天坪隧道橫洞高瓦斯工區無軌運輸方案選擇

張濤

【摘 要】瓦斯隧道施工中，為確保施工安全，運輸方式一般采用有軌運輸，而有軌運輸對比無軌運輸有適用條件高，運輸成本高，不易管理的缺點。瓦斯隧道施工若采用無軌運輸，首要解決的就是機械設備的防爆問題，所以經過方案比選及技術創新，天坪隧道橫洞高瓦斯工區在現有技術基礎上，創新研制了一種利用主動防御原理改裝的車載瓦斯防爆系統，較好地解決了無軌運輸問題，系統安全可靠，而且成本低廉，為瓦斯隧道施工中，無軌運輸的設備防爆改裝提供了一種全新思路。

【關鍵詞】施工安全；無軌運輸；防爆改裝；技術創新

Ping-day cross-hole high gas tunnel work area trackless transport scheme

Zhang Tao

（China railway tunnel group co.， LTD Zunyi Guizhou 563000）

【Abstract】Gas tunnel construction to ensure construction safety， mode of transport commonly used rail transport， rail transport and trackless transport with a high contrast applicable conditions， high transport costs， the disadvantage is not easy to manage. If using gas tunnel construction trackless transport， the first to solve the problem of mechanical equipment is explosion-proof， so after the program comparison and technological innovation， the day the floor tunnel cross-hole high gas work area on the basis of the existing technology， developed an innovative use of active defense the principle of modified car gas explosion protection system， solves the problem of non-rail transportation system is safe and reliable， and low cost， the gas tunnel construction， trackless transport equipment explosion modification provides a new idea.

【Key words】Construction safety；Trackless transport；Explosion modification；Technology innovation

1. 工程概況

天坪隧道全長13978.252m，隧道設置“平導+2斜井+橫洞（主、副井）”。其中，橫洞工區為高瓦斯工區，負責承擔DK128+234～DK124+860段3374m正洞，PDK128+240～PDK124+640段3600m平導的施工任務。橫洞（主、副井）位于線路前進方向左側，與正洞左線中線相交于PDK128+234里程處，平面交角為78°39′53″，坡度-0.903%，橫洞（主井）長1050m，橫洞（主井）與隧道采用斜交單聯式；橫洞（主井）與平導中線相交DK128+240里程處，主要負責正洞的開挖。橫洞（副井）位于線路前進方向左側，與平導中線相交于PDK128+210里程處，平面交角為78°41′59″，坡度-0.904%，橫洞副井長1061m，橫洞與隧道采用斜交單聯式，橫洞（副井）主要負責平導的開挖。隧道在DK127+710～DK127+850段穿越龍潭組煤系地層，隧道連續穿越C6、C5、C3煤層。

2. 運輸方案的選擇

2.1 方案選擇的原則。

（1）應根據隧道長度、斷面大小、施工方法、機具設備、運量要求確定方案。

（2）減少干擾，提高裝渣效率，運輸效率，保證作業安全。

（3）根據場地要求、施工條件確定運輸方案。

（4）確保投入產出成正比。

（5）確保安全施工、文明施工以及施工進度。

2.2 運輸方案的對比。

根據當前國內山嶺隧道施工采用的運輸方式主要有兩種，即有軌運輸和無軌運輸，即對這兩種運輸方案進行比較，選擇最優方案。

（1）無軌運輸。

主要用于大斷面隧道作業，臺階法，全斷面法開挖均適用，路面縱坡一般不大于20°。不利因素：汽車排放的尾氣較多，洞內空氣質量較差。

（2）有軌運輸。

主要用于小斷面隧道作業，裝載機與自卸車無法并行，適合于全斷面法施工，臺階法施工應用較困難。路面坡度有一定局限性，一般為0.3%～1%（電機車）；具有瓦斯等易燃、易爆氣體的隧道；洞口場地平坦，空間較大。有利條件：洞內空氣污染小，有利于人工洞內作業。

2.3 安全、質量方面的影響。

（1）無軌運輸組織較簡單，可操作性強，安全度高；而有軌運輸對軌道、車輛、操作人員要求相對較高，施工組織難度較大，安全度較低。

（2）無軌運輸條件下，仰拱作業可以緊跟開挖掌子面，結構能及時封閉，有利于結構穩定，保證施工安全，而且文明施工方面做得較好。而有軌運輸條件下，仰拱工作面施工距掌子面的距離會很長，不能及時封閉結構，而且仰拱作業面軌道交叉多，施工組織難度非常大，影響開挖運輸作業，不僅嚴重制約施工進度，還對文明施工、質量、安全都不利。

2.4 工作效率的對比。

（1）無軌運輸組織簡單，不用鋪軌道，出碴靈活，工作效率高。而有軌運輸，調度時間長，組織難度高，每次開挖都有鋪軌時間，否則裝載機運距較遠，造成出碴效率低。

（2）無軌運輸條件下，仰拱作業面采用棧橋施工，移動靈活，不影響仰拱施工，也不影響出碴進度，施工干擾小。而有軌運輸條件下，首先軌道的撥接頻繁，工作量大，仰拱施工速度慢，而且還會影響正常出碴，施工干擾大。

（3）無軌運輸條件下，襯砌混凝土罐車運輸量大，速度快，效率高，對混凝土的質量性能保障較好；而有軌運輸條件下，軌行式混凝土罐車運量小，速度慢，效率低，要想保證混凝土質量就要加大投入。

2.5 施工進度的對比。

無軌運輸組織簡單，調度容易，裝碴量大，出碴速度快，進度有保證。而有軌運輸，組織復雜，調度相對困難，而且投入的人力、物力較多，施工進度難免受影響。

2.6 施工組織的管理對比。

（1）無軌運輸組織簡單，設備維修也容易，相關經驗也多；而有軌運輸組織復雜，設備維修相對困難，內部員工具有相關經驗的人員也較少，因此，有軌運輸施工組織管理難度較無軌運輸難度要大得多。

（2）綜上所述，天坪隧道橫洞工區洞口場地狹小，不利于有軌運輸的布設，選擇無軌運輸既可以保證施工安全、又可以保證施工質量、還可以提高施工進度，而且管理相對容易、效益明顯。因此，天坪隧道橫洞瓦斯工區采用無軌運輸方案，可以對進洞機具設備進行防爆改裝，就可以解決。

3. 瓦斯隧道管理措施

（1）對進洞挖掘、裝載、運輸等以柴油為動力的設備進行防爆改裝，并通過驗收合格，滿足MT989-2006、MT990-2006相關標準的要求。

（2）電力供應和電氣設備上嚴格執行“三專兩閉鎖”和“MA”準入制度，對于不防爆，沒有防爆安全標識、國家明令禁止使用和淘汰的電氣防爆設備嚴禁進洞使用。

（3）制定通風方案，建立完善有效的通風系統，前期采用壓入式通風，中后期利用平導采用巷道式通風，滿足瓦斯隧道通風要求。

（4）實行自動監測與人工監測相結合的監測體系，自動監測24小時有效，人工監測有效補充。

（5）制訂嚴格的瓦斯管理制度，學習煤礦上的管理辦法，嚴格進洞檢身制度，嚴禁攜帶煙、火等進洞，嚴禁穿化纖衣服進洞，對于進風隧道等敏感地點嚴禁動火，對于隧道內其他可以進行不防爆操作的地點采取了每次都制定安全措施并簽字貫徹的辦法。

4. 煤礦無軌運輸的現狀

我國煤礦井下輔助運輸狀況與發達國家相比差距仍然較大，大多以有軌運輸為主，90年代中期國內部分新建礦井開始采用無軌輔助運輸代替傳統的有軌輔助運輸。如內蒙神華集團的大柳塔礦、山東兗礦集團的濟三煤礦等。從使用情況看，采用無軌輔助運輸后效率提高明顯，目前采用無軌運輸或者混合運輸的煤礦占煤礦總數的比重越來越大，經對目前采用無軌運輸煤礦建設現狀的調查，經過煤層的斜井和斜巷，瓦斯賦存多少不一，施工設備與運輸機械多采用隔爆型，無一是因為運輸設備發生瓦斯事故。尤其2013年1月18日，貴州盤縣金佳煤礦煤與瓦斯突出事故發生13人遇難事件證明，采用有軌運輸，導致了“救援作業空間狹窄，導致搜救挖掘只能采取人工裝貨、軌道運輸的方式出貨，運輸效率較低，增加了搜救難度。”

5. 設備防爆改裝系統

5.1 防爆改裝說明。

煤礦瓦斯監測設備目前市面上型號眾多，但多數設備都比較笨重，價格質量也參差不齊，設備的安裝維護也各有不同。考慮到監測系統在工程行走機械設備上應用與礦井的條件差別，經過項目部市場調研及方案比選，在現有防爆改裝體系基礎上，加以改進創新，選用KJ70NA型煤礦一體化安全監控系統，配備相應的傳感器和監控分站，形成一套適合于車載的瓦斯監測系統，達到隔爆型設備的相應標準。該系統具有體積小巧、安裝方便、運行穩定、價格便宜的特點。

5.2 防爆改裝的原理和主要內容。

系統主要采集施工機械工作區域的環境瓦斯氣體體濃度參數，控制分站根據采集的濃度值和控制邏輯進行分析處理。系統工作時，當環境瓦斯濃度逐漸上升，達到比較危險的濃度（比如按照有關規定設定為0.3%），分站向報警器發出報警信號，報警器發出聲光報警，駕乘人員聽到或看到報警信號后，立即停止作業，通知相關人員核查現場實際情況，在查明起因并解除危險后再行作業，可以實現危險提前處理的作用。如果瓦斯濃度上升較快或者是施

工機械現場無人值守時，環境瓦斯濃度達到較高危險限值0.5%后，此時控制分站再次向機械的斷油熄火控制器發出控制信號，使機械自動停止工作，實現閉鎖。所改裝的主要內容如下：

（1）改裝進氣系統：

安裝進氣控制閥，阻止發動機回火，并控制發動機超速時關閉發動機。

（2）改裝排氣系統：

安裝主冷卻器、阻焰器、火花消除器，達到降低發動機排氣溫度、消除火焰、火花的目的。

（3）改裝電氣系統：

安裝防爆發電機、防爆起動馬達、防爆起動蓄電池、電器隔爆箱和控制開關等，控制發動機的運行和工作。

（4）儀表系統改裝：

安裝隔爆型電流表、水溫表、機油壓力表和油量表等控制儀表。

（5）改裝控制系統：

安裝發動機冷卻水溫檢測閥和排氣溫度檢測閥，一旦出現超溫情況或其他影響發動機安全運行的情況，報警裝置進行報警，并設有與進氣控制閥相連的起動/緊急停機裝置，可以在緊急情況下實現手動緊急停車。

（6）其他部分改裝：主要是消除運動中產生的靜電，添加靜電消除裝置。

6. 實施效果

6.1 通風效果。

采用無軌運輸施工，洞內的污染源除爆破氣體、瓦斯氣體外還有各種內燃車輛排放的廢氣，經檢測瓦斯濃度最大值出現在爆破后，在放炮后10～15min內，掌子面附近（約500m）的炮煙向洞口方向壓出，通風30min后檢測瓦斯濃度為0.01%～0.05%之間。

6.2 進度方面。

（1）采用無軌運輸，運輸能力強，速度快，工序循環影響不大。出碴、混凝土襯砌、隧道仰拱施工、底板砼施工采用棧橋可以同步進行，各工序影響不大，并且做到均衡生產，保證各工序正常銜接。

（2）爆破通風后可及時出碴，斷面尺寸足夠時可以采用多臺車輛出碴，提高出碴速度，同時減少作業循環時間。

（3）采用無軌運輸，橫洞提前施組2個月到達井底，正洞IV級圍巖無軌運輸最大月進尺115.6m，III級圍巖無軌運輸最大月進尺160m。

6.3 安全方面。

截止目前，天坪隧道橫洞工區采用無軌運輸方式，瓦斯工區施工安全情況良好，未發生過一起瓦斯安全事故，并已安全順利通過煤層。

7. 結語

瓦斯隧道較普通隧道施工具有安全風險高、施工難度大、管理難度大、施工效率低等特點。要想安全、優質、高效的完成瓦斯隧道的施工生產任務，首先需要解決的就是隧道瓦斯問題，天坪隧道橫洞瓦斯工區安全順利通過煤系地層，依賴于合理的施工方案、有效的施工組織、嚴格的管理制度及管理體系，本文通過對隧道施工的安全、進度、效益有巨大影響的運輸方案的選擇，總結了以下幾點經驗。

（1）不拘泥于傳統思維，勇于創新，一旦獲得成功，將會收益巨大。

（2）瓦斯隧道施工是一項系統工程，運輸方案的選擇還有賴于其它施工方案的合理運用，比如開挖、支護方案。

（3）設備防爆改裝針對不同的隧道，不同的瓦斯環境，可以采用不同的改裝方式。

（4）驗證了車載瓦斯系統形成的設備防爆改裝，適用于高瓦斯隧道施工。

參考文獻

[1] TB10304-2009，鐵路隧道工程施工安全技術規程[S].

[2] TB10120-2002，鐵路瓦斯隧道技術規范[S].

[3] 趙全福主編. 煤礦安全手冊[Z]. 北京：煤炭工業出版社，1994.

[4] 中華人民共和國煤炭工業部制定. 煤礦安全規程[S].

[5] 國家安全生產監督管理總局令2009第19號. 防治煤與瓦斯突出規定[S].