瓦斯隧道专项施工方案小密隧道.doc
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1、 赣龙铁路扩能改造工程赣龙铁路扩能改造工程 GLGL-2 2 标标 小密隧道瓦斯工区专项施工方案小密隧道瓦斯工区专项施工方案 编 制:复 核:项 目 总 工:项 目 经 理:指挥部总工:指 挥 长:中铁大桥局集团武桥公司项目部 二 0 一一年七月十一 赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -1-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 目录 第 1 章 说明.-4-1.1 编制依据.-4-1.2 主要技术规范、标准、规则、规程.-4-1.3 工程概况.-5-1.3.1 施工特点.-5-1.3.2 瓦斯工区里程桩号.-5-1.4 瓦斯专项施工方案的目的和目标.-5-
2、第 2 章 瓦斯基本知识.-6-2.1 瓦斯的定义.-6-2.2 瓦斯的特性.-6-2.2.1 爆炸性.-6-2.2.2 渗透性.-6-2.2.3 不稳定性.-7-2.2.4 窒息性.-7-2.3 瓦斯爆炸的必要条件.-7-2.3.1 瓦斯浓度.-7-2.3.2 引火源.-8-2.3.3 足够的氧气.-8-2.4 瓦斯突出.-8-2.4.1 瓦斯涌出形式.-9-2.4.2 瓦斯突出的一般规律.-9-2.4.3 突出与地质构造的关系.-10-2.4.4 突出与瓦斯压力的关系.-10-2.4.5 突出与地压的关系.-10-2.4.6 突出与地层的关系.-10-2.4.7 突出与水文地质的关系.-1
3、0-赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -2-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 第 3 章 瓦斯隧道施工.-11-3.1 瓦斯隧道分类.-11-3.2 瓦斯检测与监控.-11-3.2.13.2.1 建立健全专职的瓦斯监测管理机构建立健全专职的瓦斯监测管理机构.-11-3.2.2 隧道施工瓦斯监测体系图.-12-3.2.3 瓦斯检测与监控的目的.-13-3.2.4 瓦斯监测记录.-13-3.2.5 各部位瓦斯允许浓度指标及临界值.-14-3.2.6 瓦斯检测方法:.-15-3.2.7 隧道内瓦斯检测.-16-3.2.8 隧道内防止瓦斯爆炸.-18-3.3
4、瓦斯隧道施工技术要求及方法、工艺.-21-3.3.1 施工原则.-21-3.3.2 瓦斯地段的处理措施.-22-3.3.3 施工工艺.-22-3.3.4 技术要求.-23-3.4 防治煤层突出措施.-26-3.4.1 超前钻探.-26-3.4.2 防突措施.-28-3.4.3 过煤层措施.-31-3.5 钻爆作业.-32-3.5.1 一般技术要求.-32-3.5.2 震动炮爆破.-34-3.5.3 爆破安全措施.-35-3.6 支护.-36-3.7 隧道通风.-36-第 4 章 瓦斯隧道施工安全措施.-40-赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -3-中铁大桥局集团武桥公司
5、赣龙铁路 GL-2 标项目部 4.1 施工安全管理措施.-40-4.1.1 建立安全管理网络,对瓦斯的管理实行三级管理制:.-41-4.1.2 进行职工安全教育及上岗培训.-41-4.2 施工安全技术措施.-42-4.2.1 瓦斯隧道供电,须采用双回路直供电源线路.-42-4.2.2 在煤层中开挖的防护措施.-43-4.2.3 使用防爆电器和作业机械.-43-4.2.4 使用煤矿安全炸药和毫秒电雷管.-43-第 5 章 瓦斯爆炸事故的处理与救护.-45-5.1 瓦斯爆炸事故的处理.-45-5.1.1 处理措施.-45-5.2 煤与瓦斯突出事故的处理.-45-5.2.1 处理措施.-45-5.3
6、 事故救援.-46-5.3.1 救护队配备.-46-5.3.2 救护程序.-46-5.4 瓦斯爆炸故灾后调查.-47-5.4.1 事故分类.-47-5.4.2 事故报告.-47-5.4.3 事故调查.-48-5.4.4 现场勘验的基本任务.-49-5.4.5 现场勘验基本要求.-49-5.4.6 事故调查的程序.-50-第 6 章 瓦斯隧道作业事故应急预案瓦斯隧道作业事故应急预案.-52-赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -4-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 第第 1 章章 说明说明 1.1 编制依据编制依据(1)赣州至龙岩铁路扩能改造工程施工招标及
7、投标文件。(2)国家有关的法律法规及国家标准、规范。(2)现场踏勘调查所获得的工程地质、水文地质、当地资源、交通状况及施工环境等调查资料。(3)赣州至龙岩铁路扩能改造工程施工资料。(4)赣州至龙岩铁路扩能改造工程小密隧道设计图及通用图。1.2 主要技术规范、标准、规则、规程主要技术规范、标准、规则、规程 在合同履行过程中,执行中华人民共和国强制性标准及现行的行业标准、规范。工程实施所引用的标准或规范如有修改或新颁,除国家及铁道部强制性标准必须执行外,其他新颁标准或规范是否采用由发包人决定,我方在监理工程师的监督下按发包人的决定执行。瓦斯隧道施工引用如下表所示的技术标准、规范。技术规范、标准汇总
8、表 序号 标准编号 名 称 1 TB 101202002 铁路瓦斯隧道技术规范 2 TB 10401.12003 铁路工程施工安全技术规程(上册)3 TB 10401.22003 铁路工程施工安全技术规程(下册)4 TB 100032005 铁路隧道设计规范 5 TB 102042002 铁路隧道施工规范 6 TB 100492004 铁路工程水文地质勘察规程 7 TB 100032005 铁路隧道设计规范 8 TB 1006l1998 铁路工程劳动安全卫生设计规范 9 防治煤与瓦斯突出规定 10 防治煤与瓦斯突出细则 赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -5-中铁大桥局
9、集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 1.3 工程概况工程概况 小密隧道位于会昌县。起始里程 DK85+505,终止里程为 DK86+998,全长 1493m。出口里程 DK86+998,洞门结构终点里程 DK86979,明暗分界里程 DK86+960。道为时速 200km/h 客货共线双线铁路隧道,是赣龙铁路重点控制工程之一。隧道通过的地层复杂,地质条件差。主要通过地层有人工填土;碎石土层;全风化弱风化灰岩、粉砂岩;泥岩;炭质页岩及煤洞等,洞身有断层破碎带 4 条及岩界分界线 2 条,隧道地下水发育,洞身穿越含瓦斯煤系地层及规模不等的采空区,灰岩地段发育有溶腔溶槽。隧道出口段(DK86+
10、750+998 段)地质条件尤为复杂,依次为 F4 断层及其影响带;为瓦斯煤系地层并分布有不规则采空区;富水碎石土层及下伏灰岩(串珠状岩溶发育)。1.3.1 施工特点施工特点 本隧道是个重点难点工程,地质条件复杂,不同程度地存在顺层偏压、浅埋、岩溶、突水、瓦斯等不良水文地质条件。1.3.2 瓦斯工区里程桩号瓦斯工区里程桩号 DK86+760-DK86+790,DK86+790-DK86+900,DK86+900-DK86+960 1.4 瓦斯专项施工方案瓦斯专项施工方案的目的和目标的目的和目标 为了确保斯隧道施工安全与质量,防止重大安全事故发生。通过提前制定瓦斯专项施工方案以应对瓦斯、煤层的出
11、现,及时调整施工方案,确保工程顺利进行。赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -6-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 第第 2 章章 瓦斯基本知识瓦斯基本知识 2.1 瓦斯的定义瓦斯的定义 瓦斯是隧道(或矿井)从地层中涌出的以甲烷为主的各种有害气体的统称,由 gas 音译而来,其成分比较复杂,它含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气、和数量不等的重烃以及微量的稀有气体等,但主要成分是甲烷(CH4,俗称沼气),占 80%90%。沼气无色、无味、无毒,难溶于水,比空气轻,遇火即燃烧或爆炸。铁路瓦斯隧道遇到瓦斯多出现在煤系地层。瓦斯无色、无味。但若与其它芬芳族气体混
12、合,则发出类似苹果的香味。其熔点为-182.5,沸点为-164,在标准状态下,密度为 0.716kg/m3,相对于空气的比重为 0.554,因此易积聚在坑道的渗透性高,扩散速度大,约为空气的 1.6 倍,容易透过裂隙发达,结构松散的岩石。瓦斯微溶于水,溶解度为 3.5%;极易燃烧,但不能自燃,当与空气混合到一定浓度时,遇火源能燃烧或爆炸,瓦斯无毒,但其成分中的乙烷,丙烷等气体具有麻醉性,容易使人头晕目眩、头痛,甚至昏迷,瓦斯浓度过高时,相对降低空气中氧气含量能使人窒息。2.2 瓦斯的特性瓦斯的特性 2.2.1 爆炸性爆炸性 瓦斯本身是不会自燃和爆炸的,但当和空气(氧气)以一定比例混合均匀并达到
13、一定浓度后,遇到火源,才会燃烧和发生爆炸。2.2.2 渗透性渗透性 瓦斯的渗透性极高,扩散速度快,其扩散性较空气高 1.6 倍,容易透过裂隙发达、结构松散的岩石或煤层,渗透到隧道(或矿井)开挖空间里。赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -7-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 2.2.3 不稳定性不稳定性 瓦斯在煤体和围岩中以游离状态和吸着状态存在。两种状态的瓦斯是处在不断变化的动平衡中,当温度、压力等外界条件变化时,平衡就被打破。压力升高温度降低时,部分瓦斯将由游离状态转化为吸着状态,反之,压力降温度升时,又会有部分瓦斯由吸着状态转化为游离状态。2.2.
14、4 窒息性窒息性 瓦斯是无毒、无色、无味的,但不适合呼吸。瓦斯浓度升高,空气中氧气浓度急剧下降,会引起人员窒息。煤矿许多瓦斯伤亡事故中,有很大部分是瓦斯窒息造成的。2.3 瓦斯爆炸的必要条件瓦斯爆炸的必要条件 瓦斯爆炸必须具备三个条件:一定的瓦斯浓度,一定温度的引火源和足够的氧气。2.3.1 瓦斯浓度瓦斯浓度 瓦斯爆炸之所以产生,是瓦斯氧化反应剧烈发展的结果。如果生成的热量超过周围介质的吸热和散热的能力,即形成热量的积聚,促使氧化进一步发展结果就会酿成爆炸。瓦斯爆炸是有一定的浓度范围的,在新鲜空气中,当甲烷浓度低于 5%界限时,遇火不爆炸,但能在火焰外围形成燃烧层,此燃烧层呈浅兰色或淡青色;浓
15、度高于 16%界限时,在遇火源时不爆炸也不燃烧。一般情况下,瓦斯在空气中的浓度为 5%16%时,才可能发生爆炸。当然,瓦斯的爆炸界限不是固定不变的。当瓦斯中混入某些可燃性气体时,不仅增加了爆炸性气体的总浓度,而且会使瓦斯爆炸的下限降低。当隧道(或矿井)空气中含有煤尘时,也会使瓦斯的爆炸下限降低,增加爆炸的危险性。此外,瓦斯混合气体的初温越高,爆炸界限就越大。所以,当隧道(矿井)发生火灾时,高温会使原来不具备爆炸条件的瓦斯发生爆炸。但如有惰性气 赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -8-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 体混入,可在一定程度上降低瓦斯爆炸的
16、危险性。少量加入惰性气体可缩小瓦斯爆炸界限,多量加入甚至能使瓦斯混合气体失去爆炸性。2.3.2 引火源引火源 瓦斯爆炸的第二个必要条件是高温火源的存在。一般,瓦斯的引火温度为 650750左右。明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的安全灯网罩、吸烟、甚至撞击或摩擦产生的火花等,都足以引燃瓦斯。不同浓度的瓦斯引火温度不同,高温也可能引燃低浓度的瓦斯。由于瓦斯的热容量很大(约空气的 2.5 倍),当其遇火后并不立即发生反应,需要迟延一个很短的时间后才能燃烧和爆炸,这种现象称为延迟引火现象。其延迟引火的时间称为感应期,这种现象对隧道(矿井)的安全生产有着重要作用。在使用安全炸药进行爆破时,即使爆温能高达
17、2000 左右,但由于爆焰存在的时间极短(通常仅为千分之几秒),也不致将附近的瓦斯引爆。2.3.3 足够的氧气足够的氧气 大量实验证明,当含瓦斯的混合气体中氧浓度降低时,瓦斯的爆炸界限随之缩小,当氧浓度低于 12%时,瓦斯混合气体即失去爆炸性,即使遇到明火也不会发生爆炸。2.4 瓦斯突出瓦斯突出 瓦斯突出是施工过程中,发生的一种瓦斯的突然剧烈运动并造成十分巨大的动力效应现象,其机理较为复杂,但破坏性极大,易引起瓦斯爆炸等突发性自然灾害。一般认为饱含瓦斯的煤层或地质构造,在构造力、地层静压力等的综合作用下积蓄了较大的弹性能量并处于平衡状态,当隧道(或矿井)施工影响造成该平衡状态下瓦斯压力体系的破
18、坏时,巨大的弹性能量和游离瓦斯突然释放,在极短的时间内大量瓦斯混合物喷射到施工空间,造成人员窒息,引起瓦斯燃烧或爆炸。瓦斯突出与地质构造、瓦斯含量与地层压力等 赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -9-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 密切相关。2.4.1 瓦斯涌出形式瓦斯涌出形式 普通涌出:煤系地层或岩层中瓦斯缓慢、均匀、长时间地向坑道内释放,这是瓦斯涌出的基本形式。瓦斯喷出:含瓦斯煤系地层的地质破碎带、空洞或裂隙中积存有大量的高压瓦斯,当坑道开挖接近时,瓦斯突然以喷出形式大量释放。煤岩与瓦斯突出:存在于地层中具有一定压力的气体和固体混合物,冲破煤岩覆
19、盖层后,大量的煤和岩石被抛出,并释放出大量的瓦斯。2.4.2 瓦斯突出的一般规律瓦斯突出的一般规律 煤岩与瓦斯突出前后,都有地应力、瓦斯和煤岩的地质构造与力学性质的种种异常表现。归纳起来发生突出有三个主要因素:地应力、瓦斯和煤岩结构,而地应力和煤岩中瓦斯的存在是引起突出贡献的主要因素。其突出的一般规律为:(1)突出最易发生在地质构造带及其附近,如断层、褶曲、扭转地带、火成岩侵入区、煤层倾角骤陡、走向拐弯、层厚变化异常等地段。(2)在开挖形成的应力集中区,应力增大,突出危险性随应力增大而增大,如坑道的上隅角,相向开挖接近区、坑道开挖分支处等。(3)突出次数和强度,随煤层厚度和煤层倾角放散初速度高
20、、瓦斯含量大、层理紊乱,无明显节理、光泽暗淡、容易粉碎、有分枝型节理等特征。(4)突出前常出现各种预兆,如坑道支撑压力增大;岩块迸出、掉碴、外鼓或移动加剧;煤岩与支架发生破裂声、闷雷声、折断声等;瓦斯涌出量忽大忽小;煤尘增多;煤体及工作面温度略有下降或升高;煤质变软、干燥;顶钻夹钻等。(5)绝大多数突出发生在掘进工序,尤其在爆破时,突出的危险性随 赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -10-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 着对煤体的震动而加剧。(7)突出具有延时性,其迟延时间从几分钟到几十个小时。2.4.3 突出与地质构造的关系突出与地质构造的关系 绝
21、大多数瓦斯突出发生在地质构造带内,如:断层、褶曲、向斜、扭转、背斜和火成岩侵入区。在地质构造带内,煤层受着强大的地质构造力的作用而积蓄大量的能量,同时破坏了的煤体形成了贯通裂隙,促使瓦斯积聚,给突出创造了条件。当开挖工作接近这一区域时,在地压的参与下,煤岩中所积蓄的潜能突然释放,瓦斯突然涌出,就造成瓦斯的突出。就地质构造来讲,向斜的轴部,扭转地带的突出危险要大于背斜。2.4.4 突出与瓦斯突出与瓦斯压力压力的关系的关系 煤层中或岩体中的瓦斯含量与瓦斯的压力是突出的重要因素之一,瓦斯含量与瓦斯压力越大,突出危险越大,一般瓦斯突出发生在瓦斯压力大于10Mpa 的情况。2.4.5 突出与地压的关系突
22、出与地压的关系 地压力越大,突出的危险性越大。埋深增加时,突出的次数和强度都有可能增加。此外,在应力集中区,瓦斯突出的危险性也大幅度增加。2.4.6 突出与地层的关系突出与地层的关系 在软弱煤层或岩层中,瓦斯突出的危险性较高。若煤层顶底板为坚硬而致密的岩层且厚度较大时,其弹性与集中应力较大,瓦斯不易释放,其突出危险也较大。此外,瓦斯突出与隧道的开挖方向和煤层的走向也有一定的关系,一般两者垂直时,瓦斯易突出。2.4.7 突出与水文地质的关系突出与水文地质的关系 煤层比较湿润,隧道涌水量大时,突出的危险性小,反之则大。赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -11-中铁大桥局集团
23、武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 第第 3 章章 瓦斯瓦斯隧道隧道施工施工 3.1 瓦斯隧道分类瓦斯隧道分类 瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种,瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定。当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/min 时,为低瓦斯工区:大于或等于 0.5m3/min 时,为高瓦斯工区。瓦斯隧道只要有一处有突出危险,该处所在的工区即为瓦斯突出工区。判定瓦斯突出必须同时满足下列 4 个指标:(1)瓦斯压力 P0.74Mpa;(2)瓦斯放散初
24、速度Pl0;(3)煤的坚固性系数 f0.5;(4)煤的破坏类型为类及以上。3.2 瓦斯检测与监控瓦斯检测与监控 3.2.13.2.1 建立健全专职的瓦斯监测管理机构建立健全专职的瓦斯监测管理机构 本项目部成立专门瓦斯监测领导小组,由分部经理任组长,安全总监任副组长,生产副经理和各部室负责人及各工班负责人为组员,主要对瓦斯的监测工作进行监督、检查和制定应对措施。下设安全监察工程师和专职检查员,安全监察工程师定期对各低瓦斯隧道进行瓦斯检查,并将监测数据整理汇总后上报监测中心,专职检查员每工班两次携带便携式光学甲 烷检测仪进行瓦斯巡回检查,建立检查台帐和监测数据记录,并执行日报制度。赣龙铁路扩能改造
25、工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -12-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 隧道瓦斯监测中心机构图 3.2.2 隧道施工瓦斯监测体系图隧道施工瓦斯监测体系图 汪汉波 安全监察工程师(陈勇祥)专职检查员(夏彬)专职检查员(陈润何)赣龙铁路扩能改造工程 GL-2 标 瓦斯隧道专项施工方案 -13-中铁大桥局集团武桥公司赣龙铁路 GL-2 标项目部 3.2.3 瓦斯检测与监控的目的 瓦斯检测与监控的目的是随时掌子面爆破后,在距离掌子面 20cm 处进行现场测量瓦斯浓度,测量位臵为掌子面开挖轮廓内 20cm 处以及靠近通风机通风口的 100cm 处,现场读数,监测前使用检测仪
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