瓦斯隧道施工关键技术课件

瓦斯隧道施工关键技术一、概述二、过煤系地层隧道超前预报技术三、隧道瓦斯监测技术四、瓦斯隧道施工通风技术五、隧道煤与瓦斯突出防治技术六、高瓦斯隧道设备配置七、瓦斯隧道坍方防治技术瓦斯隧道施工关键技术一、概述1美国SanFernando隧道事故损失情况：瓦斯爆炸，导致17人死亡，1人幸存原因：地震产生的断层带使得瓦斯大量溢出，隧道内设施成为点火源导致爆炸发生。这是加州历史上最严重的隧道事故，直接促使美国出台了最严格的隧道和矿井安全规定。

美国PortHuron隧道

事故损失情况：瓦斯爆炸事故，导致22人死亡。

原因：通风设计不合理，瓦斯气体在通风不畅部分聚集，并被点火源引爆，导致发生了地下大爆炸。美国SanFernando隧道事故损失情况：原因：这是加2加纳Akosombo水坝引水隧道

事故损失情况：瓦斯爆炸，造成11人死亡。

原因：隧道上游为泥岩，深水腐化的有机物产生的沼气是甲烷的源头，由于施工中有焊接操作，导致这次事故的发生。

瑞士Hongrin引水隧道

事故损失情况：爆炸事故发生，共5人死亡。

原因：通风设备故障。

加纳Akosombo水坝引水隧道事故损失情况：原因：瑞士H3

意大利GreatApennine隧道

原因：爆破作业后，可燃气体涌出，引燃了木支撑。事故损失情况：4次爆炸,400m长的通风设施被破坏，风房被毁、仰拱坍塌，导致停工7个月。加上其它事故，有97人为这条隧道献出了生命。

意大利GreatApennine隧道原因：事故损失4董家山隧道于2005年12月22日发生特大瓦斯爆炸事故，造成44人死亡，11人受伤，直接经济损失2035万元。贵昆线岩脚寨隧道发生了5次瓦斯燃烧和2次严重的瓦斯爆炸，被迫停工76天，伤亡人数愈百人；达成线炮台山隧道瓦斯爆炸死亡13人，被迫停工7个月；213国道友谊隧道，先后发生瓦斯燃烧、爆炸40余次，并于2004年12月7日发生恶性瓦斯爆炸事故，造成60多人伤亡；炮台山隧道瓦斯爆炸友谊隧道瓦斯爆炸董家山隧道瓦斯爆炸董家山隧道于2005年12月22日发生特大瓦斯爆炸事故，造成5隧道瓦斯爆炸破坏场面隧道瓦斯爆炸破坏场面6性质甲烷CH4二氧化碳CO2一氧化碳CO硫化氢H2S乙烷C2H6丙烷C3H8分子量16.04244.0128.0134.0830.0744.09密度（Kg/m3）0.71681.981.251.541.362对空气的比重0.55451.530.971.171.051.55沸点K（101.3kPa）111.3194.583211.2184.7230.8爆炸下限（%）（293K，101.3kPa）512.54.332.1爆炸上限（%）（293K，101.3kPa）15/74.245.512.59.35发热量（MJ/m3，288K）最高值37.1111.8623.564.5398.61最低值33.3811.8621.6358.9388.96

煤层瓦斯主要指煤层及煤层围岩内赋存的气体，以甲烷为主，有约20种组分：甲烷CH4及其同系烃类气体（乙烷C2H6、丙烷C3H8、丁烷C4H10、戊烷C5H12等）、二氧化碳CO2、氮气N2、一氧化碳CO，二氧化硫SO2、硫化氢H2S等。性质甲烷二氧化碳一氧化碳硫化氢乙烷丙烷分子量16.042447瓦斯在煤体中赋存状态示意瓦斯在煤体中赋存状态示意8瓦斯爆炸会产生三种危害：◆火焰锋面火焰锋面是沿隧道运动的化学反应带和烧热的气体，火焰锋面的传播速度一般为500～700m/s。◆冲击波冲击波是传播的压力突变。在正向冲击波传播时，其波峰的压力达10kPa～2MPa；在正向冲击波叠加或返回时，可形成高达10MPa的压力。◆隧道空气成分改变

瓦斯爆炸会使隧道中的空气成分发生变化：氧化反应消耗了大量的氧，造成氧浓度降低；释放有害气体（如CO2，CO、高温H2O气体等）；形成爆炸性气体。瓦斯爆炸

瓦斯爆炸的化学反应式如下：瓦斯爆炸会产生三种危害：◆火焰锋面◆冲击波◆隧道空气成9瓦斯的爆炸需要三个条件：一定的瓦斯浓度；一定温度的引燃火源；足够的氧。1、瓦斯浓度

发生最初着火（爆炸）的瓦斯浓度见下表：瓦斯爆炸浓度

煤尘也具有爆炸性，在300～400℃时能挥发出可燃气体，所以混入煤尘可使瓦斯爆炸下限降低。例如，在其它条件相同时，如将空气中的含尘量由5g/m3增加到40g/m3时，爆炸下限将由4%降低到0.5%。

此外，瓦斯爆炸界限还与瓦斯混合气体的初始压力、初始温度有关。当瓦斯混合气体初始压力提高时，爆炸上限大幅提高；当初始温度提高时，爆炸上限也有较大程度的变化。瓦斯的爆炸需要三个条件：一定的瓦斯浓度；一定温度的引燃火源；102、火源

瓦斯爆炸的第二个条件是高温火源的存在。CH4含量/%233.95791011.7514.35最低着火温度/℃710700691697701714724742不同浓度瓦斯的最低着火温度2、火源瓦斯爆炸的第二个条件是高温火源的存在。CH11瓦斯浓度/%火源温度/℃77582587592597510751175感应期/s61.080.580.350.200.120.03971.150.600.360.210.130.0410.01081.250.620.370.220.140.0420.01291.300.650.390.230.140.0440.016101.400.680.410.240.150.0490.018121.640.740.440.250.160.0550.020

火源作用的重要特性是其作用的持续时间。因为导致瓦斯爆炸的连锁反应需要一定的时间，所达到爆炸浓度的瓦斯遇到火源时不会立即爆炸，而需要延迟很短的时间——感应期。任何火源，只有当其作用延续时间超过感应期时才是危险的。不同浓度瓦斯的感应期

这对瓦斯隧道爆破作业具有重要意义，只要炸药、雷管质量合格，炮泥充填符合要求，尽管炸药爆炸后产物可达4500℃高温，但其作用时间短，因而不会引起瓦斯爆炸。反之，若炸药、雷管质量不好，充填炮泥不符合要求，则爆炸后产物作用时间可能超过感应期而引起瓦斯爆炸。瓦斯浓度/%火源温度/℃775825875925975107123、氧浓度

在大气压力下瓦斯混合气体的爆炸范围可用Coward爆炸三角形进行判别。瓦斯空气爆炸界限与其中氧和瓦斯浓度关系图

右图中的A点表示通常的空气即含O2为20.93%，含N2和CO2为79.07%；瓦斯空气混合气体用AD线表示；B、C点分别表示爆炸下限和上限；BE为混合气体爆炸下限线。在爆炸三角形BCE范围内的混合气体均有爆炸性，BEF线左边的2区为不爆炸区，CEF右边3区为补充氧气后可能爆炸区。

瓦斯爆炸范围随着混合气体氧浓度的降低而缩小，当氧含量降低时，瓦斯爆炸下限缓缓的升高（BE线），而爆炸上限则迅速下降（CE线），即在氧含量低于12%时，混合气体即失去爆炸性。3、氧浓度在大气压力下瓦斯混合气体的爆炸范围可用C13

瓦斯爆炸需要一定的瓦斯浓度、一定温度的引燃源、足够的氧，三者缺一不可。瓦斯防治关键技术之二——瓦斯监测技术

为了做到全面、系统的把握隧道内瓦斯状况，必须构建覆盖全隧道危险部位的瓦斯实时监测网络，在可能发生灾害突变之前实施有效预警，并采取相应防治措施。瓦斯防治关键技术之三——煤层超前探测技术

通过超前地质预报准确的把握开挖工作面前方煤层和瓦斯状况，针对性的采取防治措施，对于预防瓦斯突出及瓦斯异常涌出效果明显。瓦斯防治关键技术之一——通风技术从控制瓦斯浓度的角度，通过有效的通风手段驱散、稀释瓦斯，将其控制在爆炸下限内，即使出现少数高温火花等引燃源，也不会导致瓦斯爆炸，是最有效的防止瓦斯爆炸的技术措施。瓦斯爆炸需要一定的瓦斯浓度、一定温度的引燃源、足够的氧，三14瓦斯隧道施工关键技术一、概述二、过煤系地层隧道超前预报技术三、隧道瓦斯监测技术四、瓦斯隧道施工通风技术五、隧道煤与瓦斯突出防治技术六、高瓦斯隧道设备配置七、瓦斯隧道坍方防治技术瓦斯隧道施工关键技术一、概述15过煤系地层隧道施工超前地质预报体系

隧道施工期超前地质预报应是一套系统、完整的分析及预测的体系工作，是地质工作、物探手段和钻探分析的综合应用。

地质工作是对整个隧道工程所处地质环境的宏观把握；

物探预测需要与地质分析有机结合；

超前钻探是最直观、准确的地质预报方法。过煤系地层隧道施工超前地质预报体系隧道施工期超前地16（2）地质调查和地质编录：配备地质工程师，对隧洞开挖洞段进行地质编录和观察分析，及时收集第一手资料，根据所揭露的地质现象，结合前期勘察设计资料，并通过已挖洞段预报结果与开挖实际情况对比分析，对物探预报资料进行合理的解释，以保证预报成果的真实性和准确性。（3）物探方法：TSP、HSP、地质雷达等波反射法物探手段以波传播、反射原理为基础，根据反射界面与隧道掌子面间的距离预报前方地质界面位置，根据反射波相位和首波相位关系预测界面介质性质。（4）超前钻探：在地质分析和物探预测的基础上，当接近煤层和其它不良地质体时通过超前钻探准确查明煤层走向、倾角、厚度以及瓦斯压力、涌出量、涌出初速度等参数。（5）综合分析：综合分析将地（质）、物（探）、钻（探）有机结合于一体，依据地质理论对隧道工程的基本地质条件进行分析，采用合理的途径和先进的探测技术手段综合确定不良地质体的性质、位置，并对危害性做出预测评价。（1）宏观分析：熟悉勘察资料、设计图纸，对工程区的地质情况进行全面了解，总体上把握煤层及其它地质构造的性状及分布。（2）地质调查和地质编录：配备地质工程师，对隧洞开挖洞段进行17紫坪铺隧道施工地质编录紫坪铺隧道施工地质编录18里程掌子面素描瓦斯超限次数K16+935~92625K16+925~9166K16+915~90616里程掌子面素描瓦斯超限次数K16+935~92625K1619TSP观测系统的布设

炮孔及接收孔的具体布置

物探手段-TSPP波深度偏移剖面

P波反射面

波速、泊松比、密度曲线和反射面二维图

TSP观测系统的布设炮孔及接收孔的具体布置物探手段-TS20左线LK17+386掌子面探测点布置示意物探手段-HSP发射通道信号

接收通道信号

右线RK17+323掌子面测试时域和频域分析成果

左线LK17+386掌子面探测点布置示意物探手段-HSP发射21

对于过煤系地层的隧道而言，超前钻探可实现：（1）前方岩体破碎程度及范围、岩体裂隙及发育情况探测；超前钻探

（2）煤层分布、厚度、倾角及走向探测，煤的破坏类型探测；（3）前方岩体瓦斯赋存及瓦斯压力探测；（4）瓦斯涌出预测及涌出初速度测试。对于过煤系地层的隧道而言，超前钻探可实现：（1）前方22

接近煤层前，必须对煤层位置进行超前钻探，标定各煤层准确位置，掌握其瓦斯赋存情况：（1）在距煤层15～20m处的开挖工作面钻1个超前钻孔、初探煤层位置；（2）在距初探煤层10m处的开挖工作面上钻3～5个超前钻孔，分别探测开挖工作面前方上部及左右部位煤层位置，并采取煤样和气样进行物理、化学分析和煤层瓦斯参数测定，在现场进行瓦斯含量、涌出量、压力等测试工作；（3）按各孔见煤、出煤点计算煤层厚度、倾角、走向及与隧道的关系，并分析煤层顶、底板岩性；

（4）掌握并收集钻孔过程中的瓦斯动力现象，若钻孔过程大量的瓦斯、煤浆、煤粉、水从钻孔中喷出或高压瓦斯将钻杆向外推（顶钻）、夹钻、抱钻等现象，则掌子面前方可能会产生煤和瓦斯突出。接近煤层前，必须对煤层位置进行超前钻探，标定各煤层准23●

煤层探测

煤层在大范围中是任意不规则的曲面，但在隧道附近的小范围内，可以假定煤层是平面，设其方程是：

若探测孔为三个，其见煤点坐标为：A1（x1,y1,z1）、A2（x2,y2,z2）、A3（x3,y3,z3），则煤层面的方程为：

为了精确确定煤层厚度和位置，除探测孔外，应该利用瓦斯预测、排放孔的参数，共同确定煤层的平面方程。此时，理想的煤面方程应满足煤面至各探孔过煤点垂距平方和最小的条件。●煤层探测煤层在大范围中是任意不规则的曲面，但在24用求最小值的原理，可求得方程式中的各项系数。

煤层参数计算：倾角：

煤层走向与隧道中线夹角：煤层厚度：用求最小值的原理，可求得方程式中的各项系数。煤层参数计算：25紫坪铺隧道超前钻探断面布置紫坪铺隧道超前钻探断面布置26钻孔芯样超前钻孔平面布置图开挖过程揭示的水平煤层钻孔芯样超前钻孔平面布置图开挖过程揭示的水平煤层27●瓦斯压力测定

煤层瓦斯压力测定是通过钻孔揭露煤层，安设测定仪表并密封钻孔，利用煤层中瓦斯的自然渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡的瓦斯压力。

瓦斯压力测定分为主动测压法和被动测压法：

（1）主动测压法是通过钻孔向被测煤层充入补偿气体达到瓦斯压力平衡而测定煤层瓦斯压力的测压方法，补偿气体可采用高压氮气（N2）、高压二氧化碳气体（CO2）或其它惰性气体，补偿气体的充气压力应略高于预计煤层瓦斯压力；

（2）被动测压法是钻孔封完孔后，通过被测煤层瓦斯的自然渗透，达到瓦斯压力平衡而测定瓦斯压力的测压方法。●瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定是通过钻孔揭露煤层，28水平钻孔封孔工艺

倾斜钻孔封孔工艺

钻孔瓦斯参数测试工艺水平钻孔封孔工艺倾斜钻孔封孔工艺钻孔瓦斯参数测试工艺29超前预报与实际开挖观测对比预报里程地质综合分析结果开挖观测结果LK16+950～LK16+930以泥岩为主，夹少量砂岩，围岩破碎、节理裂隙发育，易掉块，含水灰色砂岩、炭质泥岩互层，夹煤屑，充填泥，其中LK16+855处有煤包体，松散破碎，掌子面自稳时间0.5minLK16+930～LK16+915砂岩和泥岩互层，节理裂隙发育或软弱夹层，含水～富水灰色薄～中层细粒砂岩夹炭质泥岩互层，多分布煤线，线状流水，掌子面自稳时间1minLK16+915～LK16+898以泥岩为主，夹少量薄层砂岩，围岩较破碎，易掉块，可能小型坍方，含水灰色炭质泥岩夹薄层细砂岩，层面夹煤屑，充填泥，强度极低，线状流水，掌子面自稳时间0.3minLK16+898～LK16+878砂岩和炭质泥岩互层，围岩较破碎，含水灰色薄～中层砂质泥岩夹煤线，上台阶含石英岩脉，线状流水，掌子面自稳时间1minLK16+878～LK16+860以砂岩为主，夹薄层泥岩或炭质泥岩，围岩较破碎，含水灰色薄～中层含煤包体细～中粒砂岩，线状流水，掌子面自稳时间1minLK16+860～LK16+845以泥岩或泥岩或炭质泥岩为主，夹少量砂岩，围岩破碎，节理裂隙发育，易掉块，可能小型坍方，含水灰色炭质泥岩夹薄层细砂岩，含多个煤包体，松散破碎，强度极低，自稳时间0.5minLK16+845～LK16+825砂岩和泥岩互层，围岩破碎，节理裂隙发育，含水灰色炭质泥岩夹薄层细砂岩，含多个煤包体，线状流水，松散破碎，强度极低，自稳时间0.5minLK16+825～LK16+810以泥岩或炭质泥岩为主，夹少量砂岩，围岩破碎，节理裂隙发育，含水灰色炭质泥岩夹薄～中层细粒砂岩互层，含煤包体砂岩，线状流水LK16+810～LK16+790砂岩和炭质泥岩互层，围岩较破碎，节理裂隙发育，易掉块，含水以灰色炭质泥岩为主，含5层0.1～0.3m薄煤层，线状流水，松散破碎，强度极低，自稳时间0.5minLK16+810～LK16+790砂岩和炭质泥岩互层，围岩较破碎，节理裂隙发育，含水灰色炭质泥岩夹薄～中层细粒砂岩互层，多煤线分布，线状流水，自稳时间1minLK16+790～LK16+770以砂岩为主，夹薄层泥岩或炭质泥岩，围岩较破碎，含水灰色中层含煤包体中粒砂岩，局部煤线分布，线状流水，自稳时间1minLK16+770～LK16+750以砂岩为主，夹薄层泥岩或炭质泥岩，围岩较破碎，含水灰色中层含煤包体中粒砂岩，局部煤线分布，线状流水，自稳时间1min超前预报与实际开挖观测对比预报里程地质综合分析结果开挖观测30瓦斯隧道施工关键技术一、概述二、过煤系地层隧道超前预报技术三、隧道瓦斯监测技术四、瓦斯隧道施工通风技术五、隧道煤与瓦斯突出防治技术六、高瓦斯隧道设备配置七、瓦斯隧道坍方防治技术瓦斯隧道施工关键技术一、概述31瓦斯检测仪器及监控系统

目前，隧道施工中瓦斯检测及监控还没有形成自身体系，多直接采用煤矿安全生产中的瓦斯检测仪器或监控系统。主要有以下几种：1、便携式瓦斯检测仪2、瓦斯遥测仪3、瓦斯监控系统瓦斯检测仪器及监控系统目前，隧道施工中瓦斯检测及监32

便携式瓦斯检测仪携带方便，操作简易，可直接快速测定矿井或隧道内任意位置瓦斯浓度，较好的满足生产、施工需要，目前在隧道施工中应用较为广泛。按测定瓦斯的原理，便携式瓦斯检测仪可分为热效式瓦斯检测仪、热导式瓦斯检测仪、光学瓦斯检测仪和气敏半导体瓦斯检测仪。1、便携式瓦斯检测仪检测仪种类检测原理优点缺点热效式检测仪利用气体热效应差异进行检测1.低浓度时灵敏度高2.受其它不可燃气体影响小3.CO2影响小1.受温度影响2.瓦斯浓度检测范围有限3.受H2S影响大热导式检测仪利用气体导热系数差异进行检测1.精度高，稳定性好2.瓦斯浓度检测范围大1.受CO2温度、湿度影响2.气体选择性差光学检测仪利用气体的光折射率差产生的干涉条纹位移进行检测1.精度高，体积小，容易校正2.瓦斯浓度检测范围大1.受空气影响2.气体选样性差气敏半导体式检测仪利用半导体与气体接触后其特性发生变化进行检测1.精度高2.瓦斯浓度检测范围大3.制作工艺简单1.稳定性差2.受环境影响大3.气体选样性差便携式瓦斯检测仪携带方便，操作简易，可直接快速测定矿33

瓦斯遥测仪具有连续监测、记录、报警和断电等装置，可安全、高效的监测矿井、隧道作业点和回风流中的瓦斯。2、瓦斯遥测仪

瓦斯遥测仪主要包括探头、发送机、报警器、接收机、自动记录仪和低通滤波器等装置，最远可实现10km的遥测。其遥测原理如下图。瓦斯遥测仪具有连续监测、记录、报警和断电等装置，可安34

瓦斯监控系统的功能侧重于监测，即对环境的各种参数进行收集处理，控制功能主要是实施瓦斯超限断电处理。3、瓦斯监控系统

国外广泛应用的瓦斯监控系统有英国MINOS瓦斯监测系统、德国TF-200瓦斯监控系统、波兰CMM-20瓦斯监测系统等。

安全监控系统为煤矿和瓦斯隧道安全生产和管理起到了十分重要的作用。国内各主要科研单位和生产厂家相继推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000和KJG2000等监控系统，以及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。瓦斯监控系统的功能侧重于监测，即对环境的各种参数进行35瓦斯隧道施工关键技术课件36自动监控系统掌子面衬砌处加宽带回风口隧道瓦斯实时监测网络人工现场检测隧道所有开挖工作面、局部塌方地点使用中的机械电气设备的设置地点有人员作业的地点瓦斯浓度可能超限或积聚的地点

全面、实时把握隧道内瓦斯信息是采取相应防治措施、防止瓦斯灾害事故的重要依据。目前，隧道施工期瓦斯监测网络多采用系统自动监控和人工检测相结合的模式，即通过自动监测、监控系统覆盖隧道重点部位和易发生瓦斯积聚的部位，实现实时监测及预警；通过人工检测，实现全隧道范围的瓦斯数据补充采集。自动监控系统掌子面衬砌处加宽带回风口隧道瓦斯实时监测网络人工37

通过系统自动监控和人工检测的相互补充、相互配合，可构建起覆盖全隧的瓦斯实时监测网络，有效解决瓦斯漏检漏测难题，系统、全面把握隧道内任意位置任意时刻的瓦斯信息。自动监控和人工检测方法的技术特性见下表。自动监控和人工检测方法的技术特性对比特性自动检测人工检测检测位置及频率重要部位的连续性监测所有开挖工作面、局部塌方地点，使用中的机械电气设备的设置地点，作业点附近，瓦斯可能积聚处及各种通风死角一定频次的检测理论支持多、复杂简单、易理解检测作业方便性操作简便，可遥测现场作业，耗时多检测连续性连续离散，有一定的检测频率检测数据特性连续性强变化幅度大检测数据结果平均值最大值、最小值经济性初次投入大一次性投入少通过系统自动监控和人工检测的相互补充、相互配合，可构38地点限值超限处理措施低瓦斯工区任意处0.5%超限处20m范围内立即停工，查明原因，加强通风监测局部瓦斯积聚2.0%超限处附近20m停工，断电，撤人，进行处理，加强通风开挖工作面风流中1.0%停止钻机钻孔作业1.5%超限处附近20m停工，断电，撤人，进行处理，加强通风等回风巷或工作面回风流中1.0%停工，撤人，处理放炮地点附近20m风流中1.0%严禁装药放炮煤层放炮后工作面风流中1.0%继续通风，不得进入局扇及电气开关10m范围内0.5%停机，通风，处理电动机及开关附近20m范围内1.5%停止运转，撤出人员，切断电源，进行处理竣工后洞内任何处0.5%查明渗漏点，进行整治隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施

地点限值超限处理措施低瓦斯工区任意处0.5%超限处20m范围39紫坪铺隧道瓦斯监测模式示意

紫坪铺隧道瓦斯监测模式示意40“瓦电闭锁”

在区域供电主开关处设置JY82型瓦斯断电仪，将其探头设在有瓦斯突出及工作面适当地方，当瓦斯超限时，该探头发出警告信号，同时经断电仪控制迅速切断供电主开关，瓦斯浓度未降到要求标准前断电仪能控制主开关不能合闸送电，从而保证了施工和人身安全，实现瓦斯超限时与供电主开关的闭锁功能，即“瓦电闭锁”。隧道内使用的智能型瓦斯传感器

“瓦电闭锁”示意图

“瓦电闭锁”隧道内使用的智能型瓦斯传感器“瓦电闭锁”示意41“风电闭锁”对于压入式通风为主的紫坪铺隧道施工，必须是隧道主通风设备和局部通风设备与开挖面动力设备主开关间设有电气闭锁线路，即“风电闭锁”。任何情况下，风机停止，则开挖面动力设备即停止工作；风扇启动时，其它动力设备不会同时启动，以保证安全，也即“风扇闭锁。“风电闭锁”示意图

“风电闭锁”“风电闭锁”示意图42隧道内自动监控系统传感器布设

布设地点监控内容传感器型号数量（台）作用开挖工作面瓦斯KG97011检测工作面瓦斯浓度氧气1检测工作面氧气浓度二衬工作面瓦斯KG97011检测瓦斯浓度加宽带瓦斯KG97011检测瓦斯浓度回风瓦斯KG97011检测瓦斯浓度洞外风机开停1检测风机开停状况隧道内自动监控系统传感器布设布设地点监控内容传感器型号数量43

监测系统图示监测系统显示屏

监控系统主机

监测系统回风流探测器

系统探测器

监测系统图示监测系统显示屏监控系统主机监测44

紫坪铺隧道瓦斯浓度监测具典型特征的实测数据(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)紫坪铺隧道瓦斯浓度监测具典型特征的实测数据(a45瓦斯隧道施工关键技术一、概述二、过煤系地层隧道超前预报技术三、隧道瓦斯监测技术四、瓦斯隧道施工通风技术五、隧道煤与瓦斯突出防治技术六、高瓦斯隧道设备配置七、瓦斯隧道坍方防治技术瓦斯隧道施工关键技术一、概述46

从风管管口到风流反向点的距离称为有效射程，有效射程以外的瓦斯、炮烟及废气等，呈涡流状态，不能迅速排出，故风管管口距离掌子面的长度必须小于有效射程。压入式通风风流的有效射程

压入式通风

1、压入式通风

从风管管口到风流反向点的距离称为有效射程，有效47

压入式通风的优点是有效射程大，冲淡、排出瓦斯及炮烟的效果好；工作面回风不通过风机和通风管，在有瓦斯涌出的工作面采用该通风方式比较安全；工作面的污浊空气沿隧道流出，沿途带走隧道内的瓦斯、粉尘及施工机械尾气，对改善工作面环境、降低工作面瓦斯浓度更有利。

压入式通风的缺点主要在于长距离掘进排出瓦斯、炮烟需要的风量大，通风排烟时间较长，回风流污染整条隧道。

根据绝大多数隧道无轨运输施工特点，采用压入式通风可以使工作面的污染度最小，空气质量最好，通风机不需经常移动，且压入式的有效射程比吸入式的有效吸程大得多，利于工作面设备布置和作业，管理上也方便，因而更宜于机械化作业。故独头掘进长度小于2km的瓦斯隧道多采用压入式通风，是目前隧道施工通风的主要方式。发耳隧道等众多独头瓦斯隧道均采用压入式通风。压入式通风的优点是有效射程大，冲淡、排出瓦斯及炮烟的482、抽出式（压出式）通风

抽出式通风采用硬质风管，如图(a)所示；若采用柔性风管，则系统布置应如图(b)所示的压出式通风，两种方式特点类似。抽出式通风和压出式通风

2、抽出式（压出式）通风抽出式通风采用硬质风管，49

对于抽出式通风，随着离风管管口距离的增加风速急剧下降，故吸风的有效作用范围很小。风流沿隧道流至工作面，再反向进入风管。风流的有效作用范围称为有效吸程。有效吸程以外的瓦斯、炮烟及废气等呈涡流状态，排出困难。故抽出式通风布置中，风管管口距离掌子面的长度必须小于有效吸程。抽出式通风风流有效吸程对于抽出式通风，随着离风管管口距离的增加风速急剧下降50

抽出式（压出式）通风的优点是：在有效吸程内排出瓦斯和炮烟效果好，所需风量小，回风流不污染隧道，适于采用有轨运输的隧道施工通风。

抽出式（压出式）通风的缺点是：有效吸程很短，只有当风管管口离工作面很近时才能达到通风效果，往往造成工作面设备布置困难，通风设备有被爆破飞石损坏的可能。

在瓦斯隧道中，由于抽出式通风回风流经过风机和风管，如果叶轮与外壳碰撞或其它原因产生火花，有引起瓦斯爆炸的危险，故风机叶轮必须用软金属制造以避免产生撞击火花，且电机须为防爆型。抽出式（压出式）通风的优点是：在有效吸程内排出513、混合式通风

混合式通风系统如下图所示。抽出式（在柔性风管系统中作压出式布置）风机的功率较大，是主风机；压入式风机是辅助风机。混合式通风

混合式通风系统中压入风机的送风长度相对较短，需要的风量也较主风机系统小，有时可用压气引射器代替。

为了避免循环风，混合式通风系统中压入式风机进风口距抽出式风管吸风口（或压出式风机吸风口）的重合距离不得小于10m。两风管重合段内隧道平均风速不得小于该隧道的最低允许风速。3、混合式通风混合式通风系统如下图所示。抽出式（52

混合式通风的优点在于这种方式综合了压入式通风和抽出式通风两种方式的优点，利用压入式风机有效射程长的特点，把瓦斯、炮烟及废气等搅混、稀释并排离工作面，再由抽出式（压出式）风机吸走，适合于大断面长距离隧道通风，在机械化作业时更为有利。

混合式通风的缺点是必须保证两台风机同时运转，通风系统较复杂，可靠性差，不便于管理，且运行成本高。

目前，混合式通风在煤矿系统中应用较多，在公路隧道和铁路隧道中也有一定应用，如圆梁山隧道等瓦斯隧道施工过程中曾阶段性采用过混合式通风。混合式通风的优点在于这种方式综合了压入式通风和53●巷道式通风

巷道式通风适用于设有平导的长隧道或左、右线分离的平行隧道，尤其适于瓦斯隧道特别是高瓦斯隧道施工通风。正洞和平导前面的独头掘进隧道，可以采用局部的风管式通风。巷道式通风●巷道式通风巷道式通风适用于设有平导的长隧道或左、54

早期隧道施工中，巷道式通风局限于传统的矿山巷道式通风，即压入式风机安装在进风隧道内，污染空气沿平导或另一条平行隧道流出。为避免循环风，不用于风流循环的的横通道须设置风门。南昆线家竹箐隧道即采用这种通风方式，成功解决了高瓦斯隧道通风的难题。

华蓥山隧道施工通风中引入射流风机，摒弃了传统的采用大功率主风机向洞内输送新鲜空气的通风方式，利用先进的射流技术推动洞内外空气的交换，把洞口到射流风机的区段变为真正意义上的巷道式通风（进风道为新鲜风流），在射流风机到掘进面之间实现单一的压入式通风（轴流风机置于新鲜风带中）。

射流巷道式通风充分发挥了巷道式通风的优势，具有通风效果好、能耗低、现场操作简单、可靠性高等优势，是长大高瓦斯隧道（双线隧道或有平导的长大隧道）最适合的施工通风方式，在近几年瓦斯隧道建设中得到大量推广应用，如都汶高速公路紫坪铺隧道、龙溪隧道；垫邻高速公路明月山隧道、铜锣山隧道以及忠垫高速公路谭家寨隧道等均采用此种施工通风方式，取得了显著的防治瓦斯的效果。早期隧道施工中，巷道式通风局限于传统的矿山巷道55

瓦斯隧道施工，通过施工通风，可以冲淡、稀释瓦斯，并防止瓦斯在角隅或洞顶滞留，前者主要与风量有关，后者主要与风速有关。必须根据瓦斯涌出量、爆破排烟、同时工作的最多人数、洞内施工机械排放废气量等分别计算通风所需风量，并按允许风速进行检验，采用其中的最大值，以确保风量和风速满足瓦斯防治要求。1、按瓦斯涌出量计算

独头掘进的瓦斯隧道多采用压入式通风，整个巷道都是回风流，考虑到洞内有电气设备，工作面后方还有后部工序作业，故工作面风流中瓦斯浓度须稀释在0.5%以下。对于有平导的巷道式通风，回风风流中瓦斯浓度应在0.75%以下。但其开挖工作面仍为独头，风流中的瓦斯浓度应控制在0.5%以下。

式中：Q——瓦斯隧道通风量；q——瓦斯绝对涌出量；r——工作面回风流瓦斯允许浓度；k——瓦斯涌出不均匀系数，取1.5～2.0。瓦斯隧道施工，通过施工通风，可以冲淡、稀释瓦斯，并防562、按稀释和排炮烟所需风量计算

按排出炮烟计算风量的公式多带有经验公式的特点，不可避免的带有各种取值范围较广的系数，应用时要充分考虑其局限性，并在实践中予以修正。式中：t——放炮后通风时间；G——单次爆破最大装药量；φ——淋水系数；b——炸药爆炸时的有害气体生成量，煤层中爆破取100，岩层中爆破取40；ξ——风管漏风系数；L——最长通风距离，长距离隧道掘进时，炮烟在沿隧道流动过程中与空气混合，在未到达隧道出口时已被稀释到允许浓度，从工作面至炮烟已稀释到允许浓度处的距离称为临界长度，在这种情况下，L取临界长度值，，K为紊流扩散系数。2、按稀释和排炮烟所需风量计算按排出炮烟计算573、按洞内同一时间最多人数所需风量计算

根据铁路、矿山等部门颁发的隧道施工技术规范规定，每人每分钟供给风量不得小于4m3，则：

式中：k——备用系数；N——洞内同一时间最多人数。4、按稀释和排出内燃机废气风量计算

式中：Ci——第i项污染物排放浓度；

[Ti]——第i项污染物允许浓度；

q——柴油机废气排放率，3、按洞内同一时间最多人数所需风量计算根据铁路、矿585、按洞内最小允许风速验算

对于瓦斯隧道施工通风而言，由于瓦斯比重小于空气，易停滞在隧道顶部，而附壁效应也使靠近洞壁的瓦斯浓度较大，根据有关资料，瓦斯逸出处附近的拱顶往往会形成一片长10～15m，宽2～3m的瓦斯层，其厚度一般为20cm，滞留层的瓦斯浓度在底部为2%，而顶部可超过10%。如果洞内风速较大，可把洞顶的瓦斯滞留层吹散而融合到风流中。根据《铁路瓦斯隧道技术规范》规定：瓦斯隧道施工中防止瓦斯积聚的风速不宜小于1m/s。则工作面风量计算如下：式中：Q——掌子面最小风速需风量；

S——隧道最大断面；

ν——最小允许风速。5、按洞内最小允许风速验算对于瓦斯隧道施工通风而言59●通风系统设计

隧道施工通风系统设计计算步骤如下：（1）漏风系数式中：L——管道长度；P100——平均百米漏风率；β——百米漏风率。（2）风机供风量式中：μ——安全裕度；Qmax——取工作面风量计算中各项之最大者或●通风系统设计隧道施工通风系统设计计算步骤如下：（160（3）风阻系数

式中：a——管道摩擦阻力系数；λ——管道沿程阻力系数（达西系数），无因次；ρ——空气密度。（4）管道阻力损失及通风机全压

于是，管道阻力损失：P100、β和a等是系统设计中最重要的参数，又都与管道的材质、直径、联接形式、表面状况、制造及安装维护密切相关，只有通过大量的工程试验，才能获得较准确的值。

由于长距离通风系统管道的泄露不可忽视，设计风量应取风机风量与工作面的几何平均值：

式中：hV——管道出口动压损失。通风机功率：

式中：η——风机效率。（3）风阻系数式中：a——管道摩擦阻力系数；λ——61

在忽略的情况下，根据和可初选通风机，可由上面的公式绘制管道特性曲线，如下图所示，其与通风机特性曲线的交点即是系统的工作点。对于一个合理的系统，应当使在最长通风距离时，①该工作点应处在风机高效稳定的工作区内；②工况点的风量；③工况点的全压低于风机额定全压；④与风机设计工况尽量靠近。（5）风机选型及系统工况通风机与管道联合工作特性在忽略的情况下，根据和可初选通风机，可由上面的公式绘62瓦斯局部积聚处理

国内外的煤矿、隧道瓦斯爆炸事故分析表明，约一半以上的爆炸事故是由于局部瓦斯积聚发生的。因此，预防和处理局部瓦斯积聚是高瓦斯隧道通风的一项重要工作。

瓦斯积聚一般由于隧道里风速偏低或隧顶有瓦斯涌出源（煤线或生烃岩层）引起的。影响瓦斯积聚范围的主要因素包括形成瓦斯积聚的瓦斯涌出量、隧道中的风速、回风流的瓦斯平均浓度和隧道断面型式。

为了及时发现和消除隧道瓦斯局部积聚，要加强对可能出现瓦斯积聚地区的瓦斯浓度测量。通常，停风区、顶板冒落空洞、在隧道断面形状突变处、横通道处、二衬台车处以及洞壁不平齐处等处易聚集瓦斯。施工过程发生坍方时，空洞中的瓦斯浓度更是可达50%～80%，并且瓦斯浓度沿空洞高度基本相等。瓦斯局部积聚处理国内外的煤矿、隧道瓦斯爆炸事故分析63

防止和消除隧道瓦斯局部积聚的主要方法是全面或局部增加风速。一般而言，如果隧顶有集中瓦斯涌出源（由裂隙涌出等）形成瓦斯层，消除积聚瓦斯所需的平均风速为：

式中：q——形成瓦斯层的涌出源瓦斯流量；

De——隧道的当量直径。

如果不能保证消除危险区段瓦斯积聚所需的风速，应该采取局部增加风速的方法，例如在具有流量0.5m3/min及更高的分散或集中瓦斯涌出源的条件下，要用局部风机消除瓦斯积聚。防止和消除隧道瓦斯局部积聚的主要方法是全面或局部增加64在高瓦斯隧道施工中可有如下防止瓦斯积聚的主要措施：（1）提高光面爆破效果，使隧道壁面尽量平整，既可减少瓦斯积聚空间，又可减小通风阻力，达到通风气流顺畅；（2）及时喷混凝土封堵岩壁的裂隙和残存的炮眼，减少瓦斯渗入隧道；（3）增大风速，减少瓦斯积聚可能；（4）向瓦斯积聚部位送风驱散瓦斯。在高瓦斯隧道施工中可有如下防止瓦斯积聚的主要措施：（1）提高65在瓦斯隧道施工中，可采用以下方法向瓦斯积聚部位送风驱散瓦斯：风筒分支排放压风排除瓦斯在瓦斯隧道施工中，可采用以下方法向瓦斯积聚部位送风驱散瓦斯：66瓦斯隧道通风管理

通风效果的好坏，通风系统设计是前提，管理是关键。为保持良好的通风效果，必须加强管理，健全管理制度，以确保通风效果和施工安全。

瓦斯隧道施工期间，应建立瓦斯通风监控体系，测定风速、风量等参数。

对瓦斯易积聚的地段，可采用局部风机等设备，实施局部通风以消除瓦斯积聚；

瓦斯隧道在施工通风期间，应连续通风。

压入式风机必须装设在洞外或洞内新鲜风流中，避免污风循环。

瓦斯隧道采用风管式通风时，应采用抗静电、阻燃的风管，并保证风管百米漏风率不大于1%。

采用传统的矿山巷道式通风时，除用作回风的横通道外，其它不用的横通道应及时封闭，这是减少漏风的关键措施。瓦斯隧道通风管理通风效果的好坏，通风系统设计是前提67通风管理质量评估体系

评估项目及质量标准分值一、主要通风管理100×0.4（一）主通风机管理100×0.4×0.4主通风机能力满足要求，安设位置符合相关规定35主通风机开启的台数和档速满足要求30主通风机必须安装水柱计、电流表、电压表、轴承温度计、通讯电话5主通风机应配备专职司机(司机必须经过培训)、建立风机运行记录、司机岗位责任制和操作规程10主通风机应安设两路电源，当一路电源停止供电时，另一路应在15min内接通10主通风机因检修、停电或其它原因停止运转时，必须制定停风措施；主通风机开停必须由瓦检员指挥，不得随意开停，停主要通风机必须有安全技术措施10（二）隧道内通风管理100×0.4×0.3隧道必须有完整独立的通风系统45隧道内风速、风量及计算符合《铁路瓦斯隧道防治技术规范》及《煤矿安全规程》要求35瓦斯隧道各开挖工作面必须采用独立通风，严禁任何两个工作面之间串联通风20（三）主通风机风管管理100×0.4×0.3必须采用抗静电、阻燃风管；风管吊挂平直，风管拐弯处要设弯头或缓慢拐弯；风管口到掌子面的距离符合规定50风管接头严密(手到接头处0.1m处感觉不到漏风)；无破损(末端20m除外)50通风管理质量评估体系评估项目及质量标准分值一、主要通风管理68二、局部通风管理100×0.20局部通风机的选择应满足局部通风要求30局部通风机的安装及标准符合相关规范要求40局部通风机必须由指定人员负责管理(专职瓦检员、放炮员或安全员兼管)，不得无计划停风，有计划停风的必须有专项停风安全措施，保证正常运转；使用局部通风机供风的掌子面不得停风；因检修、停电等原因停风时，必须有备用局部通风机20高瓦斯隧道必须实行“三专、两闭锁”供电10三、通风安全管理制度100×0.10施工企业必须建立安全管理部门或配备专职安全管理人员10建立、健全各级领导和各业务部门的安全管理责任制，并严格执行10隧道风量调节符合规定要求；有风量调节记录15必须建立测风制度，每10天进行一次全面测风，同时应根据需要测风，并有测风记录及牌板25通风安全、瓦斯仪器仪表要定期校验，确保使用的准确性15瓦检员、放炮员、测风员等要制定定期培训计划，每次培训要考核，有记录可查，并持证上岗25评分及安全程度≥9075～9060～7550～60＜50安装状况良好低安全风险安装状况较好较低安全风险安全状况中等中等安全风险安全状况较差较高安全风险高安全风险不安全二、局部通风管理100×0.20局部通风机的选择应满足局部通69风管通风防漏降阻措施

对于采用风管通风的长大隧道施工而言，风管性能的优劣和制造、安装及维护的质量对通风效果有着直接的影响。1）由于风管风阻与直径的5次方成反比，要降低摩擦阻力，延长送风距离，最有效的方法是增大风管的直径，即增大过流断面积，这对减小风阻有明显的效果。2）长距离通风中，由于风压高，摩擦风阻降低而接头风阻升高，使得接头风阻在总风阻中的比例增加，减少接头对于降低总风阻效果更好。3）柔性风管发生破损会大量漏风。漏风量与破损面积和通风内外压差有关，破损处越大，压差越高，漏风量也就增大。所以靠近风机一端的高压差区段漏风更为重要。一旦局部出现破损，要及时粘补。风管通风防漏降阻措施对于采用风管通风的长大隧道施工704）风管的吊挂质量对风管风阻和供风长度影响较大，为了减少风管弯曲、褶皱产生的局部阻力，应注意以下几点：①风管吊挂必须做到平、直、稳、紧，即：在水平面上无起伏，垂直面上无弯曲，风管无褶皱、无扭曲。②尽量避免直角拐弯，拐角要圆滑，尽量增大拐弯的曲率半径，在拐角大、风量大的拐角处最好设置导向叶片。③风管断面应尽量避免突然变化，断面扩大或缩小要逐渐过渡，不同直径的风管连接应采用过渡接头。实验证明，最有利的扩张中心角是8°，最好不要超过20°。④由于温度变化，风流中水蒸气凝结成水，积存在风管内，使风管变形，还可能坠坏吊环，故风管上每隔一定距离要设置放水孔，及时把水放掉。4）风管的吊挂质量对风管风阻和供风长度影响较大，为了71瓦斯隧道施工关键技术课件72紫坪铺施工通风第一阶段紫坪铺施工通风第一阶段73紫坪铺施工通风第二阶段紫坪铺施工通风第二阶段74紫坪铺施工通风第三阶段紫坪铺施工通风第三阶段75风机布置纵断面示意风机布置纵断面示意76风机布置横断面示意风机布置横断面示意77项目单位计算及控制参数设计控制风速掌子面最小风速m/s0.5回风巷最小风速m/s0.5断面积掌子面面积m250回风巷面积m265洞内工作人员每分钟需风量m3/min4单洞瓦斯最大涌出量m3/min1.95工作面容许瓦斯浓度%0.4风管直径m1.5风管百米漏风率%1爆炸产生的有害气体m3/kg801kw内燃机械需风量m3/min3施工机械设备自卸汽车、砼运输车kw202挖掘机kw100装卸机kw145隧道施工通风计算参数项目单位计算及控制参数设计控制风速掌子面最小风速m/s0.578隧道长度（m）轴流风机风量掌子面需风量回风巷需风量备注爆破作业稀释瓦斯机械最小风速洞内人员机械最小风速0～6000～25757689751648150038421181950独头压入式通风600～19003537～40305929751648150038433301950独头压入式通风1900～25502728～29125309752254150038478721950巷道式通风隧道各阶段通风量计算结果（m3/min）隧道长度（m）轴流风机风量掌子面需风量回风巷需风量备注爆破作79风机型号风量/m3/min风压/Pa高效风流/m3/min转速/r/min出口风速/m/s最大电机功率/kwSDF(C)-No12.51550～29121378～535523851480110×2FBCZN12/30（防爆）384～1200370～115030FBCZN8/5.5（防爆）156～450200～6505.5SDS-Ⅱ-No10.0(防爆)3830紫坪铺隧道施工通风风机选型

风机型号风量/m3/min风压/Pa高效风流/m3/m80瓦斯隧道施工关键技术课件81紫坪铺隧道掌子面风速最大值监测数据紫坪铺隧道掌子面风速最大值监测数据82瓦斯隧道施工关键技术一、概述二、过煤系地层隧道超前预报技术三、隧道瓦斯监测技术四、瓦斯隧道施工通风技术五、隧道煤与瓦斯突出防治技术六、高瓦斯隧道设备配置七、瓦斯隧道坍方防治技术瓦斯隧道施工关键技术一、概述83

隧道煤与瓦斯突出是指在隧道掘进过程中煤与瓦斯的突然喷出，在短时间内从煤层深处排出大量的煤、岩流和瓦斯，产生很大的冲击能量，破坏工作面，摧毁隧道设施，造成窒息、燃烧、爆炸及煤、岩流埋入等事故。防突综合措施执行系统1.突出危险性预测2.防突措施3.防突措施效果检验4.安全措施隧道煤与瓦斯突出是指在隧道掘进过程中煤与瓦斯的84预测类型预测方法预测指标突出危险性临界值石门揭煤突出危险性预测瓦斯压力法P(MPa)0.74综合指标法D0.25K20(无烟煤)、15(其它煤)钻屑指标法160(湿煤)、200(干煤)0.4(湿煤)、0.5(干煤)煤巷开挖工作面突出危险性预测钻孔瓦斯涌出初速度法qm4“R”指标法Rm6钻屑指标法160(湿煤)、200(干煤)0.4(湿煤)、0.5(干煤)最大钻屑量(kg/m)6突出危险性预测指标预测类型预测方法预测指标突出危险性临界值石门揭煤突出危险性预85项目解吸指标K1（ml/(g·min1/2)）瞬间解吸压力Pd（MPa）初速度qm（l/min）瓦斯压力P（MPa）钻孔动力现象指标＞0.4＞0.03＞6＞1.0喷孔顶钻卡钻家竹箐隧道二步测试法项目解吸指标K1（ml/(g·min1/2)）瞬间解吸压力P86指标级别ⅠⅡⅢ埋深＜100100～300≥300地质构造无一般复杂钻探动力现象没有动力现象出现垮孔、夹钻喷孔，劈裂声、雷声瓦斯压力/MPa＜0.350.35～0.74≥0.74钻孔瓦斯涌出初速度/l/min＜33～6≥6煤体结构类型未破坏煤、碎块煤透镜状煤土粒状煤、土状煤煤与瓦斯突出综合评判指标指标级别ⅠⅡⅢ埋深＜100100～300≥300地质构造无一87

根据突出的综合假说，煤（岩）层中地应力和瓦斯压力是突出的主要动力；煤层是受力体，是破坏和抛出的对象；开挖施工是突出发生的外部诱导因素。制定突出防治措施，可归纳为如下基本原则：

（1）部分卸除开挖工作面前方煤体的应力，将应力集中区推移至煤体深部。（2）部分排放开挖工作面前方煤体中的瓦斯，减小瓦斯压力，降低瓦斯压力梯度。（3）改变煤体的性质，增大开挖工作面附近煤体的承载能力，进而增大煤体对突出发生的阻力，如煤层注水湿润后，煤体弹性减小，塑性增大，瓦斯放散初速度降低，突出不易发生；又如采用超前支护提高煤体稳定性。防突措施根据突出的综合假说，煤（岩）层中地应力和瓦斯压力是突88钻孔排放：

在开挖工作面前方，依次存在着卸压带、应力集中带和正常应力带。在靠近工作面的卸压带中，地应力和瓦斯压力大为降低，是阻止突出的防护带。通过在工作面前方打设钻孔，在钻孔周围产生一个卸压圈和排放瓦斯圈，圈内煤体应力和瓦斯压力都大为降低，这样，人为的造成和保持一个较长的卸压带，可降低瓦斯压力梯度，避免在工作面附近出现应力集中和高压瓦斯；同时，由于布置多个钻孔，可有效增加煤体瓦斯的排放，降低瓦斯潜能。钻孔排放：在开挖工作面前方，依次存在着卸压带、89抽放瓦斯

抽放瓦斯指采用瓦斯泵或其它抽放设备抽取煤层中瓦斯，通过与隧道隔离的管网把抽出的瓦斯排至洞外，可加快瓦斯排放和煤体卸压速度。瓦斯抽放系统示意抽放瓦斯抽放瓦斯指采用瓦斯泵或其它抽放设备抽取90抽放瓦斯钻孔排放使用条件瓦斯抽放多用于区域性防突，即对一个或多个煤层在全矿范围内进行抽放，并将瓦斯加以利用。铁路隧道绝大多数是穿过煤层，其接触煤层范围有限，因此钻孔排放更适合铁路隧道防突。安全性瓦斯抽放因孔少，工作面及钻孔封堵又较密实，当停止抽放时，控制范围外瓦斯流向该区域，使瓦斯压力和浓度增高，效果检验时不超标，揭煤和过煤时指标可能超限，其安全可靠性降低，需采取其它补救措施。钻孔排放从第一孔开始至过完煤层各排放孔均处于排放状态，不会造成控制范围内瓦斯压力和浓度增高，揭煤时安全可靠。施工工期抽放时间长排放时间少，工期短技术操作技术复杂，需建立抽放系统技术简单、投入设备少瓦斯抽放和钻孔排放对比抽放瓦斯钻孔排放使用条件瓦斯抽放多用于区域性防突，即对一个或91防突措施的效果检验

任何一种防突措施，只要能对煤体卸压和排放瓦斯，就可以防止瓦斯突出，检验防突措施的效果，首先应检验工作面前方煤体的应力或瓦斯状态的改变程度，判断是否已消除了突出危险。原则上所有突出预测方法都适用于防突措施效果的检验。安全防护措施

（1）采用远距离放炮，实施爆破时，全部人员撤离现场。（2）加强隧道揭煤地段的爆破管理，特别是揭煤爆破作业应有专项设计，要求一次性揭开所规定的岩柱，不留门坎和门帘。（3）揭煤地段作业时，加强工地安全员、瓦检员值班。做到“一炮三检制”及巡回检查隧道风流中瓦斯浓度，是否有瓦斯局部积聚，观察有无瓦斯突出预兆，一旦发生异常情况应及时处理。（4）在揭煤地段，要求进入隧道的工作人员必须佩带个体自救器，并事先掌握使用方法，以便发生突出事故时自救。（5）加强通风管理。开挖工作面供风量必须满足或大于瓦斯隧道通风计算的最大值，确保工作面瓦斯浓度不大于1%，工作面后方20m回风流中的瓦斯浓度不大于0.75%，整个隧道中无瓦斯积聚。防突措施的效果检验任何一种防突措施，只要能对煤92瓦斯隧道施工关键技术一、概述二、过煤系地层隧道超前预报技术三、隧道瓦斯监测技术四、瓦斯隧道施工通风技术五、隧道煤与瓦斯突出防治技术六、高瓦斯隧道设备配置七、瓦斯隧道坍方防治技术瓦斯隧道施工关键技术一、概述93隧道运输模式有轨运输模式（有轨装碴+有轨运输）无轨运输模式（无轨装碴+无轨运输）混合运输模式（无轨装碴+有轨运输）隧道运输模式有轨运输模式（有轨装碴+有轨运输）无轨运输模式（94《铁路瓦斯隧道技术规范》明确规定“隧道内非瓦斯工区和低瓦斯工区的电气设备与作业机械可使用非防爆型，其行走机械严禁驶入高瓦斯工区和瓦斯突出工区；隧道内高瓦斯工区和瓦斯突出工区的电器设备和作业机械必须使用防爆型”。《铁路瓦斯隧道技术规范》明确规定“隧道内非瓦斯工95瓦斯隧道设备配置原则

在机械设备的外形尺寸方面，要保证其在隧道的作业空间内运转自如，交叉作业的机械设备应能满足相互之间安全距离的要求。

在生产能力方面，每种机械设备的生产能力应与其它机械相匹配，并满足施工总工期的要求；机械动力性能要满足隧道的坡度、每循环工作量及施工环境的要求。

在适应性方面，所选设备能适应不同的施工方案及多种环境的作业要求。

在经济性方面，在保证工期要求的同时，应尽量降低总的设备投入成本，并选择节能型的设备。

在通用性方面，同类机械设备应尽量采用同一厂家、同一型号设备，以加强设备的通用、互换；国产设备质量能达到要求时，尽量选用国产设备，保证设备配件充足、维修方便快捷。

在防爆性能方面，瓦斯隧道施工设备配置是否要全部采用防爆型，不能仅取决于是否为“高瓦斯隧道”或“瓦斯突出隧道”来定性决定，而应根据隧道实际瓦斯浓度、高瓦斯及瓦斯突出区域长度、通风条件等具体条件综合确定：①隧道瓦斯浓度高，高瓦斯及瓦斯突出区域长度大，隧道可全面配置防爆型设备；②隧道瓦斯浓度高，高瓦斯及瓦斯突出区域长度有限，通风良好，可在设置瓦斯监控系统及风、瓦、电连锁系统的前提下，根据实际情况对隧道内的电气设备、线路、局部风机、搅拌机、注浆机及二次衬砌台车电机等固定设备采用防爆型，隧道内施工的行走设备，如挖掘机、装载机、出碴机车等可考虑使用非防爆型。瓦斯隧道设备配置原则在机械设备的外形尺寸方面，96

隧道作业机械的火花和危险高温主要来源于三个方面：内燃机运转时引起的排气管、增压器、照明灯具、水箱、机体等高温可能产生的火花；电气火花（包括静电火花）如启动机启动的大电流引起电路的各部火花、发电机充电时的电路火花、电瓶端子和灯具的电流火花、各种可能短路或接触不良引起的电流火花等；机械火花如离合器装置、制动装置产生的机械火花。无轨运输设备防爆改型设备防爆改型：排气处理系统防爆改造；电气系统防爆改造。隧道作业机械的火花和危险高温主要来源97排气处理系统防爆改造1.柴油机排气总管2.增压器3.夹层排气管4.水箱联接胶管5.浮子式开关6.废气处理箱7.阻火器8.排气温度感应器9.水位计10.加水口11.补水箱12.水位感应器排气处理系统防爆改造1.柴油机排气总管2.增压器3.夹层98电气系统系统防爆改造电气系统系统防爆改造99混凝土罐车的防爆电器控制箱

自卸汽车的电器防爆控制箱

自卸汽车的排气处理系统

混凝土罐车的防爆电器控制箱自卸汽车的电器防爆控制箱自卸汽100启动方式隔爆电启动机体表面温度150±5℃排气方式水洗式冷却水温度95±2℃系统电压不改变机油压力设定最低压力值照明隔爆灯柴油机转速设定最高转速值排气温度70±2℃增压器及排气阻力≤15kpa改装后的机械设备技术特征

启动方式隔爆电启动机体表面温度150±5℃排气方式水洗式冷却101瓦斯隧道施工关键技术一、概述二、过煤系地层隧道超前预报技术三、隧道瓦斯监测技术四、瓦斯隧道施工通风技术五、隧道煤与瓦斯突出防治技术六、高瓦斯隧道设备配置七、瓦斯隧道坍方防治技术瓦斯隧道施工关键技术一、概述102

对于穿越煤层或煤系地层的瓦斯隧道而言，由于煤体结构松软、自稳能力差，更易发生坍方：随坍方的发生和发展，围岩中裂隙、裂纹发展并破裂，以致贯通，形成了新的瓦斯运移、涌渗通道；坍方形成新的临空面，破坏了岩层中原有的气体压力平衡，煤层中的瓦斯解吸并向低压处运移，进入隧道空间，形成瓦斯异常涌出；坍腔内容易积存瓦斯，浓度往往较高。可见，瓦斯隧道坍方造成的危害更严重，可能会引发瓦斯爆炸事故，造成巨大的灾难。对于穿越煤层或煤系地层的瓦斯隧道而言，由于煤体103技术措施为防止坍体或坍腔内瓦斯涌入隧道空间，对坍方处理形成安全威胁，根据隧道瓦斯状况，可喷射混凝土封闭开挖工作面。坍方处理前，必须准确探明塌腔形状及规模，塌腔及空腔内瓦斯状况，为针对性提出施工方案（含瓦斯处理措施）和结构补强措施提供依据。坍方段瓦斯处理措施：根据工作区域及坍腔内瓦斯状况，制定坍方段瓦斯专项处理方案，编制坍方处理实施性施工组织设计：①若坍方区域瓦斯浓度高，必须进行瓦斯排放，将瓦斯浓度降至限值以内；若坍腔及空腔内瓦斯浓度高，必须送高压风稀释、排出瓦斯，降低坍腔及空腔内瓦斯浓度；②坍方处理期间，对工作区域进行不间断的瓦斯检测，保证瓦斯浓度在限值以下。③坍方区是易积聚瓦斯的主要区域，坍方处理过程，要对工作区域局部加强通风，通风风量和风速必须满足瓦斯隧道通风要求，防止瓦斯局部积聚超限。坍方段结构处理措施

施工中应加强围岩变形量测，当出现围岩变形速度突然增大等异常变化时，及时采取措施进行处理，防止二次坍方。技术措施为防止坍体或坍腔内瓦斯涌入隧道空间，对坍方处理形成安104管理措施坍方处理前确认撤人路线，保证人员撤离路线畅通坍方处理期间，隧道内除坍方处理工作外，不得实施其它作业

对二次衬砌至开挖工作面非防爆电气设备如开关、配电箱、接线盒、电缆等进行更换，采用防爆型，并有漏电保护装置，采用矿灯照明。对坍方处理作业环境及回风通道进行不间断瓦斯监测，必须保证瓦斯监控系统性能良好，传感器按规定进行检验校正；增加对瓦电闭锁及风电闭锁性能的检查频率，确保其处于正常工作状态。作业面安装局部风机，并从洞外接入专线，采用防爆型开关；严格通风管理，加强主风机和局部风机的维护，确保连续通风，一旦停风或风量不足，应立即停止隧道内的一切作业，并撤出工作人员。

钻孔作业必须采用湿式钻孔，以免因钻头温度过高发生瓦斯燃烧或爆炸事故；钻孔作业过程，随时检测瓦斯浓度，发现喷孔或拱部、边墙掉渣，立即停钻，撤出全部人员；钻孔完成后撤离洞内所有人员，进行瓦斯排放。

一旦发生冒落孔洞，必须检测孔洞内瓦斯浓度，一旦超限，立即停止其它作业，按规定排出积聚瓦斯；洞内作业时，要注意防止工具、石块坠落，防止机械设备碰撞等，避免撞击出现火花。管理措施坍方处理前确认撤人路线，保证人员撤离路线畅通坍方处105报告完毕！

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谢谢！106瓦斯隧道施工关键技术一、概述二、过煤系地层隧道超前预报技术三、隧道瓦斯监测技术四、瓦斯隧道施工通风技术五、隧道煤与瓦斯突出防治技术六、高瓦斯隧道设备配置七、瓦斯隧道坍方防治技术瓦斯隧道施工关键技术一、概述107美国SanFernando隧道事故损失情况：瓦斯爆炸，导致17人死亡，1人幸存原因：地震产生的断层带使得瓦斯大量溢出，隧道内设施成为点火源导致爆炸发生。这是加州历史上最严重的隧道事故，直接促使美国出台了最严格的隧道和矿井安全规定。

美国PortHuron隧道

事故损失情况：瓦斯爆炸事故，导致22人死亡。

原因：通风设计不合理，瓦斯气体在通风不畅部分聚集，并被点火源引爆，导致发生了地下大爆炸。美国SanFernando隧道事故损失情况：原因：这是加108加纳Akosombo水坝引水隧道

事故损失情况：瓦斯爆炸，造成11人死亡。

原因：隧道上游为泥岩，深水腐化的有机物产生的沼气是甲烷的源头，由于施工中有焊接操作，导致这次事故的发生。

瑞士Hongrin引水隧道

事故损失情况：爆炸事故发生，共5人死亡。

原因：通风设备故障。

加纳Akosombo水坝引水隧道事故损失情况：原因：瑞士H109

意大利GreatApennine隧道

原因：爆破作业后，可燃气体涌出，引燃了木支撑。事故损失情况：4次爆炸,400m长的通风设施被破坏，风房被毁、仰拱坍塌，导致停工7个月。加上其它事故，有97人为这条隧道献出了生命。

意大利GreatApennine隧道原因：事故损失110董家山隧道于2005年12月22日发生特大瓦斯爆炸事故，造成44人死亡，11人受伤，直接经济损失2035万元。贵昆线岩脚寨隧道发生了5次瓦斯燃烧和2次严重的瓦斯爆炸，被迫停工76天，伤亡人数愈百人；达成线炮台山隧道瓦斯爆炸死亡13人，被迫停工7个月；213国道友谊隧道，先后发生瓦斯燃烧、爆炸40余次，并于2004年12月7日发生恶性瓦斯爆炸事故，造成60多人伤亡；炮台山隧道瓦斯爆炸友谊隧道瓦斯爆炸董家山隧道瓦斯爆炸董家山隧道于2005年12月22日发生特大瓦斯爆炸事故，造成111隧道瓦斯爆炸破坏场面隧道瓦斯爆炸破坏场面112性质甲烷CH4二氧化碳CO2一氧化碳CO硫化氢H2S乙烷C2H6丙烷C3H8分子量16.04244.0128.0134.0830.0744.09密度（Kg/m3）0.71681.981.251.541.362对空气的比重0.55451.530.971.171.051.55沸点K（101.3kPa）111.3194.583211.2184.7230.8爆炸下限（%）（293K，101.3kPa）512.54.332.1爆炸上限（%）（293K，101.3kPa）15/74.245.512.59.35发热量（MJ/m3，288K）最高值37.1111.8623.564.5398.61最低值33.3811.8621.6358.9388.96

煤层瓦斯主要指煤层及煤层围岩内赋存的气体，以甲烷为主，有约20种组分：甲烷CH4及其同系烃类气体（乙烷C2H6、丙烷C3H8、丁烷C4H10、戊烷C5H12等）、二氧化碳CO2、氮气N2、一氧化碳CO，二氧化硫SO2、硫化氢H2S等。性质甲烷二氧化碳一氧化碳硫化氢乙烷丙烷分子量16.04244113瓦斯在煤体中赋存状态示意瓦斯在煤体中赋存状态示意114瓦斯爆炸会产生三种危害：◆