【文章內(nèi)容簡介】 組地層分布多層可采煤，厚度一般在 左右，由于構(gòu)造復雜，煤層傾角變化較大，但總體一般在 65176。左右。其中須家河組煤層屬低瓦斯煤，發(fā)生瓦斯突出、煤塵爆炸及煤層自燃的可能性小，而龍?zhí)督M煤層屬高瓦斯煤，易發(fā)生瓦斯突出、煤塵爆炸及煤層自燃現(xiàn)象。 隧道屬高瓦斯隧道，必須加強監(jiān)測，采取專門的防突措施，進行瓦斯抽放，防止突出發(fā)生。 1） 煤礦采空區(qū) 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測方案 10 華鎣山隧址區(qū)有悠久的采煤歷史，分布多處 煤礦，且主要分布在觀音峽背斜西翼和軸部區(qū)域，東翼分布較少。其中跟隧道相關(guān)的規(guī)模性煤礦有 7 處，分別為榮泰煤礦、金馬煤礦、太來井煤礦、大田煤礦、劉家溝煤礦、白嶺煤礦及新木煤礦。其中榮泰煤礦、白嶺煤礦及新木煤礦開采的為須家河地層的煤，其余煤礦則開采龍?zhí)督M地層的煤。 隧道穿越煤層采空區(qū)的段落有： K 線左線 K24+182～K24+203 段、 K27+366～ K27+385 段、 K27+512～ K27+532 段、 K27+632～ K27+651段； K 線右線 YK24+171～ YK24+192 段、 YK27+367～ YK27+386 段 、 YK27+510～YK27+529 段、 YK27+617～ YK27+636 段 。 隧道開挖可能產(chǎn)生塌陷和采空區(qū)突水，在龍?zhí)督M地層采空區(qū)可能揭露采空區(qū)內(nèi)聚集的瓦斯氣體。 2） 穿煤 華鎣山隧道穿越觀音峽背斜兩翼及核部含煤地層三疊系須家河組（ T3xj）和二疊系龍?zhí)督M（ P2l）， 不考慮已采空的煤層， K 線穿煤段落分別有 K23+796～K23+801 段、 K23+924～ K23+928 段、 K24+064～ K24+069 段、 K25+421～ K25+476段、 K25+590～ K25+595 段、 K25+629～ K25+634 段、 K25+707～ K25+716 段、K25+880～ K25+886 段、 K25+901～ K25+908 段、 K27+145～ K27+149 段。由煤層分布里程可見，煤層幾乎分布于整個隧道的始終。 3） 壓煤 隧道穿煤里程為 K23+796～ K23+801 段、 K23+924～ K23+928 段、 K24+064～K24+069 段、 K25+421～ K25+476 段、 K25+590～ K25+595 段、 K25+629～ K25+634段、 K25+707～ K25+716 段、 K25+880～ K25+886 段、 K25+901～ K25+908 段、K27+145～ K27+149 段。其中須家河組一段含 1 層可采煤，三段含 1 層可采煤，五段含 2 層可采煤，煤層厚 ，龍?zhí)督M可采煤主要為 K K K6 及 K8，煤層厚度約 。按隧道兩側(cè)，上下各 100m 為禁采區(qū)，煤層體自重 噸 /m3，根據(jù)各煤層所在位置的傾角進行計算，隧道壓覆煤儲量約 萬噸。 4） 有毒有害氣體 據(jù)收集的隧址區(qū)附近大壩溝煤礦的瓦斯鑒定報告：該煤礦開采 T3xj 地層中的煤，瓦斯鑒定報告表明該煤礦為低瓦斯礦井。隧洞穿過 T3xj 煤層段為低瓦斯區(qū)段。統(tǒng)計見下表 2 瓦斯檢驗報告統(tǒng)計表。 表 2 瓦斯檢驗報告統(tǒng)計表（大壩溝煤礦） 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測方案 11 2021 年度 2021 年度 2021 年度 2021 年度 相對瓦斯涌出量（ m3/t） 絕對瓦斯涌出量（ m3/min） 相對 CO2涌出量（ m3/t） 另外據(jù)收集的隧址區(qū)劉家溝煤礦的瓦斯鑒定報告：該煤礦開采 P2l 地層中的煤，瓦斯鑒定報告表明該煤礦為高瓦斯礦井，屬于煤與瓦斯突出礦井。隧洞穿過 P2l 煤層段為高瓦斯區(qū)段。統(tǒng)計見下表 3 瓦斯檢驗報 告統(tǒng)計表。 表 3 瓦斯檢驗報告統(tǒng)計表（劉家壩溝煤礦） 2021 年度 2021 年度 2021 年度 2021 年度 相對瓦斯涌出量（ m3/t） 絕對瓦斯涌出量（ m3/min） 相對 CO2涌出量（ m3/t） 根據(jù)對原劉家溝煤礦的調(diào)查，劉家溝煤礦自建礦以來共發(fā)生煤與瓦斯突出 30 余次，突出煤量達 1 萬余噸，最大突出強度為 5488t/次 (1990 年 8 月 3 日開采 +70m水平木蓮傘煤柱以北區(qū)域的 K2煤層時 )，最大涌出瓦斯量為 105m3。根據(jù)四川煤田地質(zhì)局 135 地質(zhì)隊提交的《重慶煤炭工業(yè)公司天府礦務(wù)局劉家溝煤礦 200m 水平延深補充勘探地質(zhì)報告》，龍?zhí)督M煤層煤塵爆炸指數(shù)為 21～ 23%，煤層均具有煤塵爆炸危險性。另外該報告指出，礦井開采的煤層有自燃傾向，屬易自燃及較易自燃煤層，發(fā)火期 1～ 3 個月，本礦曾多次發(fā)生過采空區(qū)煤層自然發(fā)火事故。 由以上資料可知，華鎣山隧道具有煤層分布廣，采掘歷史久，采空區(qū)范圍大，同時，距離洞口越遠瓦斯含量和壓力越高的特點。所以，必須加強施工全過 程的瓦斯監(jiān)控并做好瓦斯災害防治工作。 瓦斯監(jiān)測的目的 隧道施工過程中瓦斯監(jiān)控量測是保證瓦斯隧道施工安全的重要手段，是避免人員傷亡和設(shè)備損壞的必要措施，對于保證隧道安全、快速施工至關(guān)重要。監(jiān)測目的具體為： 1） 通過對掌子面 24 小時實時監(jiān)測，及時掌握隧道掘進造成的瓦斯涌入而導 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測方案 12 致的瓦斯超標，及時報警，保證人員安全撤離，避免瓦斯爆炸等重大災害； 2） 通過對隧道中段的監(jiān)測，及時了解因隧道通風不良而導致的隧道局部瓦斯富集，消除隱患，保證施工正常進行； 3） 通過隧道洞內(nèi)風速監(jiān)測，及時掌握隧道通風情況，結(jié)合瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測結(jié)果，對 隧道內(nèi)瓦斯含量進行主動干預與控制； 4） 通過設(shè)備瓦斯閉鎖裝置，及時停止瓦斯含量超標狀態(tài)下設(shè)備的運轉(zhuǎn)，排除引起瓦斯爆炸的隱患，實施安全控制。 四、 瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與儀器配備 總體設(shè)計 華鎣山隧道屬于復雜地質(zhì)條件下高風險特長公路隧道，設(shè)計為高瓦斯隧道，實際上所穿越煤層具有多次瓦斯突出的歷史，而且分布于隧道深部，通風難度大。所以，必須加強瓦斯監(jiān)測工作和施工管理。有鑒于此，設(shè)計如下監(jiān)測系統(tǒng)，如表4 和圖 1 所示： 表 4 華鎣山隧道 瓦斯監(jiān)測與施工管理系統(tǒng)設(shè)計表 系統(tǒng)名稱 職能 系統(tǒng)功能 瓦斯自動 監(jiān)測系統(tǒng) 監(jiān)控 主要功能：在隧道掘進巷道內(nèi)安裝監(jiān)測設(shè)備、各類傳感器，實時采集巷道內(nèi)的 N CH CO CO、粉塵、 SO SH2等有毒有害氣體進行分析處理， 一但發(fā)生數(shù)據(jù)超限，在監(jiān)控中心和現(xiàn)場同時聲光報警提示。對局部通風機和主通風機進行在線式運行監(jiān)測，一但風機停止運行或有故障時監(jiān)控中心同步聲光報警提示。 具有數(shù)據(jù)存儲，報表打印，歷史數(shù)據(jù)查詢，圖形顯示，曲線分析等軟件功能。 人員定位系統(tǒng) 管理 主要功能：在 掌子面、下導坑作業(yè)面、二襯施工等區(qū)域設(shè)計安裝人員定位分站和讀卡天線，對區(qū)域內(nèi)的作業(yè)人員進行實時動態(tài)跟 蹤定位管理，對每天進入巷道作業(yè)的人員進行數(shù)量統(tǒng)計，考勤管理。 在突發(fā)瓦斯事故、 塌方、 涌水、突泥等災害導致人員被困的條件下，可以明確被困人員數(shù)量和位置，為及時營救準備必要的條件。 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測方案 13 智能廣播系統(tǒng) 管理 主要功能：在 掌子面、下導坑作業(yè)面、二襯施工等區(qū)域設(shè)計安 裝 智能廣播機站， 在瓦斯超標、突水、突泥等重大事故發(fā)生時，及時通過 廣播 發(fā)出撤離指令，避免人員傷亡。 視頻監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)測 主要功能：在主要作業(yè)點、峒口、庫房（炸藥）等區(qū)域設(shè)計安裝高清紅外攝像機，對區(qū)域內(nèi)的人和物進行實時動態(tài)監(jiān)控管理。 圖 1 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測與管理系統(tǒng)設(shè)計示意圖 瓦斯自動監(jiān)測系統(tǒng) 瓦斯自動 監(jiān)控系統(tǒng)由地面中心站、監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)接口裝置 (調(diào)制解調(diào)器 )、洞內(nèi) 智能分站、各種礦用傳感器及控制執(zhí)行器組成。 具體詳見圖 2。 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測方案 14 圖 2 瓦斯自動 監(jiān)控系統(tǒng)電纜傳輸方式結(jié)構(gòu)示意圖 監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要功能 系統(tǒng)應(yīng)用軟件運行在 Microsoft Windows98/2021/XP 中文操作平臺上，采用VisualC++、 Microsoft Access2021 或 SQL Server2021 數(shù)據(jù)庫編制，采用多進程、多線 程技術(shù)實時并發(fā)處理多任務(wù)，軟件功能豐富。 系統(tǒng)具有通訊傳輸測試、傳輸故障記錄、顯示、傳輸錯誤統(tǒng)計功能。 系統(tǒng)自檢功能，包括分站、傳感器故障診斷，報警提示。 在線生成分站定義、傳感器定義、監(jiān)測點定義，修改監(jiān)測點的報警、斷電等監(jiān)測參數(shù)功能。 以各種表格、曲線形式顯示各測點實時數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測參數(shù)、測點位置、數(shù)值、狀態(tài)、報警值、斷電值等。 實時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)的查詢、報表統(tǒng)計功能。數(shù)據(jù)調(diào)用、查詢功能齊全，可查詢實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、各種曲線、報警、斷電以及操作記錄，便于管理人員分析處理。 相同類型傳感器和不同類型傳感器 的實時數(shù)據(jù)同屏曲線動態(tài)對比功能。 動態(tài)圖形顯示功能。系統(tǒng)具備各種動態(tài)圖元素的生成繪制，建立了多種動態(tài)圖形庫，可以方便的繪制采掘平面圖、通風系統(tǒng)圖、監(jiān)控設(shè)備布置圖，使用戶對井下實時數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀態(tài)的了解更形象、生動；同時具有多種動態(tài)圖的循環(huán) 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測方案 15 顯示功能。 數(shù)據(jù)存儲采用變值變態(tài)、疏密結(jié)合、數(shù)據(jù)庫動態(tài)生成的方式，使數(shù)據(jù)的存儲容量只和計算機的硬盤容量有關(guān)系，如果硬盤容量足夠大，監(jiān)測數(shù)據(jù)可無限期保存。 多種報警方式。以圖標變化、數(shù)值顏色變化、聲音等多種方式報警。 報警數(shù)據(jù)的無線發(fā)送功能。系統(tǒng)能將報警數(shù)據(jù)發(fā)送到主管領(lǐng)導的手機中，以便及時處理各種危險事故。 系統(tǒng)具有多種用戶權(quán)限管理功能。不同的用戶具有不同的操作權(quán)限。 監(jiān)測終端采用 B/S 結(jié)構(gòu)。監(jiān)測終端采用 JAVA 語言，終端監(jiān)測用戶只輸入 IP地址或網(wǎng)址可完成數(shù)據(jù)、圖形監(jiān)測。 組網(wǎng)功能。系統(tǒng)向外提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，便于聯(lián)網(wǎng)和其它數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。 系統(tǒng)主界面如圖 3 所示。 圖 3 監(jiān)控系統(tǒng)的主界面 系統(tǒng)主要設(shè)備 1） 傳輸接口裝置 傳輸接口裝置是用于監(jiān)控分站和地面監(jiān)控主機之間進行通訊的智能型接口裝置。 該裝置以 FSK 移頻鍵控通訊方式通過二芯無極性電纜與分站通訊，接口裝 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測方案 16 置內(nèi)置光電隔離、保護安全柵，抗干擾性能好。 如圖 4。 圖 4 傳輸接口裝置圖片 主要技術(shù)指標 供電電壓： AC220V； 整機功耗：≤ 10W； 與分站間傳輸速率： 1200bps； 最大傳輸距離：不小于 15km； 信號線最大短路電流：≤ 50mA； 接口與主計算機傳輸： RS232C、距離不大于 15m； 防爆型式：一般兼本質(zhì)安全型； 傳輸接口工作方式：主從、半雙工、單層連接。 2） 監(jiān)控分站（大） 監(jiān)控分站內(nèi)含本質(zhì)安全電源，省去了向傳感器供電的電源 箱，結(jié)構(gòu)緊湊，便于在井下安裝使用。按新版安全規(guī)程要求設(shè)計，各項功能齊全。除具備采集、顯示井下各種安全參數(shù)數(shù)值、設(shè)備運行狀態(tài)以及接受主機命令傳送數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息以外，還具有如下功能： 具備甲烷斷電儀和甲烷風電閉鎖裝置的全部功能。傳輸線斷線或中心站軟件故障時，分站仍可獨立工作，確保井下安全生產(chǎn)； 具有監(jiān)控設(shè)備故障閉鎖功能，防止不接入監(jiān)控設(shè)備違章生產(chǎn)； 配接的傳感器種類、量程、斷電點、復電點等參數(shù)在地面中心站主機定義生成以程序下裝到分站，分站免編程； 根據(jù)測點定義，分站能夠執(zhí)行異通道斷電功能，使井下斷電控制更靈活； 分站裝有備用電池，交流電源掉電后自動投入工作，供電時間≥ 2h。 通用監(jiān)控分站（ 8 模 8 開）是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，具有數(shù)據(jù)采集、控 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測方案 17 制輸出、遙控輸入、液晶顯示等功能。分站能完成兩路甲烷風電閉鎖功能。當監(jiān)控系統(tǒng)故障或數(shù)據(jù)傳輸線斷線時，分站可獨立工作。分站可以接收電流、頻率等符合礦山行業(yè)標準規(guī)定的多種信號制式傳感器信息。 如圖 5。 圖 5 監(jiān)控分站（大） 主要技術(shù)指標 （ 1）防爆型式：礦用本質(zhì)安全型；防爆標志： ExibΙ （ 2）工作電壓： DC 18V （ 3）最大工作電流：不大于 250mA （ 4）分站容量： 模擬量輸入： 8 路模擬量輸入，可輸入頻率型、電流型； 開關(guān)量輸入： 8 路開關(guān)量輸入； 控制量輸出： 8 路開關(guān)量輸出。 (5）輸入輸出信號制 模擬量輸入信號：頻率型模擬量輸入： 200Hz～ 1000Hz，電流型模擬量輸入：1mA～ 5mA 或 4mA～ 20mA，頻率型和電流型通過跳線互換，其中開關(guān)量和模擬量可互換。 (6）顯示 采用液晶顯示，分站具有漢字顯示功能，能顯示各種傳感器名稱、數(shù)值。 (7）模擬量的轉(zhuǎn)換誤差不大于 1%。 (8） 開關(guān)量輸入信號： 0/5mA。 (9） 控制量輸出信號：高低電平，高電平時不小于 5V（負載電流 3mA），低電平時不大于 。 華鎣山隧道瓦斯監(jiān)測方案 18 (10）通信口的傳輸方式：主從、半雙工。 3） 通用監(jiān)控分站（小） 圖 6 通用監(jiān)控分站（?。?