【導讀】貴昆線六盤水至沾益段增建二線第二合同段。烏蒙山一號隧道穿過煤層群石門揭煤。中鐵二十二局五公司六沾復線工程項目經理部。煤炭科學研究總院重慶研究院

　　

【正文】 缺點。方案三主要存在順層長鉆孔的施工及排放消突問題，尤其是煤層比較薄或在煤層賦 存不穩(wěn)定的區(qū)域鉆孔很難達到設計長度。若遇到松軟煤層，順層長鉆孔排放消突可靠性很差。方案四煤巷掘進區(qū)域消突也存在些松軟煤層順層孔施工及排放效果問題。方案五主要存在工程量和工期問題。因此，針對方案三 ~方案五優(yōu)缺點及工程技術經濟情況，特提出其使用條件及相應優(yōu)化措施，具體見表 64。 表 64 方案選取及相應優(yōu)化措施表 優(yōu)先選取 使用條件 優(yōu)化措施 方案三 煤層突出危險程度一般，煤層厚度大于 1m 且賦存穩(wěn)定 適當增加鉆場長度并考慮用抽放措施；在正洞開挖面打穿層鉆孔進行區(qū)域措施效果檢驗并施工一定數量穿層排放鉆孔作為順 層鉆孔排放區(qū)域消突補充措施 方案四 煤層突出危險程度一般，煤層厚度小于 1m，賦存相對穩(wěn)定 考慮用抽放措施 方案五 嚴重突出危險煤層且有噴孔現(xiàn)象，煤層松軟順層孔成孔非常困難 考慮用抽放措施并結合方案三，提高措施效果并適當減少穿層孔工程量，縮短工期 由以上分析比較可知，烏蒙山一號隧道正洞揭煤區(qū)域防突措施應根據煤層的賦存地質條件、煤層狀況和突出危險性程度等實際條件來選取方案三 ~方案五中的一種或者兩種的結合。 根據地勘資料數據，正洞揭煤區(qū)域防突措施初步決定： 二疊系上統(tǒng)宣威群中的 C C3 煤層采用優(yōu)化后的方案 三， C C5 和 C7 煤層采用優(yōu)化后的方案五即施工一條巖巷用穿層鉆孔進行區(qū)域消突并結合方案三打一定數量的順 26 層鉆孔以減少穿層鉆孔的施工量且提高消突效果。 石炭系下統(tǒng)大塘組舊司段和二疊系下統(tǒng)梁山組的煤層采用方案四。 揭煤局部防突措施 局部抽排措施 在開挖面距煤層法距不小于 5m 處對煤層突出危險性預測或區(qū)域防突措施效果檢驗時，若指標超標，則應對石門所揭煤層實施局部排放的防突措施。 在石門揭煤工作面采取排放的局部防突措施時，鉆孔直徑為 75~90mm，鉆孔的控制范圍是：石門的兩側和上部輪廓線外至少 5m， 下部至少 3m，鉆孔盡可能穿透煤層全厚，鉆孔排放半徑暫取 。 超前支護措施 在開挖工作面距煤層法距不小于 3m處，對隧道上部和兩幫的弧形輪廓超挖 ~1m，設置超前大管棚一環(huán)、小鋼導管和自進式錨桿多層交錨超前支護。錨、管外露部分用格柵鋼架支撐，格柵鋼架間距為 50cm。以煤礦揭煤防突技術的金屬骨架法防突和城市地鐵淺埋暗控技術措施管注漿法防坍，以固化漿液充填巖石間孔（裂）隙技術措施相結合的超前支護局部防突技術措施。 大管棚支護 鉆孔施工采用潛孔鉆機， φ 110 mm 鉆頭；壓漿采用 KBY50/70 液壓注漿機。大管棚采用φ 89mm 的鋼花管，壁厚 5mm，并壓注 1:1 水泥砂漿，縱向與下一環(huán)的小導管搭接5m。施工要求： ⑴ 鋼管環(huán)向間距為 20~30 cm； ⑵ 管心與襯砌設計外廓線間距為 70 ~100cm； ⑶ 傾角：仰角 10~12176。 (不包括路線縱坡 )； ⑷ 鋼管施工誤差：徑向不大于 20 cm； ⑸ 進入煤層底板不小于 5m。 大管棚施工的施工 步驟如下所示： ⑴ 施作套拱 混凝土套拱作為長管棚的導向墻，套拱內埋設 4 榀工字型鋼支撐，鋼支撐與管棚孔口管焊成整體。孔口管作為管棚的導向管，用經緯儀以坐標法在工字鋼架上定出其平面位置；用水準尺配合坡度板設定孔口管的傾角；用前后差距法設定孔口管的外插角，孔口管應牢固焊接在工字鋼上，防止?jié)仓炷習r產生位移。 27 ⑵ 搭鉆孔平臺安裝鉆機 鉆機平臺一次性搭好，鉆孔由兩臺鉆機由高孔位向低孔位對稱進行，這樣可縮短移動鉆機與搭設平臺時間，便于鉆機定位。 平臺連接 要牢固、穩(wěn)定。防止在施鉆時鉆機產生不均勻下沉、擺動、位移等影響鉆孔質量。鉆機定位用經緯儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法，確保鉆機鉆桿軸線也孔口管軸線相吻合。 ⑶ 鉆孔 為了便于安裝鋼管，鉆頭直徑采用φ 110 mm。巖質較好的可以一次成孔；鉆進時產生坍孔、卡鉆的，需補注漿固結后再鉆進。鉆機開鉆時，可低速低壓，待成孔 10 m后可根據地質情況逐漸調整鉆速及風壓。鉆進過程中經常用測斜儀測定其位置，并根據鉆機鉆進的現(xiàn)象及時判斷成孔質量，并及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的事故。認真作好鉆進過程的原始 記錄，及時對孔口巖屑進行地質判斷、描述。作為開挖洞身的地質預探預報，作為指導洞身開挖的依據。 ⑷ 清孔驗孔 用高壓氣從孔底向孔口清理鉆渣；用經緯儀、測斜儀等檢測孔深，傾角，外插角。 ⑸ 安裝管棚鋼管 鋼管采用絲扣連接，棚管四周鉆φ 8mm 出漿孔管頭焊成圓錐形，便于入孔。棚管頂進采用大孔引導和棚管機鉆進相結合的工藝，然后可用 10t 以上卷揚機配合滑輪組反壓頂進；也可利用鉆機的沖擊力和推力低速頂進鋼管。 接長鋼管應滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應前后錯開。同 一橫斷面內的接頭數不大于 50%，相鄰鋼管接頭至少錯開 1 m。 ⑹ 注漿 采用 1∶ 1 水泥砂漿；用 KBY50/70 液壓注漿機將水泥漿注入管棚鋼管內，初壓 MPa～ MPa，終壓 2 MPa，持壓 15 min 后停止注漿。 注漿量一般為鉆孔圓柱體的 倍，若注漿量超限，未達到壓力要求，應調整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質量 標準 ，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，方可終止注漿。 注漿結束后及時清除管內漿液，并用 30水泥砂漿充填，增強管棚的剛度和強度。 大管棚施工工藝見圖 610。 28 圖 610 大管棚施工工藝流程圖 超前小導管 超前小導管注漿預支護，采用φ 42mm 鋼管制作，導管長 9m，環(huán)向間距 30cm 并與大管棚交錯布置，傾角 5~8176。（不包括路線縱坡），管心與襯砌設計外廓線間距為 50cm。 導管進入煤層底板不小于 2m，若不能進入煤層底板則小導管的水平超前距為 1m。 ⑴ 施工方法 采用 YT28 風動鑿巖機施鉆，安裝超前φ 42mm 小導管，并與鋼架焊接固定，KBY50/70 雙液注漿泵進行注漿作業(yè)。預注水泥、水玻璃雙液注漿加固圍巖并止水，漿液中摻入 HGA 型灌漿料。 施工工藝 制作鋼花管：φ 42mm 超前小導管在構件加工廠制作。前端做成尖錐形，尾部焊接φ 8mm 鋼筋加勁箍，管壁上每隔 15cm 交錯布置注漿孔，孔眼直徑為 6～ 8mm。小導管加工見圖 611。 管棚參數設計 開挖管棚工作室 搭設鉆孔平臺 /安裝鉆機 測定孔位 鉆孔 /接長鉆桿 安裝管棚鋼管 鉆桿分節(jié)退出卸下 桿接長準備 鋼管內外注漿 拱部開挖 /架設鋼拱架 注漿固結圍巖 安裝管棚鋼筋籠 29 圖 611 注漿小導管加工圖 小導管安裝：采用風動鑿巖機鉆孔后，將小導管按設計要求插入孔中，圍巖軟弱地段用游錘或鑿巖機直接將小導管從格柵中部打入，外露端支撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預支護體系。 注漿：注漿設備采用 KBY50/70 注漿泵，注水泥、水玻璃雙液漿。水玻璃濃度為35Be′，注漿壓力在土層中壓注水泥漿時，壓力不小于 2MPa，其余地段注漿壓力不小于1MPa。注漿前先噴射混凝土 5～ 10cm封閉掌子面作止?jié){盤，當單孔注漿量達到設計壓力時，可以結束注漿。注漿參數應根據注漿試驗結果及現(xiàn)場 情況調整。注漿作業(yè)中認真填寫注漿記錄，隨時分析和改進，并注意觀察施工支護工作面的狀態(tài)，試挖掌子面，無明顯滲水時，即可進行開挖作業(yè)。 R25N 自進式錨桿 R25N 自進式錨桿每根長 9m，若不能進入煤層底板則其水平超前距為 1m，施工要求： ⑴ 錨桿環(huán)向間距為 20~30 cm； ⑵ 管心與襯砌設計外廓線間距為 30cm； ⑶ 傾角：仰角 3~5176。 (不包括路線縱坡 )； ⑷ 施工誤差：徑向 不大于 20 cm； 7 防突措施效果檢驗 防突措施實施后必須進行措施效果檢驗，以確認防突措施是否有效。 防突措施效果檢驗指標 采用鉆屑瓦斯解吸指標 K1 值 ，防突措施效果檢驗指標臨界值參照突出預測指標臨界值。 檢驗孔孔數不得少于 5 個，分別位于石門的上部、中部、下部和兩側。 檢驗孔布置方法：效果檢驗孔應 置于所在部位防突措施孔密度相對較小、孔間距相對較大的位置，并遠離周圍的各防突措施鉆孔或盡可能與個防突措施孔保持等距離，在地質構造復雜地帶應根據情況適當增加檢驗鉆孔。 如檢驗結果的各項指標都在突出危險臨界值以下，則認為措施 有效；反之，認為措施無效，必須采取補救措施，補救措施視具體情況而定，再進行效果檢驗。直到措施有效，方可放炮揭煤。 50cm 15cm42mm普通焊管Ф8mm加勁箍φ φ 42mm 鋼管 30 另外，輔助措施效果檢驗指標可參考抽放鉆孔瓦斯抽放率是否達到有效抽放率 η以上和煤層殘余瓦斯含量是否降低到 W 殘 =8m3/t 以下。 8 安全防護措施 為防止突出預測失誤或防突措施失效而發(fā)生的突出，在隧道揭穿煤層的整個施工階段，都必須采用安全防護措施。安全防護措施包括隧道揭穿煤層時的遠距離放炮、避難所和壓風自救系統(tǒng)以及揭煤施工避災路線等內容。 放炮揭開和穿過煤層 在采取有效的防突措施，并經措施效果檢 驗，經相關技術人員確認無突出危險時，可采用遠距離放炮揭開煤層。遠距離放炮比震動放炮可以少打眼、少裝藥，其他安全要求例如通風系統(tǒng)、停電等相同。遠距離放炮揭煤時，人員必須撤到洞外。 避難所 避難所設在離工作面的第二個橫通道中或者在距揭煤工作面附近施工的硐室內，避難所必須安設向外開啟且封閉嚴密的隔離門，室內凈高不得低于 2m，長度和寬度應根據同時避難的最多人數確定，但每人占用面積不小于 。避難所內支護良好，并設用與洞外地面值班室的直通電話。 避難所必須設有供給新鮮空氣的設施，每人供風量不小于 。如用壓縮空氣供風時，應有減壓裝置及帶閥門的呼吸嘴。 壓風自救系統(tǒng) 在隧道揭煤時，還要設置壓風自救系統(tǒng)，第一組壓風自救器距揭煤工作面 30m，以后每隔 50m設置一組，共設 3 組。壓風自救器隨工作面推進以 50m的間距前移。 每組的壓風自救器數據，根據隧道工作面同時工作的最多人數確定，每人供風量不少于 m3/min。 個體防護 進入瓦斯工區(qū)的人員，必須隨身攜帶自救器。 避災路線 進入揭煤區(qū)域個體人員均參加過防突知識培訓，熟悉避災的各項基本要求。避災路線示意圖見圖 81 所示，避災路線分正洞和平 導兩部分如下： 正洞：工作面→正洞→洞外 平導：工作面→反向通風橫通道→正洞→洞外 31 圖 81 烏蒙山一號隧道揭煤施工避災路線圖 其他 安全防護措施 根據隧道實際施工情況，需采取以下安全技術和安全防護措施： ⑴ 隧道相關施工人員需參加防治突出知識培訓，熟悉煤與瓦斯突出預兆和防治突出的基本知識，以便施工過程中發(fā)現(xiàn)有突出預兆及時匯報并作相應處理； ⑵ 在隧道頂部作業(yè)時，應隨時檢測作業(yè)范圍的瓦 斯?jié)舛?，尤其應注意檢測坍空區(qū)、拱頂、腳手架頂、臺車頂等易于積聚瓦斯的地方，當瓦斯?jié)舛却笥?%時，附近 20m范圍內必須立即停止作業(yè)，撤出人員，切斷電源，進行處理； ⑶ 進入隧道的人員必須在洞口進行登記并 隨身 攜帶個人 隔離式 自救器，嚴禁穿著易于產生靜電的服裝或攜帶火源等進入 隧道 ； ⑷ 洞口、洞口房、通風機房附近 20m 范圍內不得有火源。隧道必須在洞外設置消防水池和消防用砂，水池中應經常保持不小于 200m3 儲水量；隧道內必須設置消防管路系統(tǒng)，并每隔 100m 設置一個閥門；瓦斯作業(yè)區(qū)內應設置滅火器及消防設施，并經常保持良好狀態(tài)。 ⑸ 電氣設備著火時，應先切斷電源；不能直接滅火時，必須設置防火墻封閉嚴密；如瓦斯爆炸引起火災時，不得停風，但應控制風量。 ⑻ 在揭煤過程中應加強支護，若發(fā)生坍塌，應對坍方上方聚積的瓦斯應設置局部通風排除；對坍方地段的巖隙應加強監(jiān)測工作，掌握瓦斯涌出變化，及時發(fā)出險情報告；坍方地段應盡快襯砌，封閉瓦斯。 9 隧道石門揭煤施工 隧道揭煤開挖方式 平導揭煤開挖方式 平導在煤系地層中的Ⅴ級圍巖加強支護時， 最大開挖斷面寬 ，高 ，開挖 32 斷面 。為了減少全斷面一次開挖時煤與瓦斯突出危險性，平導在揭煤地段采用分步開挖，即分為上下兩個臺階，上部臺階超前下部臺階。 平導采用全斷面開挖至在距煤層法距不小于 7m處，并把平導開挖掌子面刷成斜面，使之與所揭煤層頂板層面平行。在距煤層法距不小于 3m 處采用上下臺階法施工，上部臺階斷面為開挖輪廓線最上部開挖點向下 3m 范圍的圓弧形斷面，上部臺階Ⅰ部的開挖斷面（垂面）約 S=，下部臺階Ⅱ部開挖斷面（垂面） S=，平導揭煤開挖方式示意圖如圖 91 所示。之后只開挖上部臺階，直至揭開煤層并進入煤層底板不小于 5m后再進行下部臺階的開挖及揭煤。 ⅠS=18 . 5m2ⅡS=4 . 26m2軌頂面 （ a） 33 ⅠS=2 ⅡS=2開挖上部輪廓邊