隧道過煤系地層施工通風研究

廖文濤

【摘 要】山區公路隧道過煤系地層是公路建設的控制性工程。煤層中瓦斯的存在，限制了隧道施工進度，施工難度大，周期較長。因此，解決煤層瓦斯帶來的威脅，是隧道施工的重點。本文通過合理的通風設計和施工，排除或降低瓦斯的影響，控制瓦斯事故，確保隧道施工安全可靠。

【關鍵詞】隧道；瓦斯；突出煤層；通風

0 引言

近年來，國家對基礎設施不斷加大投入和西部大開發戰略的實施，高等級公路在西南地區發展迅猛。但該區域多為山區，地形復雜。公路隧道和橋梁的建設是西南山區高速公路建設的關鍵，建設難度大，耗資大，施工周期長。特別是過煤系地層時，由于煤層瓦斯的存在，在隧道通風、安全等提出了新的要求[1]。

隧道施工過程中，瓦斯爆炸事故時有發生，帶來人員和經濟的巨大損失[2]。在隧道過突出煤系地層施工過程，瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出是最大的安全隱患，避免瓦斯積聚、瓦斯超限是需要解決的首要問題，而解決這一問題的關鍵就是合理的通風系統。同時，加強瓦斯監測監控，對隧道進行全面的安全監測監控，確保施工安全。

1 工程概況

該隧道位于云貴高原烏蒙山脈北段，地勢西高東低。隧道由北東往南西向穿越山體，隧道附近海拔+1888m～+2305m，相對最大高差約417m，隧道進口端坡度較陡，出口端坡度平緩。隧道分為左、右幅隧道。

根據地勘報告，隧道施工范圍內揭穿煤層7層，從上至下，分別為M3、M5、M6、M9、M11、M13、M14煤層，煤層傾角為3-11°。煤層在隧道范圍內呈“U”形態且隧道為左、右兩幅，因此，隧道施工共需要揭煤次數多。開挖隧道與過煤層情況見圖1。根據調查附近礦井，瓦斯含量：8.09-10.07m3/t，瓦斯壓力：0.40-0.41MPa。煤層屬于突出煤層。

2 通風系統

2.1 隧道各種有毒有害氣體容許濃度

該隧道存在多層突出煤層煤層，隧道斷面開挖要進行爆破作業，必然存在一定量的有毒有害氣體。根據隧道的實際情況，隧道內各有毒有害氣體的容許濃度定為：

由于隧道內煤層的存在，煤層瓦斯涌出量較大，有較大的瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出危險。降低瓦斯濃度并控制在瓦斯濃度在0.5%以下是確保施工快速、安全的重要條件，而加強通風是稀釋瓦斯濃度的最有效、最快捷的途徑。

2.2 隧道需風量

隧道采用機械通風.必須滿足洞內各作業點所需的最大風量、風壓。風量按每人每分鐘供應4m3/ min的新鮮空氣計算，采用內燃機械作業時，1kw供風量不宜小于3m3/min。風速在全斷面開挖時不應小于0.5m/s。

1）滿足安全生產的用風量計算

（1）按單個掘進工作面最大班作業人數計算得Q人=174m3/min=2.9m3/s。

（2）按將瓦斯濃度稀釋到0.5%以下風量計算得Q=141.97m3/min

（3）隧道燃油用風量計算得：Q無軌總=355.97m3/min=5.93m3/s

因此，滿足安全生產用風量的最大值為355.97m3/min（5.93m3/s）。

2）以隧道中最低風速計算風量

參照相關行業規范[3-4]，綜合考慮取隧道施工中防止瓦斯集聚的風速不得小于0.5m/s，計算風量的最大值為 1968m3/min （32.8m3/s）。

3）按稀釋和排炮煙所需風量計算得最大值為983.6m3/min（16.4m3/s）。

根據公路隧道施工的實際情況，既要解決隧道安全生產的最低用風量，又要為處理瓦斯分層、消除隧道頂部瓦斯聚積隱患創造必要條件，同時考慮隧道斷面大這一實際困難。按照最低風速要求計算的需要風量最大，故隧道所需風量為1968m3/min（32.8m3/s）（按照最低風速0.5m/s計算）。

2.3 風機選擇和通風系統

2.3.1 風機選擇

隧道所需風量為1968m3/min，以此為依據選擇合適的風機。在隧道進、出口端的左、右幅洞口外30m各安裝SDDY一ⅡNo12.5A型對旋軸流式風機2臺（1臺工作，1臺備用），共計8臺，通風機采用風筒壓入式向隧道內通風，風筒直徑1.5m，風機功率2×115kw，轉速980r/min及1480r/min兩速，風量135000—90000m3/h；全壓2650-6000pa。

鑒于隧道停風后瓦斯等有害氣體增加趨勢明顯，故采用24小時不間斷通風。按照隧道內回風流中的最低風速0.5m/s計算，由此選擇的風機配備的送風風筒承受的壓力合理，風筒內風速比較適中，通風管理容易。

2.3.2 通風方式

該隧道單個掘進工作面最長通風距離約為950m，則單個掘進工作面的通風如下：左幅隧道進、出口2個相向掘進頭均采用壓入式獨頭通風，為了滿足隧道快速掘進的要求，在隧道單個掘進工作面增加射流風機2臺，以快速排出隧道瓦斯的通風方式；同理，右幅隧道進、出口2個相向掘進頭通風方式相同。風機布置平剖面圖見圖2、圖3。

壓入式通風開挖工作面需風量和回風量均由洞外軸流風機提供，射流風機起洞內外調壓作用。由于隧道過突出煤系（下轉第171頁）（上接第165頁）地層施工的特殊性，在適當位置處施工連接左右隧道的連通橫道，設置避難硐室、風門等設施。如有必要時，可打開風門作為巷道式通風的回風聯絡巷。在隧道內每隔一定距離設置測風站，用于測量風速、溫度、濕度、CH4、CO2等參數。

3 結論

實踐表明，根據隧道實際地質構造、煤層瓦斯賦存情況、機械設備情況，該隧道在施工過程中采用了上述的通風方式，解決了瓦斯積聚、超限問題，提高了隧道施工進度。

（1）通過計算、比較，以隧道中最低風速計算風量的最大值1968m3/min（32.8m3/s）作為隧道通風設施設備的選型計算，是合理的。

（2）施工期間，隧道內加強了風流流動，加快瓦斯排放的能力，稀釋瓦斯并防止局部積聚；開挖、支護強調短進尺、弱爆破、強支護、勤監測、強通風，采用上下臺階法分部開挖，隧道施工安全可靠。

【參考文獻】

[1]黃成光.公路隧道施工[M].北京：科學出版社，2002，1-5.

[2]張民慶.鐵路瓦斯隧道安全設計、施工與管理[J].現代隧道技術，2012，25-31.

[3]鐵道部.《鐵路瓦斯隧道技術規范》TB10120-2002，J160-2002[Z].

[4]交通部.《公路隧道施工技術規范》JTG F60-2009[Z].

[責任編輯：朱麗娜]endprint