淺談瓦斯隧道施工風險管理及控制

【摘 要】 隨著我國西部開發的實施，許多瓦斯隧道正在或將要被修建。為了保障瓦斯隧道的施工安全，有必要開展瓦斯隧道施工管理及控制研究。本文概述了隧道瓦斯涌出的方式，并從兩個方面分析了煤與瓦斯的突出原因，針對性的提出了幾條隧道施工安全風險控制方法，為以后的施工提供了理論基礎。

【關鍵詞】 瓦斯；隧道施工；風險管理；風險控制

1.引言

瓦斯隧道可分為兩種類型：煤系地層瓦斯隧道和非煤系地層瓦斯隧道。工程中將直接穿越煤層的瓦斯隧道稱為煤系地層瓦斯隧道，將不穿越煤層的瓦斯隧道稱為非煤系地層瓦斯隧道。

隨著西部大開發戰略的實施，西部地區新建高等級公路、鐵路、綜合水電樞紐、市政工程等星羅棋布，隧道數量越來越多[1]，長度越來越長，險道穿越煤系地層或非煤系地層、油由、氣田或位于這些儲氣地質構造之上方，都可能成為瓦斯險道，工程施工過程中必須可能出現的風險慎加防范，確保隧道施工安全。

2.隧道瓦斯涌出的方式

瓦斯涌出是指地下工程開挖、掘進過程中，煤系地層中的瓦斯涌向已開挖空間的現象。涌入開挖空間的瓦斯量稱為瓦斯涌出量，可以用絕對瓦斯涌出量和相對瓦斯涌出量兩種方法表示。瓦斯的涌出形式主要有三種。

2.1 普通涌出

指的是在工作面和其他開挖暴露面上，瓦斯緩慢、均勻、經常性地涌出。它與開挖煤系地層暴露的時間長短，以及煤與巖石的破碎程度有；時間越長，煤層和巖層越破碎，瓦斯涌出量越大；反之，則小。

2.2 瓦斯噴出

指的是瓦斯從煤或巖石空洞、裂隙、破碎帶中大量、突然涌出的現象。涌出的瓦斯量可由幾立方米到幾十萬立方米，延續時間短則幾天，多則幾年，常伴有頓頓聲，有時還噴出水柱。

2.3 煤與瓦斯突出

這是一種特殊的、危害性極大的瓦斯涌出形式。

隧道煤與瓦斯突出是指在險道掘進過程中煤與瓦斯的突然噴出，在短時間內從煤層深處排出大量的煤、巖流和瓦斯，產生巨大的沖擊波[2]，這種能量能破壞工作面，摧毀隧道設結構、機械設備，發生瓦斯燃燒、爆炸，造成作業人員窒息、被埋入煤和巖流等重大事故。

3.煤與瓦斯的突出的原因分析

煤與瓦斯突出機理，是指煤與瓦斯突出發生的原因、條件及其發生、發展過程。煤和瓦斯突出的本質是當人們在煤系地層進行施工時，挖掘或采掘工作引發了煤系地層的地質動力突發性現象，這種現象的機理可以從內因和外因兩個方面考慮。

3.1 內因分析

（1）煤與瓦斯突出與煤層瓦斯含量和豐度

首先，煤與瓦斯突出與煤層瓦斯含量和豐度密切相關。瓦斯含量和豐度越高的煤層越有可能發生煤與瓦斯突出，而煤層瓦斯含量和豐度主要取決于瓦斯的形成條件（即煤層煤化程度或稱變質程度）和保存條件（即封閉條件，最主要的影響因素是煤層上覆地層的厚度）。研究表明，在我國，煤層時代越老，煤化程度越高；從石炭紀開始，到第三紀的煤層中，煤層瓦斯含量、豐度按照地層的新老順序，總體上出現遞減趨勢。

（2）煤與瓦斯突出與地應力場

煤與瓦斯突出的另一個主要內因是煤和圍巖中形成的高彈性形變能，這種形變能是地應力集中形成的高應力積累產生的。地震局和煤礦部門的資料顯示，我國煤與瓦斯突出的礦井集中分布在地應力較高的華南區，很好地印證了這種理論。

（3）煤與瓦斯突出與其他地質因素

從中國煤礦煤與瓦斯突出的具體部位看，高瓦斯煤層、構造煤、特殊的構造部位是控制煤與瓦斯突出的主要地質因素[3]。同地應力場的影響相似，在特殊構造部位處，局部地應力局部集中形成了煤和圍巖的高彈性形變能，而聚集在這些部位的高濃度瓦斯也是這些部位容易發生瓦斯突出的原因。

3.2 外因分析

（1）穿越掘進的石門巷道

據統計，從1949-1990年的40年中，我國共發生千噸以上的大型、特大型煤和瓦斯突出共約50次，其中90%發生在石門穿煤層的巷道掘進過程中。煤和瓦斯突出的本質是挖掘或采掘工程造成的局部圍壓銳減，它誘發了石門處煤層中某些特殊部位里儲存的巨大內部潛能的突然、集中釋放。這種現象容易發生在石門穿煤層掘進過程中。因為掘進工作使煤壁變得薄弱，無法繼續承受積聚在其中的巨大內能，于是這些能量在薄弱處集中，在某一時刻突然釋放，形成煤與瓦斯突出。

（2）掘進速度

由于快速掘進不利于瓦斯釋放，因此，故意放慢掘進速度，讓瓦斯得到充分釋放，是一種規避煤與瓦斯突出有效的措施。

4.隧道施工安全風險控制方法

4.1 隧道施工通風

（1）通風的目的

隧道施工時通風時采取通風可以消除有毒有害氣體和煤塵巖塵等固體顆粒的影響和危害，以保證隧道施工安全的最主要的技術手段之一。通風的目的在于：一是提供給隧道內作業人員呼吸所需要的氧氣；二是稀釋隧道內各種有毒有害氣體和固體顆粒的濃度，保證空氣的情節和防止瓦斯、煤塵爆炸；三是調節隧道內空氣的溫度、濕度；四是創造良好的作業環境，保障隧道內作業人員的健康和安全。

（2）通風的方式和方法

隧道施工通風可以根據風井的布置、供風的范圍、風流通過路徑來劃分。根據進、出口風井的布置不同，隧道通風方式可以分為中央式、對角式和混合式三種，一般采用中央式；根據風流所供風的范圍分為全風壓通風和局部通風兩種，一般采用局部通風；根據風流通過的路勁分為巷道式通風、斜井通風和豎井通風三種，高瓦斯隧道宜采用巷道式通風。

4.2 隧道瓦斯隔離

銅鑼山隧道施工中，采取了以下三點瓦斯隔離措施：

（1）初期支護作業

隧道開挖需要嚴格控制欠挖，以確保二次襯砌，尤其是臺車處的模筑混凝土厚度不小于40cm。隧道開挖后必須及時初噴，封閉裸露圍巖；鋼架必須緊貼巖面，嚴禁拱架脫空；噴射砼必須全部采用濕噴技術，保證噴射鹼的厚度和強度[4]，含瓦斯地段的噴射混凝土厚度不應小于l0cm，噴射鹼必須噴射密實，嚴禁初支與巖面間出現空洞。其主要作用是防治瓦斯聚積，及時封閉瓦斯。

（2）二次襯砌砼施工

襯砌鋼筋在綁扎或焊接作業時，在與防水板之間必須采取隔離措施，防止防水板和瓦斯隔離板損壞。

在氣密性砼施工時，砼中摻入粉煤灰、減水劑、引氣劑或氣密劑時，采取控制砼的水灰比，控制砼中水泥用量等措施，增加砼的密實性并減小因水化熱引起的砼溫度應力和收縮，氣密劑的用量應該使砼的透氣性滿足設計要求。砼澆筑過程中，不得破壞、損傷防水板，施工縫接頭嚴防漏漿，確保接縫質量。二次襯砌的施工縫有環向和縱向施工縫兩種，環向施工縫采用中埋式橡膠止水帶（一般為鋼邊止水帶），縱向施工縫采用外貼式橡膠止水帶，防水板鋪設應超前二次襯砌施工20-25m，并設臨時擋板，防止機械損傷或電火花灼傷防水板。

4.3 火源控制

（1）防止明火

防止明火的重點是對施工人員進行安全教育；施工人員進洞時前往值班室簽字，值班人員對施工人員進行檢查，確保不讓煙草、點火工具、化纖衣服、手機物品進洞；此外，嚴禁在洞內存放烴類燃料，如果需要使用可燃性材料，需要將其裝入防爆的容器中。

（2）防止出現爆破火焰

爆破組工人均接受煤礦部門的培訓教育，并安排專人管理炸藥、監督爆破工序，做到嚴格管理：隧道嚴禁使用產生火焰的爆破器材、過期變質、沒有合格標識的炸藥和電雷管（采用上下臺階法開挖）；瓦斯工區鉆孔爆破作業時，應嚴格控制爆破工藝流程，并采用爆破前、裝藥時、放炮后監測瓦斯的“一炮三檢”制度。

5.結語

由于隧道工程的風險難以精確定義，瓦斯隧道安全風險影響因素較多且具有隨機性和不可預見性，對于瓦斯隧道施工安全風險需要加強管理。現場實踐證明，施工通風、瓦斯隔離版和氣密性混凝土等瓦斯隔離措施、火源控制、瓦斯監控可以即成為一個災害防治技術體系，可以作為今后現場施工的重要舉措。

參考文獻

[1] 姚振武. 高瓦斯隧道施工指南：以家竹箐險道為例[M]. 北京：人民交通出版社，2008.3

[2] 姜洪亮. 紫坪鋪隧道瓦斯災害研究[D]. 成都：西南交通大學，2010

[3] 康小兵. 非煤系地層瓦斯隧道形成機制研究[J]. 現代隧道技術，2011（03）

[4] 丁睿. 瓦斯隧道建設關鍵技術[M]. 北京：人民交通出版社，2010.5