圆梁山隧道进口非煤系地段施工通风与瓦斯治理

圆梁山隧道进口非煤系地段施工通风与瓦斯治理摘要圆梁山隧道非煤系地层出现瓦斯、SO2、H2S、VOC等有害气体。本文主要对这一地段的施工通风系统、瓦斯治理情况及其治理效果作了介绍。关键词非煤系施工通风瓦斯治理1工程概况渝怀线圆梁山隧道位于重庆市酉阳县境内，全长11068m，最大埋深约780m，其进口正洞里程为DK351+465，平导横洞口里程为PDK351+616。该隧道穿越乌江水系与沅江水系的分水岭——武陵山脉。主要工程地质问题为毛坝向斜段大规模涌（突）水、煤层及岩层裂隙瓦斯、天然气、SO2、VOC等其它有毒有害气体。地层岩性主要为灰岩、页岩、泥岩、砂岩、白云岩等。圆梁山隧道进口工区运输方式为有轨运输。2施工通风圆梁山隧道进口煤系地层里程正洞为DK353+960～DK354+260、DK354+575～DK354+875，平导为PDK353+965～PDK354+265、PDK354+600～PDK354+900。当平导开挖至PDK353+351，进入二叠系栖霞组灰黑色沥青质灰岩段，出现刺激性气味的气体涌出，掌子面打钻时常常发生气体喷孔现象，工人出现恶心、呕吐、头晕等症状，随即进行瓦斯及空气质量监测，监测结果见表1，由表1可知，CO、SO2、VOC、H2S、LEL、CH4及NO2在放炮后通风5分钟时其浓度仍超过安全标准。气体浓度监测数据表表1通通风时间（mmin）CO（ppm）SO2（ppm）VOC（ppm）H2S（ppm）LEL（%）O2（%）CH4（%）NO2(ppm)5455128661820.32.1161018963511220.31.01515842120820.30.82320741.79.60620.30.652255113.80320.30.26030400.92.20320.30.02035350.62.30220.40.03040320.62.00220.40.020根据表1的测试结果及时调整通风方案，调整后的通风系统布置如图1所示。方案实施时，隧道开挖施工作业面有四个，即二通全断面开挖作业面、三通下导坑开挖作业面、平导全断面开挖作业面和正洞后部扩挖作业面。方案中，风机布设为：①封闭一通，同时在一通设A1轴流风机，通过1号管路为二通全断面开挖作业面供风；②在二通口前的平导内设A2轴流风机（风机距二通口约35m左右），形成2号管路，2号管路既可为三通下导坑开挖作业面供风，又可为平导全断面开挖作业面供风，风量由三通口处的调节阀门来控制，当平导作业面有害气体浓度超过卫生标准时，可通过调节阀门来增大平导掌子面的风量，以稀释浓度超标的有害气体；③在二通口前的平导内设A3轴流风机（风机距二通口约35m左右），通过3号管路为平导全断面开挖作业面供风；④在平导内A2、A3轴流风机之前设B1、B2射流风机，射流风机距轴流风机的距离应为25m左右，以形成平导进新风，污风经二通、正洞排出洞外。射流风机在不影响运输行车的情况下应尽量设在平导断面较小的地方；⑤正洞后部扩挖作业面在总回风道中，风量足够解决其作业面的污染问题。这种通风方式要求三通下导坑开挖作业面和平导开挖作业面不能同时放炮，具体放炮时间可根据气体浓度监测结果，在其浓度处于安全标准以下时可进行另一作业面的放炮工作。图1圆梁山隧道进口通风系统布置图随着开挖施工进行，正洞二通和三通贯通，由于受卸碴场地所限，施作0号反通，将原平导卸碴场地由平导口改为正洞口，同时施作了四号通道，形成四通下导坑作业面，如图2所示。图2圆梁山隧道进口通风系统布置图针对施工布置状况，通风方案进行了优化调整：①封闭一通、二通，避免形成污风循环；②将A1轴流风机移至三通口，通过一号管路对三通作业面供风；③将A2轴流风机移至三通口，形成2号管路，2号管路在四通口处设置可调三通，当四通掌子面需风量较大时，可关闭平导的阀门，开启四通的阀门，当平导需风量较大时，可关闭四通的阀门，开启平导的阀门；④将A3轴流风机移至三通口，通过3号管路对平导作业面供风；⑤在0号横通道里设置了一台射流风机，既可防止污风循环，又不影响出碴运输；⑥将B1、B2射流风机移至三通口的轴流风机之前，因巷道通风线路增长，为防止平导内三通口的轴流风机出现污风循环，在平导内增设了B3射流风机，以形成平导进新风，污风经三通、正洞排出洞外，B3射流风机与B1、B2射流风机的距离应大于50m。B1、B2、B3射流风机在不影响运输行车的情况下应尽量设在平导断面较小的地方，这样可以使射流风机产生的压力增大。上述轴流风机和射流风机在平导内的位置与图1所示的一样。3瓦斯治理3.1瓦斯排放为防止开挖爆破后瓦斯气体大量涌出而出现瓦斯浓度严重超标的情况，在平导掌子面向掘进方向施作超前卸压孔。卸压孔全断面布设8个，如图3所示。卸压孔外插角度为2°，孔径为φ90mm，孔距为1.28m，孔深30m，孔口距周边距离为30cm，超前距（超前钻孔的长度与允许掘进长度之差）不小于5m，使每次掘进时至少保留不小于5m的经过瓦斯排放和应力释放的安全距离。在超前卸压孔施过程中，加强掌子面瓦斯浓度和孔内瓦斯浓度监测，通过浓度变化分析，研究下一步通风方案和开挖施工措施。图3超前卸压孔布置图3.2瓦斯监测3.2.1检测仪器圆梁山隧道进口在非煤系地段出现瓦斯及其它有害气体时所采用的监测仪器如表2所示。气体监测仪器表表2序号仪器名称型号测试气体种类生产厂家1五合一气体检测仪仪PGM-50-55PSO2、H2S、LEL、VOC、O2美国华瑞公司2一氧化碳检测仪GASMANⅡCO英国科尔康公司3二氧化氮检测仪GASMANⅡNO2英国科尔康公司4光干涉甲烷测定器器AQG-1CH4、CO2抚顺煤矿安全仪器器厂5瓦斯自动监测系统统TF200型CH4重庆煤矿安全仪器器厂3.2.2瓦斯监控瓦斯监测采用人工检测和自动监测相结合。人工检测实行“一炮三检”（钻孔前、装药前、起爆前）制，钻孔作业及打超前泄压孔时作到随时监测瓦斯浓度，自动监测图4瓦斯自动监测系统布置图系统用TF-200型煤矿自动报警监测仪，在平导作业面、三通作业面、四通下导坑作业面、总回风及风机入风口处各设瓦斯超限报警探头一个，通过信号线路，瓦斯浓度监测数据被传输到洞口显示屏及主控房，瓦斯自动监测系统布置见图4。对SO2、VOC等有害气体，用美国产PGW-50-5P型五合一气体检测仪进行检测，可同时连续测试SO2、H2S、LEL、VOC、O2五种气体的浓度。3.3安全措施瓦斯浓度取决于围岩及其裂隙中的瓦斯含量，只能采取超前钻孔卸压和加强通风的方法使洞内瓦斯浓度降低到安全标准以下。3.3.1管理措施①杜绝火源。所有进洞作业人员严禁带烟、火及其它易燃物进洞。②防放炮火花。使用毫秒雷管和煤矿安全炸药，炮眼封堵必须使用水炮泥或粘土炮泥。③防电气火花。洞内使用的机电设备，均采用矿用防爆型，从事电焊、气焊作业时应由瓦检员旁站检测，当工作地点前后10m范围内瓦斯浓度高于0.5%时应加强通风。④防静电。所有进洞人员必须穿纯棉工作服，采用阻燃、抗静电通风管。⑤防撞击火花。装碴前先把石碴洒水润湿，防止耙头与石碴撞击产生火花，拆卸钢模板和铺设轨道时均使用木锤。3.3.2技术措施采用打大直径超前卸压孔的办法，以提前释放掌子面前方可能存在的瓦斯气囊及岩层内的高压瓦斯，同时测试超前卸压孔内的瓦斯浓度，根据监测数据来分析预测瓦斯涌出量，根据预测瓦斯涌出量，可采取调整施工作业工序，形成单作业面放炮，加强施工通风措施，以保证施工安全。4效果圆梁山隧道进口在非煤系地段的岩层内出现瓦斯、SO2等有害气体，且经常发生喷孔、顶钻等现象，瓦斯浓度较高，为保证施工安全，采用打大直径超前钻孔的办法，以提前释放掌子面前方可能存在的瓦斯气囊及岩层内的高压瓦斯。测试平导掌子面超前泄压孔内（距平导掌子面50cm）的瓦斯浓度，绘制瓦斯浓度变化曲线，如图5-1所示（仪器最大量程为10%，因而在曲线绘制时瓦斯最大浓度取10%），测试平导掌子面打钻过程和放炮后出碴过程的瓦斯浓度，根据监测数据绘制瓦斯浓度变化曲线，如图5-2所示。图5-1超前钻孔内瓦斯浓度变化曲线图5-2瓦斯浓度变化曲线对平导掌子面放炮后的空气质量进行了检测，并绘制浓度变化曲线，如图6所示（因所测得的H2S、LEL、NO2、CO2浓度值很小，均远低于安全标准，所以在浓度变化曲线图上没有绘制这四种气体的浓度变化曲线）图6平导放炮后SO2、VOC、O2浓度变化曲线①由图5-1可知，超前钻孔内的瓦斯浓度在很长一段时间内超过10％，可见圆梁山隧道进口在非煤系地层中瓦斯含量亦较大。②从图5-2可知，在打钻过程和放炮后出碴过程中，通过采取合理的施工通风方案，使从掌子面的岩石和放炮后的石碴中释放出的瓦斯能很快被送到掌子面的新鲜风稀释到安全值1％以下。③从图6可知，SO2、VOC的浓度通风5min就能下降到安全标准，O2的浓度基本保持不变，始终在安全标准之内。综合分析瓦斯浓度变化曲线和SO2、VOC、O2浓度变化曲线，尽管隧道穿越的非煤系地层中瓦斯、SO2等其它有害气体浓度较高，但采取打超前卸压钻孔、加强通风等措施，所测各种有害气体的浓度都能很快下降到安全标准以下，这说明所采用的通风方案和其它施工措施是