高瓦斯隧道综合项目施工新工法值得学习.doc
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1、复杂地质条件高瓦斯隧道施工工法1. 前言1.1 工程概况重庆市肖家坡隧道,左线起讫桩号为ZK51+386ZK54+105,全长2719米,右线起讫桩号分别为YK51+400YK54+130,全长2730米。隧道最大埋深约460m。隧道穿越地层重要为志留系上统罗惹坪群第二段、第一段和志留系上统龙马溪群第二段,以粉砂岩、页岩、砂质页岩互层、水云母页岩为主。设计为无瓦斯隧道。1.2 工法形成通过12月,肖家坡隧道右线初次在YK53+690处测得瓦斯浓度为0.35%。从12月8日到12月,在每次掘进放炮后,均对隧道右线内瓦斯进行测定,这期间测得掘进工作面附近瓦斯浓度维持在0.260.36%之间,肖家坡
2、隧道右线YK53+622位置最大绝对瓦斯涌出量为4.69m3/min。随后于9月19日在肖家坡隧道出口左线ZK53034处掘进工作面左侧离地3m处钻孔附近浮现不明气体,现场对瓦斯浓度进行了测定,孔口瓦斯浓度8.2%、拱顶0.16%、下部0.120.13%。依照已开挖进隧道实际瓦斯涌出状况和对未开挖段隧道瓦斯涌出量分析,将肖家坡隧道定为高瓦斯隧道。在高瓦斯隧道施工中,如何有效防止和采用必要办法,防止瓦斯安全生产事故发生,咱们通过重复研究,从超前地质预报、钻爆、出渣及运送、支护、衬砌、防排水、风水电等各道工序上针对瓦斯特性,通过对肖家坡高瓦斯隧道施工工程实践,经总结形成了本工法。2. 工法特点1、
3、超前预报与地质工作相结合,提前探明瓦斯成因及规模,进行瓦斯突出性预测,采用防治瓦斯突出办法,有效减少开挖爆破时瓦斯安全生产事故风险。2、控制隧道内及工作面瓦斯浓度是防止瓦斯爆炸核心。通过瓦斯检测预警系统与合理通风设计,在施工中每个环节都必要保证有强大通风量与风速,将瓦斯浓度控制在0.5如下,有效地减少隧道内瓦斯浓度,保证施工安全。3、采用新型防水板、气密性混凝土、水玻璃、水气分离装置、防爆机械等新材料新设备保证施工和营运期间安全。4、隧道开挖后及早地对围岩(含掌子面)进行封闭支护,以及采用径向预注浆办法可以防止围岩中释压节理、岩层层理或者构造构造面在开挖松驰后互相贯通,切断瓦斯运移通道,避免了
4、瓦斯灾害突涌。5、健全有效安全管理制度是高瓦斯隧道施工重要制度保障。3. 合用范畴合用于穿越地层中赋存有石油和油气共生地段以及浅层地表天然气贯通等外源性高瓦斯隧道施工。4工艺原理针对外源性高瓦斯隧道施工特点,采用超前预报与地质工作相结合,提前探明瓦斯成因及规模,进行瓦斯突出性预测,采用光干涉甲烷检定仪、便携式甲烷检测报警仪、瓦斯自动监控系统对瓦斯实时检测监控。工前教诲培训,每道工序所有采用防爆型,禁止火源进入隧道,采用径向注浆切断瓦斯运移通道,开挖后及时采用气密性混凝土进行支护和衬砌,这些办法有效地规避了高瓦斯隧道突涌灾害风险,避免了人员伤亡和财产损失,保证了施工和运营安全。5. 施工工艺流程
5、及操作要点5.1 高瓦斯隧道施工工艺流程图5.1-1 高瓦斯隧道施工工艺流程图 5.2 高瓦斯隧道施工工法操作要点5.2.1 超前地质钻孔为精确判断前方地质状况和瓦斯浓度,对隧道施行5个持续超前探孔。钻孔采用ZK-150地质钻机,配有75和89两种钻头,通过取芯可精确判断掌子面地质状况。通过测定钻孔内瓦斯浓度和瓦斯压力以及鉴定前方裂隙带地质状况拟定爆破方案。5.2.1-1钻孔布置图5.2.2 瓦斯测定及判断在掌子面设立两个光干涉甲烷检定仪探头对隧道内瓦斯进行24小时不间断监测。1号探头距掌子面10m,2号探头距掌子面20m,每次进尺放炮后,对隧道内瓦斯浓度进行测定,对检测数据进行整顿分析。检测
6、办法和需要进行气样分析如下表。表5.2.2 -1瓦斯监控系统检测办法探头编号瓦斯浓度()第一种循环放炮后第二个循环放炮后第三个循环放炮后1(瓦斯浓度数据)(瓦斯浓度数据)(瓦斯浓度数据)2(瓦斯浓度数据)(瓦斯浓度数据)(瓦斯浓度数据)表5.2.2-2隧道钻孔气样分析组 份体积比例(%)氧气O2(所占比例)氮气N2(所占比例)甲烷CH4(所占比例)一氧化碳CO(所占比例)二氧化碳CO2(所占比例)乙烷C2H6(所占比例)乙炔(所占比例)乙烯(所占比例)依照所检测分析得出瓦斯浓度数据,得出肖家坡隧道最大瓦斯浓度值C=0.18%。依照孔口瓦斯浓度可以算出瓦斯涌出量。其详细计算过程如下:现场实测隧道
7、平均风速:v = 0.53m/s隧道风量:qvst= 0.5382602607.6m3/min。S隧道开挖断面积;t通风时间;最大瓦斯涌出量:Q=qC2607.60.184.69 m3/min。Q隧道瓦斯绝对涌出量,m3/min;q隧道进风量,m3/min;C隧道瓦斯浓度。由于最大瓦斯涌出量Q=4.69m3/min0.5 m3/min(铁路瓦斯隧道技术规范规范值),可以鉴定为高瓦斯隧道。1、外源性高瓦斯形基本规律详细勘察和研究瓦斯特性、来源、形成以及赋存空间和运移通道,充分结识外源性高瓦斯形基本规律如下:1)广泛分布围岩普通为非煤层或者非含煤地层,完整性较好,各种贯通性构造面发育。2)前期地质
8、构造形成了一系列隐伏含瓦斯构造,这些构造只是在围岩中形成张性裂隙,围岩破碎并不强烈,当前构造地应力场稳定,可以使瓦斯有一种相对稳定赋存环境。3)隧道所在地区地下水并不发育,在地质历史时期形成瓦斯具备一定储量和压力,并且瓦斯赋存区域有互相连通隐伏含水构造形成畅通地下通道,可觉得瓦斯运移、赋存和突涌提供必要条件。瓦斯突涌灾害具备受地质构造控制明显,瓦斯突出量随着时间推移逐渐减少特性。4) 在施工等外界环境扰动下,具备一定压力和静储量瓦斯通过某些列释压节理、岩层层理或者构造构造面突涌而出,瓦斯突涌灾害事故就发生了。地质模式如下图:5.2.2-1 隧道斯突涌事故工程地质模式示意 5.2.3 瓦斯突出防
9、治依照地质勘测资料分析表白,隧道掘进放炮时由震动产生裂隙与构造破碎带相沟通,导致了深层油气(瓦斯)顺着裂隙向掘进工作面涌出,排除了瓦斯来自于煤层或碳质岩层也许。因而在高瓦斯隧道掘进过程中,为保证安全必要进行持续超前探孔,以探明施工前方地质状况,防止浮现瓦斯突浮现象。2、瓦斯突出性预测由于排除了存在煤层也许性,为节约施工时间,可采用钻孔瓦斯涌出初速度法进行瓦斯突出性预测。此过程在超前取芯探孔过程中同步实行,测定瓦斯涌出初速度时,应注意保证测定装置气密性,以减小测量误差。钻孔瓦斯涌出初速度法预测瓦斯突出详细过程如下:1)在钻机每钻进1米时,及时撤出钻杆,插入钻孔瓦斯涌出初速度检测装置,测量2min
10、后瓦斯涌出量q。当瓦斯涌量q4L/min(指标临界值)时,则存在瓦斯突出危险。2)当钻孔瓦斯涌出量q6L/min时,在第5min后继续读取1min瓦斯涌出衰减量,当衰减系数0.65时,则该工作面存在瓦斯突出危险。3)在钻孔过程中浮现喷孔、顶水、顶钻、夹钻等动力现象时,即该工作面存在瓦斯突出危险。3、防治瓦斯突出办法瓦斯排放由于隧道开挖断面大,为防止掘进时瓦斯突出,采用了多排钻孔预排瓦斯防治办法。瓦斯排放钻孔各项参数及布设如下:1)钻孔孔径:90mm;2)孔距与排距:1m;3)排放钻孔角度:水平角:090仰角:045倾角:020;4)排放控制范畴:上下、左右隧道轮廓线外5m;5)排放时间:不不大
11、于20小时。图5.2.2-2 排放钻孔布设图4、防突办法效果检查防突办法实行完毕后,重新施作检查孔,按照瓦斯突出性预测办法对防突效果进行检查。经检查无瓦斯突出危险时,表白办法是有效。否则以为办法无效,必要采用帷幕注浆封堵和超深探孔排放等补救办法,直至检查有效时,可进行开挖掘进。5.2.3 高瓦斯隧道开挖1、施工准备每循环掘进前,应做好相应施工准备。在开挖前,必要对工作面附近20m风流中瓦斯浓度进行检测,当瓦斯浓度不大于1.5容许人员进入掌子面,台车用装载机吊装就位;风水管硬管接到离掌子面50m处,再用软管接到掌子面;Exd型矿用防爆照明灯接到掌子面为施工提供足够照明,掌子面地面大体整平,排水沟
12、畅通。做好常规测量放线工作。2、爆破办法依照超前地质钻孔测定瓦斯浓度,如果瓦斯浓度和爆破断面较大需分批次爆破,如果瓦斯浓度和爆破断面较小时尽量采用全断面开挖。施工考虑到煤矿许用电雷管段数只有5段,以及断面较大无法满足全断面开挖施工规定,故爆破采用三次爆破,仰拱以上采用上、下分部台阶法开挖,仰拱如下一次爆破。裂隙带处围岩稳定较差,容易发生底鼓和底部瓦斯溢出,下部台阶开挖完后来,仰拱必要紧跟,尽量保证边墙与仰拱混凝土同步施工。每一台阶爆破完及时封闭掌子面和开挖面。同步采用光面爆破技术,短进尺、弱爆破避免对围岩扰动,防止瓦斯因在地应和瓦斯压力共同作用下产生瓦斯突出。钻机采用重庆分院生产ZT-30型防
13、爆专用钻机。在开挖前,必要对工作面附近20m风流中瓦斯浓度进行检测,当瓦斯浓度不大于1.5容许开钻;采用湿式钻孔,禁止干式打钻,炮眼深度不应不大于0.6m;炮眼最大抵抗线不得不大于30cm。移挪钻机时,必要切断电源进行,禁止带电作业;在钻孔过程中,浮现顶钻、夹钻、喷孔等动力现象时,应及时停止钻进,撤出人员,加强通风。3、爆破作业 1)爆破作业开始时,对爆破点20m以内,风流中瓦斯浓度进行检测,当风流中瓦斯浓度不大于1才容许装药,连线起爆。 2)爆破点20m内,矿车、碎石、煤渣或其她物体阻塞开挖断面不得不不大于1/3; 3)装药前,每孔炮眼内岩粉应清除干净;4)炮眼封泥局限性或不严不得进行爆破。
14、4、钻孔装药、封孔1)采用电雷管起爆时禁止反向装药。采用正向持续装药方式,雷管安放在最外一节炸药中,雷管以外不得装药卷。2)在岩层内爆破,炮眼深度局限性0.9m时,装药长度不得不不大于炮眼深度1/2;炮眼深度为0.9m以上时,装药长度不得不不大于炮眼深度2/3。3)所有炮眼剩余某些应用炮泥封堵。4)炮泥应用水泡泥和黏土炮泥。水泡泥外剩余某些应用黏土炮泥填满封实。炮泥由专制炮泥机生产。5)禁止用煤粉、块状材料或其他可燃性材料作炮泥。5、爆破网路和连线 1)必要采用串联联接方式。线路所有连接接头应互相拧紧,明线某些应包覆绝缘层并悬空。 2)母线与电缆、电线、信号线应分别挂在巷道两侧,若必要在同一侧
15、时,母线必要挂在电缆下方,并应保持0.3m以上距离。 3)母线应采用品有良好绝缘性和柔软性铜芯电缆,并随用随挂,禁止将其固定。母线长度必要不不大于规定爆破安全距离。 4)禁止瞬发电雷管与毫秒电雷管在同一串联网路中使用。6、爆破材料1)瓦斯隧道爆破作业必要采用煤矿许用炸药,有瓦斯突出地段安全级别不低于三级煤矿许用含水炸药;2)使用煤矿许用电雷管,禁止使用秒及半秒级电雷管。使用煤矿许用毫秒延期电雷管时,最后一段延期时间不得不不大于130ms;7、起爆1)采用电力起爆,起爆器采用防爆型专用起爆器,在洞外远距离起爆,起爆器电缆长度不不大于510m 。起爆时,洞内停止一切工作且必要停电,人员撤离至洞外,
16、爆破电闸安装在洞外新鲜风流中。一种开挖工作面不得同步使用两台及以上起爆器起爆。2)爆破后持续通风30分钟后,由爆破员和瓦斯检测员佩带压风自救器进入掌子面对通风、瓦斯、瞎炮、残炮进行检查,在瓦斯浓度不大于1%。二氧化碳浓度不大于1.5%容许施工人员进入开挖工作面施工。8、出碴采用防爆型侧卸式柴油轮式装载机装碴,防爆型自卸式汽车运碴,禁止非防爆型机械进入掌子面。装碴前喷雾洒水、冲刷岩壁,且必要将石渣洗湿,防止摩擦和碰击火花,禁止装载机和运送机械与渣体撞击。5.2.4支护1、喷射混凝土支护掌子面开挖后,为减少工作面瓦斯溢出,必要及时进行喷射混凝土支护,及时封闭瓦斯。喷射混凝土机械必要采用防爆型,所有
17、开挖面采用气密性混凝土封闭,喷射混凝土厚度不不大于15cm,气密剂参量不不大于水泥用量10%,对裂隙带较宽,围岩稳定较差段必要采用工字钢支护,工字钢必要在洞外加工组装拭拼禁止在洞内焊接,工字钢在洞内安装时必要对开挖面用气密性混凝土进行初喷,封闭厚度不不大于4cm。喷射混凝土时必要保持掌子面持续通风,当风流中瓦斯浓度不大于1才容许喷射混凝土。2、小导管径向注浆支护在围岩较破碎,瓦斯溢出较多,易风化段落,为防止围岩坍塌,提高围岩密实性,减少瓦斯排放,采用小导管径向注浆。1)先采用气密性喷混凝土将开挖面进行全封闭,然后测量放线布孔。2)用湿式钻孔,禁止干式打钻。钻孔后依照瓦斯逸出状况,待瓦斯逸出稳定
18、且浓度较小后实行注浆。3)在注浆过程中先拟定好注浆配合比,采用先水泥浆单液注浆,后水玻璃-水泥浆双液注浆迅速封闭注浆顺序。若单液注浆量较大,可以采用单液-双液交替注浆办法,以减少注浆量和注浆时间达到注浆效果。别的工艺与普通小导管径向注浆同样。5.2.5其她施工要点1、高瓦斯隧道构造衬砌复合防水施工要点1)防水板先在洞外拼接,接缝采用热熔焊接法进行连接,并在连接后充气检查焊接质量,尽量减少在洞内连接。2)复合防水层用垫圈和绳扣挂在固定点上,固定点之间防水层不得绷紧,破害处采用403胶进行修补。3)防水板如采用热熔焊接法进行连接,必要加强通风和瓦斯检测当风流中瓦斯浓度不大于1才容许热熔焊接法进行连
19、接,在连接作业时采用局部通风机稀释瓦斯。2、高瓦斯施工缝施工要点由于高瓦斯工区瓦斯浓度大,施工缝是衬砌渗漏核心,施工缝必要严格按照设计规定施做,施工完毕必要对施工缝进行气密解决。3、隧道洞内瓦斯排放施工要点在排水管终点处设立气水分离装置窨井,井身和井盖采用气密性混凝土,井盖周边缝隙采用玻璃胶密封,分离出瓦斯气体用金属管道引出洞外在山坡高处放散。4、气密性混凝土施工1)原材料必要合格;按实验拟定配合比添加气密剂,在拌合站严格计量拌合;养护时间不少于28天。2)混凝土采用MR6500防爆型混凝土运送车运送砼,采用HB60防爆型液压混凝土输送泵泵送入模。3)必要加强混凝土振捣监控,以保证混凝土振捣密
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