施工风险措施优化方案

1)防止瓦斯超限措施

①以实时监测数据的形式,及时向施工方通报瓦斯监测信息。 当瓦斯出现异常情况时,在上述基础上,提出施工建议并与施工方、隧道管理相关部门共同拟订施工安全措施、瓦斯管理方案,并及时向总监办汇报隧道内的瓦斯超限情况、处理措施和处理效果。 瓦斯异常情况以报表形式提出。

②当监测发现CH4 超限,浓度超过0.75%时,及时通知各主管部门,并通知施工方撤人,打开备用风机,加强通风,及时排除洞内包括瓦斯在内的有毒有害危险性气体。

③根据CH4 超限浓度情况,向施工方提出相应的放炮后排烟时间要求,防止瓦斯事故的发生及有毒有害气体对员工身体的伤害。

④密切关注隧道掘进前方的煤层探测情况,防止瓦斯突出事故和瓦斯爆炸事故的发生。

⑤对于隧道拱顶、冒落孔洞、台车顶等容易形成瓦斯局部积聚且通风不良的区域,加强瓦斯浓度检测,避免瓦斯爆炸事故的发生。

2)防止瓦斯燃烧、爆炸措施

洞内需加强通风并尽量杜绝一切火源。

杜绝火源的措施有洞内机械车辆防爆改装、洞内线路配电系统采用防爆装置、洞口设立门禁系统,烟、打火机、手机等电子产品带入洞内,洞内不得使用如电锯、电焊机、电钻等非防爆机具,如特殊情况需要使用,履行动火手续后,由瓦检员、安全员现场跟踪达到动火要求后方可进行动火。

3)防止煤与瓦斯突出

制订揭煤防突措施,防止瓦斯突出。 石门揭煤流程图如图14.23 所示。

①物探。 采用地震波反射法对煤层位置、采空区位置及规模的宏观预报。

②超前地质钻孔,如图14.24—图14.26 所示。 通过超前地质钻孔来预测煤层准确位置。 在综合超前地质预测预报结合物探工作的基础上,洞身必须施作一个地质超前钻孔,该孔应在第Ⅰ部开挖前施作。 当综合物探有异常时,还应施作2,3,4,5 号孔,超前钻孔直径为φ108,钻孔与煤层拱部(仰拱)交点应控制在衬砌开挖轮廓线外10 m 范围内,确保在洞身开挖时遇到煤层前10 m 外了解煤层的大致位置。 超前钻孔水平距离每30 m 一环,搭接10 m,每环5 孔,每孔长约32 m。

③地质法预测煤层位置、地层岩性及产状。 距煤层垂直距离为10 m 的位置施作φ89 超前钻孔,并取岩(煤)芯,根据超前钻孔验证煤层的具体位置、煤层厚度、煤层倾角及煤层平面方程。 并根据钻孔资料相应地修正煤层的平面方程。 φ89 超前钻孔应穿过煤层并进入岩层不小于0.5 m。 根据开挖揭示地层岩性、产状及超前探孔资料对煤层位置进行预测。

图14.23　石门揭煤流程图

确定煤层层位(探测孔):当超前地质综合预报前方有煤层时,洞身Ⅰ部掌子面在距推测煤层10 m 垂距处,施作3 孔φ89 探测孔,探测孔布置图、纵断面示意图和平面示意图如图14.27、图14.28 和图14.29 所示。 探测孔必须穿透煤层全厚且进入顶(底)板煤层不小于0.5 m,详细记录岩芯资料,以掌握煤层位置、走向、倾向、倾角、煤层厚度、瓦斯赋存情况等。洞身Ⅱ部分别于掌子面距离推测煤层10 m 垂距处施作1 孔φ89 验证孔,对煤层位置、走向、倾向、倾角、煤层厚度等进行验证,验证孔施作要求同探测孔。

图14.24　超前钻孔布置图

图14.25　超前地质钻孔纵断面示意图

图14.26　超前地质钻孔平面示意图

④煤与瓦斯突出危险性预测(预测孔)。 洞身Ⅰ部掌子面距煤层5 m 垂距处,施作3 孔φ89 穿透煤层全厚的预测孔,测定煤层瓦斯压力、煤的瓦斯放散初速度与坚固性系数、钻屑瓦斯解吸指标等。 为准确测定煤层原始瓦斯参数。 预测孔与超前钻孔、探测孔见煤点的间距不小于5 m。

图14.27　超前探测孔布置图

图14.28　超前探测孔纵断面示意图

图14.29　超前探测孔平面示意图

⑤瓦斯含量测定。 揭煤前进行煤与瓦斯突出危险性预测。 测定钻孔施工进入煤层后宜用风排渣,并采集煤样,测定煤层瓦斯含量,若测定的煤层瓦斯含量值大于7 m3/t(突出危险临界值),则该揭煤工作面有突出危险,需采取防突措施,见表14.17。

表14.17　预测石门揭煤工作面突出危险性临界值

⑥防突措施。

A.区域四位一体综合防突措施。

a.超前预测。 根据探测钻孔取煤样,测定煤层瓦斯含量,若测定的煤层瓦斯含量值大于7 m3/t(突出危险临界值),则该揭煤工作面有突出危险,需采取防突措施。

根据欧家湾隧道实际情况,本隧道超前预测方法主要采用含量法。

b.超前防突措施。 是指在突出煤层进行采掘前,对突出煤层较大范围采取的防突措施。针对本次揭煤,主要采用穿层钻孔预抽煤层瓦斯的方式。

隧道工作面防突措施采用施工抽放钻孔,最小垂距不得小于7 m,在实施防突措施时,应进行实际考察,得出符合本隧道工作面的有关参数。

抽放范围与钻孔终孔点控制范围:隧道断面轮廓线外最小垂距＞5 m,隧道轮廓线外的控制范围均要求≥15 m(煤层线方向距离)。

抽放钻孔直径是确定排放效果的主要因素,钻孔直径越大,抽放和卸压效果越好。 根据我国煤层赋存和钻进机具、工艺等实际情况,石门掘进工作面超前排放钻孔直径一般采用φ75 ~120 mm,在地质条件变化剧烈地带也可采用直径为42 ~75 mm 的钻孔。 根据欧家湾隧道煤层赋存情况,采用φ75 mm 直径的抽放钻孔。

抽放钻孔终孔间距暂按2 m(抽放半径则为1.0 m)。 在现场可根据实际瓦斯含量情况、瓦斯抽放难易程度、预留抽放时间等因素进行考察调整并可采用先进的增透措施提高钻孔抽采效果,加快隧道瓦斯抽采进度。

对于隧道开挖面较大且煤层倾角较小的煤层,由于钻孔长度限制,一个循环不能完全控制揭煤区域的煤层,一般采取多循环抽放方式,即预抽一个循环,经区域效果检验有效后开挖至一定距离,再进行第二循环预抽瓦斯,依次逐步完成区域预抽,在采取此种预抽煤层瓦斯时,为了确保开挖安全,要求每个循环之间需留有至少10 ~15 m 的超前距。

欧家湾隧道多循环控制预抽钻孔布置示意图,如图14.30 所示。

c.区域防突措施效果检验。 揭煤采用预抽钻孔,以残余瓦斯含量为主,钻屑指标法为辅进行防突措施效果检验。 检验指标和临界值与预测指标相同。 隧道掌子面检验孔数为5个,分别位于其上部、中部、下部和两侧。 终孔位置应位于措施孔控制范围的边缘线上,采用与预测孔相同的方法测定瓦斯含量。

如果检验结果的各项指标都在该煤层突出危险临界值以下,则认为措施有效,可在采取安全防护措施的前提下进行掘进;反之,则认为措施无效,应延长排放瓦斯时间,或增加排放孔数量,或采取其他补救措施。 再经措施效果检验有效后,方可在采取安全防护措施的前提下进行掘进。

进行区域防突措施效果、检验措施效果、检验孔布置剖面图和终孔布置如图14.31 和图14.32 所示。 应先进行预抽效果评估,评估达标后才能进行打孔取样检测。

d.区域验证。 当隧道区域措施效果检验所测煤层残余瓦斯含量小于7 m3/t 时,证明预抽措施效果有效,隧道可以正常掘进到工作面距离煤层垂距为5 m 时停止掘进,此时进行区域验证。 如遇到地质构造带应在掌子面距离煤层垂距大于5 m 时进行区域验证。

图14.30　隧道多循环控制预抽钻孔布置示意图

图14.31　措施效果检验孔钻孔布置剖面图

《防治煤与瓦斯突出规定》第五十七条要求,揭煤工作面进行区域验证,应选用综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法或其他经试验证实有效的方法进行。 隧道区域验证(工作面预测、效果检验、验证)选用瓦斯解析指标进行,这里选用瓦斯解析指标中的K1 值。 具体测定方法如下:

钻屑瓦斯解析指标K1 值的临界值采用《防治煤与瓦斯突出规定》的推荐值,当有一个测试指标超过临界值时,则判断为具有突出危险性(表14.18)。(www.xing528.com)

表14.18　钻屑指标法临界值

图14.32　措施效果检验孔终孔布置示意图

B.局部四位一体综合防突措施。

a.工作面预测。 欧家湾隧道揭煤工作面突出危险性预测采用钻屑瓦斯解析指标法,在揭煤工作面距离煤层最小垂距5 m 前向隧道所揭煤层的适当位置施加一定数量钻孔,并测定煤层的钻屑瓦斯解析指标。 由于《防治煤与瓦斯突出规定》要求每个石门揭煤前,都是对所在区域的突出危险性进行区域验证,所以在石门揭煤前的工作面危险性预测可以和区域验证合并进行。

b.工作面防突措施。 工作面防突措施主要是针对经工作面预测有突出危险的揭煤工作面,主要有抽放瓦斯、排放钻孔、水力冲孔、金属骨架和煤体固化等措施。 金属骨架和煤体固化措施,应在采用了其他防突措施并检验有效后方可在揭开煤层前实施。 本方案采取排放钻孔措施,实施工作面防突措施时要求揭煤工作面与突出煤层间最小垂距为5 m。 当岩石破碎度较高时,还应适当加大距离。 隧道瓦斯排放钻孔布置剖面和平面示意图如图14.33 和图14.34 所示。

瓦斯排揭煤防突措施:对于隧道开挖面较大且煤层倾角较小的煤层,由于钻孔长度限制,一个循环不能完全控制工作面防突措施要求控制的范围时,也可采取多循环实施局部措施的方法,隧道多循环瓦斯排放钻孔布置示意图如图14.35 所示。 但在每个循环之间需留有至少10 ~15 m 的超前距。

c.防突措施效果检验。 瓦斯排放措施实施后,应进行瓦斯排放效果检验,以确认是否有效,当检验结果的各项指标都在该煤层突出危险临界值以下,则认为措施有效;否则,认为措施无效,应采取延长排放时间,增加排放孔数量、瓦斯抽放等补救措施(表14.19)。

图14.33　隧道瓦斯排放钻孔布置剖面图

图14.34　隧道瓦斯排放钻孔布置平面示意图

图14.35　隧道多循环瓦斯排放钻孔布置示意图

表14.19　预测掌子面掘进工作面突出危险性临界值

揭煤采用预抽钻孔,以残余瓦斯含量为主、钻屑指标法为辅进行防突措施效果检验。 检验指标和临界值与预测指标相同。 隧道工作面检验孔数为5 个,措施效果检验孔布置剖面图和钻孔如图14.36 和图14.37 所示。 分别位于掌子面的上部、中部、下部和两侧。 终孔位置应位于措施孔控制范围的边缘线上,采用与预测孔相同的方法测定瓦斯含量。

图14.36　措施效果检验钻孔布置剖面图

图14.37　措施效果检验孔终孔布置示意图

d.防突措施效果验证。 当隧道区域措施效果检验所测煤层残余瓦斯含量小于7 m3/t时,证明预抽措施效果有效,隧道可以正常掘进到工作面距离煤层垂距为5 m 时停止掘进,此时进行区域验证。 如遇到地质构造带应在掌子面距离煤层垂距大于5 m 时进行区域验证。

⑦安全防护措施。

A.洞外远距离放炮。 隧道揭穿突出煤层前,当预测为突出危险工作面时,必须采取防治突出措施,经效果检验有效后采用洞外远距离放炮揭穿煤层。 远距离放炮措施应符合以下要求:

a.隧道揭煤爆破作业必须使用安全等级三级或三级以上的煤矿许用炸药。

b.炸药必须采用电力起爆,并使用煤矿许用电雷管,严禁使用秒或半秒级电雷管。

c.隧道揭煤采用洞外远距离放炮,应在隧道外起爆,隧道内必须停电,停止一切作业,将人员撤至隧道外。

d.揭煤爆破30 min 后,应由救护队员佩戴防毒面具到开挖工作面,对爆破效果、瓦斯浓度等进行检查。 通风30 min 后,由瓦检人员检测开挖工作面、回风道瓦斯浓度,当开挖工作面瓦斯浓度小于0.5%,方可通知工地负责人允许施工人员进隧道。

e.揭煤工作应由揭煤领导小组统一协调指挥。 揭煤时救护队员及设备在隧道口待命,一旦发生险情立即抢救。

f.揭煤时,主风机正常运转,备用主风机及二路电源应保持待启动状态。

B.初期支护时严格按照要求施做超前支护、锚杆、网片、连接筋以及喷锚,严禁钢架拱脚悬空。

C.其他管理措施。

a.隧道揭煤时,隧道内施工作业人员必须随身携带隔离式自救器。

b.隧道建立进入检身制度,并登记管理,严禁携带烟草和点火物品,严禁穿化纤衣服。

c.瓦检员必须坚守工作岗位,做到勤检多检,严禁瓦斯超限作业。

d.专职安全员在现场实施监察,严格执行防突措施及效果检验,严防弄虚作假,确保防突工程的施工质量。

e.必须按允许推进距离组织施工,确保预留的超前保护距离。

f.严格按照有关操作规程进行操作,严禁违章指挥、违章作业。

g.开工前必须对施工作业及管理人员进行安全技术培训。 爆破、电工、瓦检等特种作业人员必须持证上岗。

h.隧道揭穿煤层时,工作面的专职瓦斯检查员必须随时检查瓦斯,掌握突出预兆。 当发现有突出预兆时,瓦斯检查员有权停止作业,并协助班组长立即组织人员按避灾路线撤出,同时向上报告。

4)防止煤尘爆炸措施

①降水除尘。 掌子面爆破完毕后,每两小时对隧道煤尘分布处采用隧道施工用水进行喷雾洒水,防止出碴时粉尘飞扬。

②加强通风。 稀释和排除作业地点浮尘,防止过量积尘。

③煤层注水。 炮眼打完后,用压力水将煤层预先湿润,以减少爆破产尘量。

5)过煤门

过煤门是指从掌子面揭开煤层一直到穿过煤层顶(底)板2 m 的全过程。 在揭开煤层后,相当于在大面积的突出煤层中开了一个洞。 由于隧道周边原来的岩石变成松软的煤层,一方面其抵抗突出能力急剧下降,另一方面进入煤层后,煤与瓦斯突出的动力增加,加之放炮的振动诱导作用,导致发生煤与瓦斯突出的可能性增加,有的甚至在过煤门一段距离后,发生从边墙延时突出的情况。

图14.38　过煤门期间突出危险性预测钻孔布置示意图

(1)工作面突出危险性预测

欧家湾隧道揭煤工作面突出危险性预测采用钻屑瓦斯解析指标法,在揭煤工作面距离煤层最小垂距5 m 前向隧道所揭煤层的适当位置施工钻孔,突出危险性预测钻孔布置如图14.38所示。 并测定煤层的钻屑瓦斯解析指标。

由于《防治煤与瓦斯突出规定》要求每个石门揭煤前都要对所在区域的突出危险性进行区域验证,所以在石门揭煤前的工作面危险性预测可以和区域验证合并进行。 当预测有突出危险时,公司组织研究处理方案后实施,应采取工作面防突措施,经效果检验有效后,方可继续掘进;若预测无突出危险性,则采取边探边掘继续掘进,直到进入距离煤层垂距2 m 最小垂距处。

(2)工作面防突措施

尽量垂直煤层揭煤,保证一次揭开煤层。 揭开煤层后,在执行过煤门工作面突出危险性预测时,只要有一个预测钻孔预测指标超限,则视整个掌子面前方预测钻孔控制范围内煤体均具有突出危险性,应立即进行防突措施。 揭开煤层后补充防突措施一般为排放瓦斯,当预测突出危险程序较高、突出危险区域较大时,可采用抽放瓦斯的补充防突措施。 钻孔布置示意如图14.39 所示。