置的瓦斯最大浓度时自动报警，自动开启备用风机，以及时吹散瓦斯，降低其在隧道中的浓度。

3.4 邻近瓦斯区段防渗漏设计

因鸡鸣隧道的施工段穿越龙马溪组炭质页岩，施工中极易遇到高瓦斯区。 所以对临近瓦斯段进行防渗漏设计非常必要。 当施工到达高瓦斯区域时，应该增加监控手段。 一旦发生泄露，应立即排查渗漏区域，确定渗漏量大小，并按照上述3.3 瓦斯区段及瓦斯突出区段处的设计方案对隧道进行处置变更。 若瓦斯渗漏量较大、 瓦斯压力也较大，应在上述步骤中增加注浆措施，可采用开挖后径向注浆、开挖后局部注浆的方式进行处理[8]。

3.5 自燃煤层的处治

针对施工区域的地质风险，不排除煤层出现自燃的可能。 因此，在施工过程中要进行预勘察，判断煤层自燃的位置。 当隧道施工进入自燃煤层段落时，首先应对煤层的自燃倾向性进行鉴定，根据鉴定结果综合采取预防煤层自燃的措施，加强施工通风及洒水降尘，并对可能发生自燃的煤层及时喷射混凝土将其封闭，以免发生煤尘爆炸或煤层自燃。同时，为了避免煤层自燃，对周围环境产生影响，对自燃煤层的弃渣要单独堆放，并用1 m 厚的地表黏土进行封闭，分层压实、 铺平，顶部还应设置3%～5%的排水坡度。

4 总结与经验

4.1 施工效果总结

通过上述的设计方案，使得整个工程能够有效应对在施工过程可能出现的瓦斯突然渗透等突发情况。 经现场测量可知，隧道施工区域中的风速可以稳定在1.2 m/s 左右及以上，并且全隧道的最低风速也高于0.5 m/s，完全满足现行规范中对于隧道施工区域风速不宜小于1 m/s 的要求以及全隧道最低风速应大于0.5 m/s 的要求。

4.2 通风方式和设备的选择

实际施工中尽量避免选择扩散通风方式，虽然扩散通风的方式不用特别安装通风设备，可以节约工程费用，但其通风效果不稳定且通风效果比较差。 隧道施工的运输环节通常分为有轨运输和无轨运输。 对于有轨运输通常选择压入式或者混合式通风方式。 而对于无规则运输则选择吸入式或混合式等通风方法比较合适。 特别地，若出现平导设置的施工情况，通常则选择巷道式通风方式。

选择通风风机时要充分考虑现场的通风方式和结构布置。 风机的尺寸要小于通道的尺寸，且风管的排列方式为等距排列。 风机的数量要根据现场的实际情况以及管道的大小进行综合考虑，并不是越多越好。 工作过程中应保证风机的风力稳定、 风量充足且对管壁的压力较小，可以在达到良好通风要求的同时，尽量做到经济[9]。

对于风管的选择，理论上应采用直径较大的风管，这样能够有效地降低风阻，节约能源，提供充足的风力以及足速的风速。 但还是要与风机、 通风方式和结构布置相结合，形成系统的通风方式，特别要注意，在进行风管连接时，要保证风管之间的紧密相连，防止在通风过程中出现气体从气管的连接缝隙中跑出的情况，防止发生实际通风效果与理论通风效果相差较大的情况。

5 结束语

本文根据鸡鸣隧道的实际情况，对隧道的通风环节进行了相应的研究。 特别是对于高瓦斯隧道，针对性地说明了瓦斯给施工环节带来的问题和困难。 同时指出了施工过程中存在的影响通风情况的因素，最后提出了对应不同情况应该如何选择相应的通风方式和设备。