正阳隧道瓦斯施工方案

1渝湘高速公路D6合同段正阳隧道瓦斯段施工方案一、工程概况正阳隧道左线ZK30+526~ZK30+667（长141米），为Ⅳ~Ⅴ级围岩，该段围岩整体稳定性极差，洞身上方位于受断层影响较大的溶蚀洼地中。ZK30+580左右夹页岩及厚约15米左右的煤层及粘土岩层，该段整体由于受断层破碎带的影响，岩体极破碎，软硬相间，张开裂隙较发育。正阳隧道右线YK30+514~K30+710（长196米），为Ⅳ~Ⅴ级围岩，该段围岩整体性稳定性极差。YK30+675以页岩为主，夹层厚约15m左右的煤层及粘土岩层。隧道穿越此两段时，可能会有瓦斯涌出，但煤层瓦斯含量甚微，涌出量约为0.1~0.3m3/min，瓦斯压力接近于零，不存在煤与瓦斯突出的危险。为确保隧道施工安全，ZK30+526~ZK30+667（长141米），右线YK30+514~K30+710（长196米），按隧道穿越煤层段施工。二、瓦斯概述地下空气的有害气体，根据其危害性及其特性，大致可分为三种类型：1、可燃烧和爆炸的气体,主要是沼气;2、具有窒息性气体,主要是二氧化碳;3、具有毒性的气体,主要为一氧化碳、硫化氢、二氧化碳和二氧化氮。上述这些有害气体，在矿井中总称为瓦斯，由于从煤（岩）层涌出的有害气体主要是沼气，习惯地将沼气称为瓦斯，本施工组织设计重点指隧道通过煤层的瓦斯隧道施工。三、施工方法及施工工艺该段施工的关键问题是瓦斯的防治和防止塌方。防治瓦斯的原则是超前预报、严格瓦斯检测、加强通风、防火防爆、排防、封闭、防爆型机电2设备相结合。（一）施工原则隧道通过煤层瓦斯的原则:短进尺,弱爆破、强支护，勤监测，加强通风，快喷锚。1、短进尺,隧道通过煤层地区,因煤层有沼气溢出,围岩软弱,应力较大。每次开挖进尺控制在2m以内，采用上导坑开挖方案或长台阶开挖，保持每次开挖面积小，瓦斯溢量不大，开挖轮廓能够迅速得到支护。2、强支护:采用φ42超前小导管支护。开挖后采用18型工钢钢架支撑，间距75cm，喷射C20混凝土。3、勤监测:实行装药前，放炮前，爆破后人工进行瓦斯检查（即一炮三检查）。使得开挖过程中监测瓦斯浓度做到不间断。4、弱爆破:采用低爆力部份露煤震动放炮（爆破）方案。即采用低爆力的矿用安全炸药（目前大量生产和使用的2号和3号煤矿许用炸药以及相应的抗水型，其对瓦斯的安全性随号数递增，威力则随号数递减）与安全雷管（煤矿许用毫秒电雷管最后一段延期小于130ms），装药系数与普通掘进爆破相同，只在岩石段装药，煤段不装药。5、加强通风:瓦斯隧道在施工期间，设专门的通风管理机构，负责通风系统各种设备的管理和检修，定期（检测）洞内风速、风量、气温、气压、瓦斯浓度等并作出详细记录，计算有效风量。施工期间，保证连续通风，在特殊情况下停风时，应同时停止工作，撤出人员，切断一切电源，恢复通风前首先检查瓦斯浓度。6、快锚喷:由于煤层软弱松散,爆破后往往不等支护（短时间内易出现）坍塌冒顶,因此必须设置超前支护。根据设计图说明：该段采用φ42小导管作为超前支护，利用小导管注水泥浆（带止浆塞）注浆压力须达到2.0MPa,水玻璃固结半径达到15～20cm,锚杆间距为40cm,使得环型相对稳定,不发3生散落。由于煤层地段围岩为Ⅴ级，应力高，开挖后加强支护会产生大变形，其初期支护参数见下表：普通煤层地层初期支护参数围岩级别喷砼(cm)钢筋网(mm*cm)锚杆(cm)预留变形量(cm)工字钢(mm)Ⅴ26φ8×20@203500@1001018注：＠表示间隔（二）施工方法及具体设计1、设计基本情况1.1设计范围根据设计文件，该隧道在揭煤、防突及瓦斯排（抽）放施工中采用动态设计，瓦斯防范段施工应严格执行揭煤防突和瓦斯监控量测的有关规定和程序，设计范围为隧道揭穿所有煤层的全部作业过程。1.2煤层参数由于隧道穿越山体地勘资料不详，根据地表勘察、群众调查和目前地层揭露情况综合分析认为：该山体中含有多层煤（至少4层），而且煤层厚约15m（总厚？单层厚？）。在施工中必须施作超前探孔，探明煤层层位和基本煤层参数，以防止误揭煤层。1.3隧道断面隧道开挖断面为103.4m2，隧道采用上、下导坑法开挖（从3.3部分附图推断，应为上下台阶法，下同，见第9页）。2、揭煤防突施工方法作业程序：煤层超前探测→煤与瓦斯突出危险性预测→钻孔排放瓦斯→防突效果检验→石门揭煤→过石门坎→煤层掘进。2.1施作超前钻孔，探明煤层位置和瓦斯情况4上导坑开挖时，掘进工作面至煤层20m（垂直距离）时，打3个穿透煤层全厚的超前钻孔，并进入顶（底）板不小于0.5m，详细记录岩芯资料，结合上导坑的超前钻孔和开挖，推测煤层是否有畸变。施作超前钻孔时直径为Ф75mm，若发现地质构造变的复杂、岩体破碎（条件发生变化），则必须在隧道开挖轮廓线外5m范围内布置一定数量的超前钻孔，确保能准确掌握煤层厚度、角度变化及瓦斯情况等。2.2施作预测孔，进行煤与瓦斯突出危险性预测考虑到测定煤层瓦斯压力要达到原始压力值时间较长，并且单独用瓦斯压力并不能确切判明煤层的突出危险性，本设计揭煤前不测定瓦斯压力，以节约施工时间。突出预测采用钻屑指标法为主，钻孔瓦斯涌出初速度法为辅的方法。隧道采用上、下导坑法开挖，突出预测孔主要控制上、下导坑断面（预测孔直径Ф50mm）。（什么意思？）2.3防治瓦斯突出技术措施防治突出采用多排钻孔排放或抽放。结合突出预测情况，如煤层确存在较大突出危险，可将钻孔封孔接抽，达到加速和有效的消除突出危险性目的。钻孔控制范围：隧道轮廓外上方7m，左右两侧6m，底部3m；钻孔孔径108mm，并进入底板岩层不小于0.5m。抽排半径取1.5m。上导坑施作钻孔时工作面坑底距煤层顶板垂距不小于5m，由超前钻孔确定，下导坑排放钻孔在上导坑排放完毕并揭煤后进行。2.4瓦斯排放排放孔进行瓦斯排放时，所有洞内掘进施工应停止，排放15天。排放瓦斯顺序：上导坑打排放钻孔（坑底距煤层不小于5m）→排放瓦斯15天→揭煤穿过煤层→下导坑打超前钻孔及预测孔。当判定有突出性危险→由下导坑底顺煤层施作扇形排放钻孔→排放瓦斯15天→下导坑揭煤穿过煤层。2.5防突效果检验5瓦斯排放完成后，上下导坑分别打检查孔，确定瓦斯排放是否结束。检查孔布置在揭煤端面中部，并位于措施孔之间，终孔位置位于措施孔控制范围的边缘线上。若煤层不具有突出危险性，则结束排放。否则视排放效果应继续排放或采用水力冲孔等其它措施处理。2.6放炮揭开和穿过煤层通过排放效果检验，煤层无突出危险性后，封堵排放钻孔。采用自进式锚杆对开挖轮廓外岩体进行超前注浆加固，同时安装格栅钢架，而后采用震动放炮揭煤。揭煤时，掘进工作面与煤层之间必须保持一定岩柱，其最小垂直厚度应不小于1.5m。遇岩石松软、破碎还应增加岩柱厚度。3、揭煤、防突及排放瓦斯具体设计隧道揭穿突出煤层，即隧道自顶板岩柱穿过煤层，进入底板的全部作业过程，都必须采取防治突出措施。隧道防治突出措施包含下列内容。a、控制突出煤层层位的钻孔布置；b、突出预测方法及预测钻孔布置；c、防治突出技术措施；d、防治突出技术措施效果检验；e、安全防护措施。6揭煤防突施工工艺流程如下图：预测瓦斯突出危险程度指标：a、解吸指标K1值当f≥0.35，K10.4或f0.35，K10.3时，有突出危险；b、瓦斯瞬间解吸压力Pa0.03MPa；煤层突出危险性预测煤层突出危险性预测煤层突出危险性预测煤层突出危险性预测打前探钻孔打前探钻孔打前探钻孔打前探钻孔无突出危险无突出危险无突出危险无突出危险有突出危险有突出危险有突出危险有突出危险多排钻孔排（抽）放瓦斯多排钻孔排（抽）放瓦斯多排钻孔排（抽）放瓦斯多排钻孔排（抽）放瓦斯防突措施效果检验防突措施效果检验防突措施效果检验防突措施效果检验有效有效有效有效无效无效无效无效补救措施补救措施补救措施补救措施安全防护措施安全防护措施安全防护措施安全防护措施揭开煤层揭开煤层揭开煤层揭开煤层7c、钻孔瓦斯涌出初速度qm4L/min；d、瓦斯压力P＞0.74MPa有突出危险；e、打钻期间动力现象：喷孔、顶水、顶钻、卡钻。当具备a或d时，有突出危险，同时具备b、c、e时，有突出危险。3.1控制煤层层位的钻孔布置在隧道瓦斯设防段掘进过程中，必须连续施作超前钻孔，以探明施工前方地质情况，防止误揭煤层。工作面掘进至距煤层20m(垂距)之前，沿隧道前进方向打一个穿透煤层全厚且进入底板不小于0.5m的前探钻孔；在隧道工作面掘至距煤层10m(垂距)时，打三个穿透煤层全厚且进入底板不小于0.5m的前探钻孔。钻孔布置见“探测钻孔布置图”所有探孔要求详细记录岩芯资料，以利于探明突出煤层的相对位置。若隧道工作面掘至距煤层20m(垂距)时，发现地质构造（情况或状况）变得复杂、岩石破碎，则必须在隧道断面四周轮廓线外5m范围煤层内布置一定数量的前探钻孔，以保证能确切地掌握煤层厚度、倾角变化、地质构造和瓦斯情况等。3.2突出预测方法及预测钻孔布置揭煤前不测定瓦斯压力，以节约施工时间。突出预测采用钻屑指标法为主，钻孔瓦斯涌出初速度法为辅的方法。（1）钻屑解吸指标K1的测定煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层8a、钻机一钻进煤层就取一次钻屑，以后每钻进1m，取一次钻屑作解吸指标测定。取样时，把秒表、筛子准备好(Φ1mm的筛子在下，Φ3mm的筛子在上)。钻孔钻到预定深度时，用组合筛子在孔口接钻屑，同时启动秒表，一面取样，一面筛分，当钻屑量不少于100g时，停止取样，并继续进行筛分。b、把筛分好的Φ1～3mm的煤样装入WTC瓦斯突出参数仪的煤样杯，将盛满煤样的煤样杯放入煤样罐中，盖好煤样罐，将阀门转动到煤样罐或煤样瓶与大气相通的位置。c、当秒表计时到预定时间t0（通常规定t0为1～2min），转动阀门使煤样罐或煤样瓶与测量系统接通、与大气隔绝，启动仪器开始测量钻屑瓦斯解吸量。（2）钻孔瓦斯涌出初速度q的测定a、钻进煤层后每钻进1m，测定一次钻孔瓦斯涌出初速度q。b、当钻孔钻进至预定深度后，立即用秒表计时。随后迅速拔出钻杆，把封孔器送入孔底进行封孔。全部封孔操作应在规定进行流量计读数的时间以前完成。c、在封孔操作的同时，应及时将流量计与导气管口连接好，待封孔完成后即可进行测定。采用的流量计读数为瞬时流量时，在秒表走时至2min时读数，即为钻孔瓦斯涌出初速度值；采用的流量计读数为累计气体流量时，则应在秒表走时至1.5min时读出流量计数值。当秒表走时至2.5min时再读一个流量计数值，后一读数减去前一读数即为钻孔瓦斯涌出初速度值。两种类型流量计，使用时只能确定一种而不能混用，以免造成较大的测量误差。如果因封孔操作不及时等原因，测定瓦斯流量的时间已超过了规定的9时间时，该测定结果不能作为判定工作面无突出危险的依据。（3）突出预测指标临界值根据揭煤点的实际情况，取煤样进行实验研究，确定钻屑解吸指标K1临界值。每次揭煤都应作好钻屑解吸指标K1、钻孔瓦斯涌出初速度q及其临界值考察。总结分析，为下一次揭煤突出预测提供可靠的依据。3.3防治突出技术措施防治突出技术措施采用多排钻孔排放或抽放。由于隧道开挖断面大，为防止煤层突然揭开时大量涌出瓦斯，需实施多排钻孔预排瓦斯。从防治突出的角度来看，多排钻孔预排瓦斯是一种防治突出措施。结合突出预测情况，如煤层确实存在较大的突出危险，可将钻孔封孔、接抽，以达到加速和有效地消除突出危险的目的。钻孔控制范围：隧道轮廓线外上方7m，左、右两帮6m，底部3m。排(抽)放钻孔孔径90～110mm，排(抽)放半径取1.0m。钻孔布置见排放孔位置布置图：拱顶拱顶煤拱顶拱顶煤拱顶拱顶煤拱顶拱顶煤3.5m3.5m3.5m3.5m3.5m3.5m3.5m煤层拱顶煤层拱顶煤层拱顶煤层拱顶煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层煤层排放范围煤排放范围线排放范围煤排放范围线排放范围煤排放范围线拱煤层线拱脚开煤层拱煤层线拱脚开煤层拱煤层线拱脚开煤层拱煤层线左左左左左左左左右右右右右右右右钻孔排放剖面钻孔排放剖面钻孔排放剖面钻孔排放剖面钻孔排放剖面钻孔排放剖面钻孔排放剖面钻孔排放剖面钻孔排放平面钻孔排放平面钻孔排