某水电站地下廊道瓦斯涌出量预测研究.pdf
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1、2023年第8期西部探矿工程*收稿日期:2022-09-08修回日期:2022-09-30第一作者简介:李永冲(1988-),男(汉族),四川成都人,注册安全工程师,现从事安全风险评估与安全管理工作。某水电站地下廊道瓦斯涌出量预测研究李永冲*1,2,崔晓立2(1.四川省煤田地质工程勘察设计研究院,四川 成都 610091;2.四川省康泰安全评价咨询有限责任公司,四川 成都 610091)摘要:某水电站大坝河床基岩以硅质板岩、变质砂岩及炭质板岩为主,灌浆孔、排水孔在施工过程中,基岩赋存瓦斯通过钻孔涌入廊道空间,严重威胁水电站施工安全。通过对廊道绝对瓦斯涌出量的测定及预测研究,制定相关瓦斯防治措施
2、,为廊道施工及运营期瓦斯防治提供技术保障,同时也为国内水电站地下廊道瓦斯防治提供技术支持与借鉴。关键词:灌浆廊道;排水孔;瓦斯;瓦斯涌出量预测中图分类号:TD712 文献标识码:A 文章编号:1004-5716(2023)08-0159-031概述某水电站位于西藏自治区山南地区,是雅鲁藏布江干流中游规划设计的梯级电站。水电站枢纽工程主要建筑物由混凝土溢流坝段、厂房挡水坝段、冲砂底孔坝段及河床式厂房等建筑物组成,水库总库容 0.3108m3,电站装机容量360MW。坝体内布置了基础灌浆廊道、坝基排水廊道等结构,同时兼顾坝内交通和原型观测。根据设计要求,在大坝廊道不同位置设置倾斜、铅直、垂直等不同
3、类型的排水孔,深入基岩517m不等。坝址区位于雅鲁藏布江缝合带内,距雅鲁藏布江北界断裂较近,经过前期地表测绘、调查、钻孔和平硐揭示,坝区内未见较大规模的断裂构造发育,主要构造形迹为节理裂隙和少量小断层。大坝地层主要为郎杰学群的姐德秀组第一段T3j1的硅质板岩、变质砂岩及炭质板岩,第四系沉积物主要为冲积(Q34al)、洪积(Q3pl)、崩坡积(Q4col+dl)等。大坝灌浆廊道和排水廊道等基础廊道通过灌浆孔及排水孔与其下部的基岩地层联系,电站廊道在建设和运营期,受揭露地层影响,来自于河床基岩的有毒有害气体(主要为瓦斯)将涌向坝体廊道,严重威胁着水电站施工及运营的安全,因此需进行专门的研究。2瓦斯
4、参数获取及排水孔调查统计为准确获取水电站地层炭质板岩瓦斯参数,对排水孔排出气体进行采样检测,采集廊道底部基岩岩芯,测定其瓦斯含量并对其进行碳含量测测定。同时,通过统计调查方法,对排水孔瓦斯排放情况进行了仔细的调查。2.1瓦斯参数测定2.1.1廊道钻孔气体检测施工单位在厂房坝段、溢流坝段灌浆廊道进行帷幕灌浆施工过程中,孔内有不明气体涌出。研究人员前后分两次,共采集气体样品6份送实验室检测,甲烷体积含量为6.34%16.46%,硫化氢为00.11ppm。钻孔内涌出有毒有害气体主要为甲烷。2.1.2瓦斯含量测定依据 页岩含气量测定方法(SY/T 6940-2013),页岩含气量指单位质量页岩中所含天
5、然气折算到0,101.325kPa 时的体积,按测量过程分为解吸气、残余气、损失气,页岩含气量为三者之和。水电站坝址区地层主要为炭质板岩,未发现煤层,瓦斯含量测定方法参照 页岩含气量测定方法 进行测定。研究人员根据前期调查及钻孔涌出气体情况,选取气体涌出丰富钻孔岩样 4 份,经现场及实验室测试,平均瓦斯含量为0.036m3/t,最大瓦斯含量为0.06m3/t。2.1.3工业分析本次采集炭质板岩采用煤质工业分析方法进行测试分析,以测定其水分、灰分、挥发分、固定碳含量。研究人员选择气体涌出量大、颜色深的岩样1份进行实验室分析,其中水分Mad=0.21%,灰分Ad=94.69%,挥发分Vd=3.65
6、%,固定碳FCd=1.45%。2.2廊道排水孔瓦斯排放调查为了掌握大坝廊道各灌浆孔、排水孔瓦斯气体涌1592023年第8期西部探矿工程出状况,研究人员对廊道灌浆孔、排水孔瓦斯气体涌出情况进行了详细的调查与统计分析,大坝瓦斯涌出情况整体呈现如下的规律。(1)不同坝段气体涌出存在差异性。灌浆廊道标高最低部位气体涌出量大,向标高增大方向(左、右)气体涌出逐渐减弱。(2)随排水孔深度加大,气体涌出量增加。随排水孔深度加大,气体涌出量有增大趋势。(3)水位高气体涌出量大。排水孔水位(相对各孔的孔口)高,气体涌出量相对较大,排水孔水位(相对各孔的孔口)低,气体涌出量相对较少。研究人员对水电站排水孔气体涌出
7、情况进行调查、统计分析,根据排水孔涌出气体解析量及涌出气体的瓦斯浓度,将排水孔定性划分为三类。第一类排水孔气体股状涌出,间隔时间3040s,排气量为现场实测值;第二类排水孔气体微弱小气泡涌出或零星气泡涌出,排气量取第一类的70%;第三类排水孔没有明显气体涌出,排气量取第一类的40%。根据设计资料及现场统计,第一类排水孔1443m,第二类排水孔1732m,第三类排水孔201m,合计3376m。3瓦斯涌出量预测3.1基于分源法瓦斯涌出预测煤矿掘进工作面瓦斯涌出来源包括两部份,一是暴露煤壁涌出瓦斯,二是破落煤块涌出瓦斯。大坝廊道灌浆孔、排水孔施工过程中瓦斯涌出类似煤矿掘进工作面,瓦斯涌出量包括排水孔
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