侯月铁路云台山隧道瓦斯治理

侯月铁路云台山隧道瓦斯治理

1云台山隧道采用瓦斯隧道防护研究,现状及问题侯月铁路云台山隧道是国家重点建设项目，属于单孔线隧道。隧道(Ⅰ线)全长8145m,隧道(Ⅱ线)全长8178m。隧道(Ⅰ线)需通过1740m的石炭、二叠系含煤系地层,预测本地区属于高瓦斯区。平导和正洞共计12次揭穿3#、9#、10#、15#等主要煤层,其中15#煤层的煤质指标超过突出临界值,以前在类似此地层的瓦斯隧道施工中曾发生过瓦斯爆炸。为保证安全施工,原铁道部隧道工程局和原焦作矿业学院合作,对有瓦斯突出危险和瓦斯涌出的云台山隧道共同进行安全施工防护研究。从1990年10月至1992年6月,历时1年零9个月,其间平导和主洞实际石门揭煤22次,在双方科技人员的共同努力下,保证了瓦斯隧道施工的安全,没发生一次瓦斯爆炸及爆破安全事故。下面对该隧道石门揭煤中的爆破技术及安全管理进行介绍。2隧道揭煤点瓦斯含量及突出危险性分析按计划第1次石门揭煤是在平导、揭煤点位于DK86+(188～200m)处,应揭开3#煤层。根据原铁道部隧道工程局勘测设计院提供的《侯月线云台山隧道瓦斯地质补充钻探成果报告》,3#煤层瓦斯参数如表1所示。考虑到煤层瓦斯赋存的不均衡性、瓦斯突出的复杂性,以及钻探仅3个钻孔,对瓦斯评价尚感参数数量不足。为确保隧道揭煤安全,尚需对具体揭煤点的瓦斯状况及突出危险性作进一步详细测定。为此在隧道进口工区、平导距煤层57.2m和12m处进行了两次水平钻探,所获瓦斯资料见表2。根据补充钻探及两次水平钻探所获瓦斯资料,得出如下基本认识:(1)3#煤层是含瓦斯煤层,但瓦斯含量很少,在钻孔揭露煤层及穿过煤层全厚时,测得钻孔内最大瓦斯浓度仅0.1%,根本测不出瓦斯流量,故勿需进行瓦斯压力测定。(2)从瓦斯含量、钻孔瓦斯涌出情况及补充钻探研究报告提供的瓦斯组分看,该揭煤点仍处于瓦斯风化带内。(3)从影响突出的煤质指标看,其煤的坚固性系数f值、瓦斯放散初速度Δp值及煤层结构破坏类型,其指标值均处于非突出范围内。(4)水平钻探结果证实,揭煤点瓦斯状况与补充钻探研究成果是吻合的。基于上述分析,我们认为,对进口工区平导1号揭煤点,应定为非突出煤层,掘进巷道瓦斯等级为低瓦斯。3第一种石门开挖开挖工程3.1隧道照明与安全意识原铁道部隧道局在以前的隧道施工中,都是采用火雷管或普通导爆索,隧道照明和家用照明一样用220V电压,工人在洞中用手电筒照明,洞中的电器设备也不防爆。在揭煤前,针对隧道施工中存在的问题作了改进,照明换成防爆探照灯,电器设备换成防爆型的,对工人进行了安全培训和安全教育,配置了防爆矿灯,加强了通风管理。在煤层地段不再使用火雷管起爆,并在洞外对电起爆雷管连线、起爆进行了模拟演示,做了充分的爆石门揭煤的准备。3.2药卷的选择和规格根据隧道工程局勘测设计院的补充钻探结果和揭煤前两次钻探预测,测得钻孔内最高瓦斯浓度为0.1%,因此选用适用于低瓦斯矿井的2#煤矿安全炸药。在炮孔直径ϕ42mm条件下,选用ϕ32mm的药卷,规格为ϕ32mm×200mm,重150g。雷管选用煤矿毫秒电雷管1～5段,发爆器选用MFB200,并严格检测雷管,使同组起爆雷管电阻差值不超过0.5Ω(镍铬丝),连线方式为大串联。3.3全断面岩巷爆破技术平导第1次揭煤在DK86+(188～200m)处,爆破需9个循环才能通过该煤层,如图1所示。根据《煤矿安全规程》规定,无论是突出煤层还是非突出煤层,只要是瓦斯煤层,在距煤层10m开始,必须采用电起爆,并且只准使用煤矿安全炸药和煤矿安全电雷管。在距煤层10m以内设计的全断面岩巷爆破(见图2),采用9孔平行掏槽、中间孔也装药,其装药参数见表3。对平导第1次揭煤中9个循环的断面,按梯形断面逐一做了设计(图略),装药参数如表4、表5。4瓦斯隧道的确定根据《煤矿安全规程》规定,在巷道要穿越的煤层中,只要有一个煤岩层发现过一次瓦斯超限,该巷道就应定为瓦斯巷道。同理,在巷隧道要穿越的煤层中,只要有一个煤岩层发现过一次瓦斯超限,该隧道就应定为瓦斯隧道。隧道在含煤段及瓦斯排放段应按瓦斯隧道管理。云台山瓦斯隧道的爆破管理有如下方面的经验。4.1煤的瓦斯含量及操作规范(1)首先应了解清楚隧道穿越煤层的瓦斯地质条件、煤层厚度及其稳定性,地层产状、围岩性质及厚度,煤层瓦斯含量、可解吸瓦斯量、瓦斯成分、钻孔透煤时的瓦斯涌出情况及瓦斯动力现象等基础资料。(2)工作面接近煤层时,必须在距离煤层10m以外开始打钻,并经常检查瓦斯,以了解煤层的瓦斯状况,为揭煤时配风及制订安全措施提供依据。(3)在石门揭煤前进行电起爆试验,完善通风设施,加强通风管理,配备够安全人员,并实行一炮三检制度。4.2瓦斯排放空间下的处理(1)隧道作业面的瓦斯浓度达到1%,就必须停止电动设备作业。作业面瓦斯浓度达到1.5%或CO2浓度达到1.5%,必须停止工作、切断电源、进行处理。(2)进行爆破作业时,放炮地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1%时,严禁放炮。(3)电动机或其开关地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度达到1.5%时,停止运转、撤出人员、切断电源、进行处理。(4)在掌子面内、体积大于0.5m3的空间中,局部积聚的瓦斯浓度达到2%时,附近20m以内必须停止工作、撤出人员、切断电源、进行处理。(5)使用局扇通风的独头掌子面,因检修、停电等原因停风时,必须撤出人员、切断电源。恢复通风前,必须检查瓦斯、局扇及其开关地点附近20m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时,方可人工开动局部扇风机。4.3瓦斯的安全试验(1)隧道因停电检修、主扇停转时,必须有恢复通风、排除瓦斯和送电的安全措施,受停风影响的地点,只有经瓦斯检查、证实无危险后,方可恢复工作。(2)因临时停电或其它原因使局扇停止运转,恢复通风前,必须先检查瓦斯,只有瓦斯浓度不超过1%时,方可恢复正常通风。4.4定期进行检查(1)对于瓦斯隧道必须建立瓦斯检查制度,队长、主任工程师必须审阅瓦斯检查报表。(2)对掌子面和可能涌出瓦斯或可能积存瓦斯的地点,必须定期进行检查,每班最少不得少于3次,不许空班漏检。(3)对有煤与瓦斯突出的掌子面,由于瓦斯涌出量大,变化异常,必须有专人检查CH4和CO2。4.5瓦斯浓度对系统使用的影响电气设备产生的电火花是引爆瓦斯的主要火源之一,应合理使用,严格管理。(1)设置在有瓦斯涌出的掌子面含瓦斯风流中的电气设备,必须选用矿用防爆型的。掌子面使用非防爆型电气设备,在打孔放炮作业时,必须切断电源。只有当瓦斯浓度小于1%时,方可送电。(2)瓦斯掌子面及含瓦斯风流流经的通道内应使用防爆型照明灯具。(3)普通型便携式电气测量仪器只准在瓦斯浓度小于1%以下的地点使用。(4)非专职或非值班电气工作人员,不得擅自操作电气设备。(5)进入瓦斯隧道的电气设备,必须事先进行安全性能检验。(6)隧道内供电必须作到“三无”、“四有”、“两齐”、“三全”(内容从略)。(7)洞内不得带电检修和搬动电气设备(包括电缆、电线)。(8)掌子面移动式电气设备,每班工作结束后及司机离开机器时,必须切断电源(局扇除外)。4.6个瓦斯隧道放炮人员(1)瓦斯隧道应使用煤矿许用安全电雷管和安全炸药。(2)电雷管发放前,应逐个作全电阻检查,并将脚线拧成短路,严禁发放不导通和电阻不合格的电雷管。(3)放炮员和接触爆破器材的人员,应穿棉布或抗静电的衣服,不得穿化纤服装。(4)放炮工作必须由专职放炮员担任,放炮员必须经过专门培训。(5)使用煤矿许用的毫秒延时电雷管时,最后一段延时不得超过130ms,且不得跳段使用。在距煤层10m以外的无瓦斯隧道内,可以采用非电起爆。(6)掌子面只准一次装药一次放炮,并要严格执行一炮三检制。放炮地点附近20m以内瓦斯浓度达到1%时,必须停止放炮。(7)制备起爆药包时,电雷管插入药卷后,应用脚线将药卷缠住,并将雷管脚线端扭结短路。(8)炮孔未装药段,必须用封泥充填密实,封泥长度应符合下列要求:孔深小于0.6m时,不得装药放炮;孔深为0.6～1.0m时,封泥长度不得小于孔深的1/3;孔深超过1m时,封泥长度不得小于0.5m;深孔爆破的封泥长度不得小于1m。(9)放炮前必须设置警戒,由专人把守。(10)严禁携带引火物进入瓦斯隧道,严禁在隧道内吸烟和使用手电筒照明。(11)石门揭煤前必须做好通风设计及通风管理工作。5爆破及瓦斯隧道首先使用水平钻机确定了煤层的位置,对瓦斯含量进行了测量,并适当提前释放瓦斯,制定了严格的安全防护及撤离措施。然后按照爆破设计和瓦斯隧道安全作业的管理办法,并按预计在DK86+190m的位置安全揭开了煤层。在揭煤时,局部瓦斯浓度曾超过10%,加强了通风和检查。煤层全断面揭开后,局部瓦斯涌出消除,全断面平均瓦斯浓度只有0.32%,对安全不造成威胁,顺利通过了第1次石门揭煤。6爆破安全管理方面,云台山隧道通过云台山隧道平导第1次石门揭煤后,为后来的21次揭煤打下了很好的基础,确定了有关瓦斯参数,积累了宝贵的经验,在以