煤系地层地段隧道的施工

煤系地层地段隧道的施工一、 编制依据（略）二、 设计及地质概况（略）三、 主要准备工作及实施煤系地层施工前必须做好的几项主要准备工作有：超前地质预报、通风系统的运行检查、有害气体检测系统的建立和运行、安全知识培训、消防设施检验、成立救护队、编制实施性施工组织设计、制订各种安全制度和技术措施。（一）、通风系统的建立与运行通风系统的建立与运行是确保揭煤和煤系地层施工的基础和关键。根据单线铁路隧道单头掘进的特点，通风系统选择双长管路压入式通风，同时引进射流技术，在辅有平导的施工条件下，通风系统选择双长管路压入巷道式通风，同时引进射流技术。（依设计确定）在通风设计时，风量及流向作如下考虑：1、 工作面单独供风量不小于1700m3/min，工作面瓦斯浓度不得超过1%，工作面后方30m范围内瓦斯浓度不得大于0.75%，并不得有局部瓦斯积聚的存在。2、 做好防风流短路、循环风及突出时瓦斯逆流的技术安全措施，并不得有循环风进入工作面。3、 做好煤层突出危险性的评估分析。根据地质调查资料及以上几点来考虑通风设备的选用：通风机选用2X37kw或2X55kw多极变速节能对旋轴流式压入式风机，管路采用01300mm软式风管，同时可辅以射流风机和吸出式风机以加强风量和风速。设备数量根据最小允许风速及软风管百米漏风率和摩擦系数确定，同时保证风流中氧气(02)的浓度不得小于20%。施工通风设计图(略)。、有害气体监测系统的建立与运行建立专职瓦斯安检室，负责瓦斯安全检查与检测工作，其成员皆经过专业培训考试合格，且已从事过多年该项工作，有丰富的经验。瓦斯检测地点及范围：.开挖工作面风流、回风流中，爆破地点附^0mK的风流中及局部塌方处。.坑道总回风的风流中。.局扇前后10m内的风流中。.各种作业台车和机械附近20m内的风流中。.电气设备及其开关附近20m内风流中。.隧道所有洞室、沟槽中。.煤线或接近地质破碎带处。.瓦斯浓度特需检查点，如电焊地点。1、监测系统的运行：见运行图。有害气体监测采取人工和自动报警双系统同时进行的模式。控制各种有害气体的浓度及风流中氧气不小于20%。主要有害气体极限浓度表(略)。运行图2、 人工监测系统成立有害气体监测室（简称瓦检室），配备主任一名，专职瓦检员6名，每班2人，对隧道进行全天候巡检，由洞外到洞内，选择电器设备集中的地点、二次衬砌工作面、隧底混凝土作业面、开挖作业面作为检测断面，对拱顶、两侧大垮（或拱腰）、两侧边墙、两侧底部采用五点法（或七点法）进行检测，取浓度最大值（氧气浓度最小值）作为记录依据，由瓦检室整理上报。每个检测地点应设明显的瓦斯记录牌，每次的检测结果记录在专用本和记录牌上。每班由洞外向洞内交叉巡检3次，对爆破作业，实行“一炮三检制”，即对装药前、放炮前和放炮后的瓦斯浓度进行检测。专职瓦斯监测人员配备AQG—1型光学瓦斯检定器，迷你型四合一气体检测仪［检测范围：氢气（h2）、氧气（o2）、硫化氢（h2s）、一氧化碳（CO）］，同时装配压缩氧自救器。各作业面工班长、当班领工员、技术员配备AZJ—85b型便携式沼气报警仪。3、 自动声光报警系统瓦斯自动监测采用AYJ—2型五路瓦斯遥测警报断电仪，当瓦斯超限时，可立即声光报警，实现瓦、电联锁。安设瓦斯探头的位置分别选定在作为开挖主体机械的多功能作业台架的上部和下部、隧底混凝土作业面的顶部、模板台车上部、距洞口10米左右的拱顶处，洞内架设4X10mm的专用电缆，接收主机安设于洞外工地值班室内。洞内外的联络通过防爆电话实现，洞口与住地间采用程控电话联系。瓦斯监测自动报警系统设置图（略），有害气体监测仪器配备表（略）。（三） 、双回路电源的配备根据《煤规》规定：“每一矿井应有两回路电源线路，当任一回路因发生故障停止供电时，另一回路应仍能担负矿井全部负荷”。根据实际地质资料及施工情况，我们设置两专线高压电力电源线路，以其中一专线作为施工主回路电源，另一专线作为辅助回路电源，同时另自备一回路电源，由自备发电站形成，（能力待计算）以备施工专线由于自然灾害等原因而停止供电时备用，其能力主要满足隧道通风和照明、排水机械的需要。要求自备发电机组10分钟可开动供电。同时，隧道内敷设的电缆应符合“煤规”第444条规定：“高压电缆应使用有屏蔽的监视型橡套电缆，低压电缆应使用不延燃橡套电缆，各种电缆的分支连接，必须使用与电缆配套的防爆性连接器、接线器和扦销”。（四） 、进洞施工机械及设备的配备由于隧道属瓦斯隧道，进洞施工机械及设备均采用防爆型，经过检测达到国家规定防（隔）爆性能标准后才允许投入使用，同时组织专业维修人员进行维护和保养，使用、操作人员经过专业培训后，统一颁发上岗证上岗，因目前无轨系列中运输主体的内燃机械尚无法解决防（隔）爆问题，在施工运输中均采用防（隔）爆型的有轨运输系列机械配套。施工机械及设备防爆性能必须由煤炭工业部指定的单位进行检测和鉴定，合格后方能进入洞内施工。机电设备和电缆的检查工作应符合周期的规定，发现问题专人限期处理。防爆性能受到损坏的机电设备应立即处理，不符合防爆性能技术要求的不得继续使用。进洞的所有机电设备应符合《铁路瓦斯隧道技术暂行规定》10的规定。主要进洞机械设备表。（略）（五）、隧道配电系统及照明设置根据《煤规》，洞内设置双回路及完善的检漏装置、变配电设备、照明灯具均采用防（隔）爆型的，供电系统实现风电、瓦电联锁。所有变配电设备、照明灯具均经过防（隔）爆性能的检测后，达到国家规定标准才允许投入使用。瓦斯隧道洞内各级配电和机电设备额定电压。限制如下：高压不大于10000V；低压不大于380V；照明、手持电量设备、电话、信号供电不大于127V；远距离控制线路不大于36V；照明供电设置是：在洞外设照明专用变压器降压后经矿用防爆主电缆送入洞内，在各相应地段设置照明及信号专用ZXZ8-2.5II型综合保护装置，将380V三相中性点不接地电源降压为127V，用分支电缆、防爆接线盒接入KBY-20防爆防尘萤光灯灯具及防爆投光灯、防爆白炽灯，满足了道路和施工照明需要。该“综合保护器”除常规保护外，另有高灵敏度可调漏电保护装置，当照明灯具、电缆等因绝缘变低超限或受损破坏漏电等情况时，能可靠的动作，停止供电，保证了防爆要求和人身安全。供电设备实行的“三专一一专用变压器、专用开关、专用线路”，根据“煤规”要求，对瓦斯隧道施工的重要机械设备，必须实行“三专”措施，以确保安全施工。具体的要求是：由10KV电力T接主干线10/6KV洞口专用变压器，由配电室KYGG-6型矿用开关柜经VGSP矿用6KV监屏橡套电缆送电至洞内KBSGZY隔爆动力专用移动变电站，降压为380V后，再由各防爆电开关及防爆电缆完成向各工点的供配电。施工中配电系统必须实施“两闭锁”一一“瓦电闭锁”与“风电闭锁””。“瓦电闭锁”：瓦斯隧道施工中，在煤系地段因为通风不良或其它原因，会在有限的时间出现内大量瓦斯集聚超限，此时如操作电气和机械设备，可能会因漏电、短路、操作电弧等原因产生火花，引燃、引爆瓦斯，故采取在区域供电主开关处设置AXJ-2型瓦斯断电仪，将其探头设在瓦斯突出及工作面适当地方。当瓦斯超限时，该探头能发出告警信号，同时经断电仪控制并迅速切断供电主开关。瓦斯浓度未降到要求标准以前，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，也即是实现瓦斯超限时与供电主开关的闭锁功“风电闭锁”：瓦斯隧道施工中，因停电、放炮等原因各局扇及机电设备要停止使用，这时可能某些部位瓦斯会聚超限，当恢复供电后，如同时起动机电设备和局扇，或在局扇之前启动机电设备，均可能会因机电设备、电缆线路的漏电、短路、操作产生火花电弧而引燃、引爆瓦斯。因此，必须是局扇先行启动供风，稀释瓦斯达到标准后，动力设备才能启动操作。在局扇和动力设备主开关间设有电气闭锁线路即“风电锁闭”。详见《洞内外供电、配电系统图》。（略）（六） 、矿山安全知识培训在施工中，所有与施工作业和机械设备操作有直接关系的岗位人员必须经过培训后，持证上岗。培训内容主要有以下几方面：1、 瓦斯及有害气体专职检测人员的培训；2、 专职通风人员的培训；3、 瓦斯基本知识、防治、自救方法的培训；4、 防（隔）爆机械操作和维修人员的培训；5、 炮工安全电爆破的培训；6、 紧急救护人员的培训。（七） 、紧急救护组织的成立紧急救护组织有三部分组成：1、 由项目部（指挥部）项目经理（指挥长）为核心，各部门领导为组员组成紧急救护领导小组，与全体员工共同组成紧急救护队。2、 由矿山救护队组成的专业救护队。3、聘请矿区经验丰富的老救护队员。同时，开挖作业面配备化学氧自救器和干粉或泡沫灭火器。（八）、揭煤工艺揭煤工艺设计主要包括超前探测、突出危险性预测、爆破设计、开挖及初期支护手段、防突措施等几方面。揭煤程序见下图。揭煤程序图进入煤系地层后,于掌子面打一组（3孔）地质超前钻孔（长不小于15米）每掘进5米，继续打地质超前钻孔,以防煤层位置发生变化而误穿煤层。1、超前探测：根据《煤规》、国家有关规范及煤层产状和线路的相对位置关系，对探测钻孔进行设计布置（略），掘进工作面距煤层垂距10米处，打3个穿透煤层全厚、并进入岩层不小于0.5米的前探测钻孔，以探明煤层赋存情况，确定煤层走向、层位、倾角、厚度、煤质，详细记录岩芯资料。在钻探过程中对瓦斯各项指标进行跟踪监测，以确定瓦斯和煤层的特性。1、 突出危险性预测：掘进工作面距煤层5米时，钻3个测压孔，见煤后改用煤电钻打穿煤层，每打1米煤孔，收集钻屑，测瓦斯压力，按＜＜防治煤与瓦斯突出细则＞＞规定检测指标，判明突出危险性，若有突出危险时，可采用钻孔排放措施,通过强力通风、水力冲孔，将突出危险性降至安全指标内。钻孔布置见附图＜〈揭煤勘测钻孔布置示意图＞＞（略）。（1）、煤层及瓦斯的突出危险性预测采用综合指标进行预测，依据《防治煤与瓦斯突出细则》第30条的原则进行，按下列两个综合指标判断：D=（0.0075H/f—3）（P-0.74）K=AP/f式中：D、K即为两个煤层突出危险性综合指标；H一开挖深度，以米计；P一煤层瓦斯压力，取两个测压钻孔实测最大值，单位Mpa；△P一软分层煤瓦斯放散初速度指标，由两个坚固性系数最小的煤样混合测定；f一软分层煤的平均坚固性系数，由两个坚固性系数最小值平均而得。（2）、利用超前探孔（第一次、第二次）的数据:①湿粉K1值;瞬间解析压力值Pd；③钻孔瓦斯涌出初速度gH；④瓦斯压力P；⑤打钻时的动力现象等来判断瓦斯是否有突出危险。规定当煤层紧固系数f值N0.35时，K1N0.8或当fV0.35,K1>0.6有突出危险，该指标为采集的煤样是干煤粉时的测量值；如采集的煤样为湿煤粉时，当f值N0.35时，K1>0.4或fV0.35,K1>0.3时有突出危险。瓦斯瞬间解析压力在取样2分钟后进行测定临界值为0.03Mpa。钻孔瓦斯涌出初速度gH，临界值b1/min，测量长度为1米。预测突出危险性煤层临界指标项目解析指标K1值mL/gmin0.5瞬间解析压力PdMPa初速度gHL/min瓦斯压力PMPa打钻期间动力现象突出危险性临界指标>0.4>0.03>6>1.0喷孔顶水顶钻卡钻属于突出危险工作面（3）、同时在施工钻探过程中可通过以下征兆来判断煤层与瓦斯的突出危险性:1） 、煤层里发出劈裂声，有时甚至发出巨响和轰鸣等声音，煤体里发生震动和冲击。2） 、地层压力增大，并把煤挤出，部分煤从工作面脱离，支柱被压发出响声，顶梁有时被压断，煤壁向外凸出，有时如用手抚煤壁，可以感到煤壁颤动。3） 、煤的硬度降低、松软、易碎，在钻眼作业中很容易感到，有进煤质由软变硬，再由硬变软，才发生突出。4） 、煤的颜色改变、失去光泽。5） 、煤层构造发生变化，解理消失，如原来平行排列的层理，变成波浪形，扭折，甚至象乱麻一样。6） 、瓦斯渗出量激增，或升温不正常。7） 、煤层温度下降，瓦斯浓度特别大时，使人发生冷的感觉。这些征兆，有时在突出前短时间才发现，如响炮声、煤炭剥落变形及瓦斯浓度变化等，有的较早地出现，如煤质变软、解理与光泽消失等。但不是所有突出都有征兆。如石门工作面突出前，就无明显征兆。（4）、当施工中出现以下情况时煤层与瓦斯也可能出现突出危险性：1） 、煤层的埋深深度，通常煤层突出的次数与强度随煤层埋深深度的加深而相应增加。2） 、当开挖由硬煤层过渡到软煤层时，可能发生突出。煤的机械强度，在一定程度上能确定有否突出强度界限。如极限抗剪强度，有突出危险的煤层为0.1〜0.9kg/cm2，平均为0.5kg/cm2。没有突出危险的煤层为1〜4kg/cm2，平均为2.1kg/cm2。3） 、突出多半发生在地质破坏的区域，如断层褶曲，煤层厚度变化及其它破坏等。4） 、在大多数情况下，有突出危险煤层的顶板或底板有很厚的弹性岩层，如砂岩、矿质页岩和坚密的粘土页岩。5） 、在急倾斜煤层中发生突出的危险性较大，通常90%以上的突出事件均发生在急倾斜煤层中。6） 、突出的强度和次数，随煤层厚度和倾角的增大而增加，厚度超过1m，倾角大于50°的煤层是最危险的煤层。7） 、突出一般发生都由外力作用引起，爆破作业最容易引起突出，使用风镐也可能发生突出。8） 、突出发生的方向，绝大多数是自上而下，这说明煤的自重与瓦斯压力相结合，为突出创造了有利条件。9） 、突出发生在压力最集中的地点，如巷道上角。10） 、工作面潮湿会减弱突出的危险。为了防止煤层突出、围岩坍塌、围岩移动。在揭煤及过煤地段的爆破作业，主要做到短进尺、多循环的控制爆破，以及远距离放炮，爆破设计图。（略）采用安全电爆破，瓦斯压力小于0.6MPa时，可正常开挖，压力为0.6-1.0MPa时，采用震动爆破法揭煤。揭煤前，开挖工作面与煤层间必须保持一定的岩柱，其尺寸根据岩石性质、煤层倾角、预防瓦斯突出措施等确定。采用震动爆破时,岩柱最小垂直距离不小于2米。对揭煤及过煤地段爆破要求如下：1） 、为防止揭煤放炮引起的诱导突出，在揭煤及过煤地段放炮作业时，采用一般性远距离放炮。每循环掘进尺为1.5〜2.0米。2） 、关于爆破器材的要求、在揭煤及过煤地段（约30m左右）选用煤矿3#炸药和煤矿许用电雷管，并采用电力