王 強，安亞昆

1.中煤科工集團沈陽研究院，遼寧沈陽 110015

2.東北煤田地質局一0七勘探隊，遼寧阜新 123000

隨著我國社會的發(fā)展，瓦斯隧道工程數(shù)目不斷增多，由于瓦斯隧道手工中地質勘探階段面臨諸多局限因素，因而隧道開挖中并不能完全掌握應了解的信息，由于前方瓦斯量不明，開挖過程中經(jīng)常要面對涌出或者超限的問題。而妨礙正常的施工和生產(chǎn)。同時一旦這種情況嚴重就會造成重大的瓦斯爆炸，危害工人的人身安全和設備的重大損失。雖然瓦斯隧道在開挖之前會進行一定程度的勘測，但是在瓦斯隧道的實際施工開挖中，所面對的實際情況與勘測結果往往是存在偏差的，因而，在開挖瓦斯隧道之前一定要先進行詳細的勘測在進行挖掘，以便提前預防，保證瓦斯隧道能夠安全的施工和生產(chǎn)。

鑒于此，下面詳細的介紹超前鉆探預報預測技術在董家山和龍溪兩座高瓦斯隧道中的應用，以期能夠提高預防預測技術在瓦斯隧道中的應用，加強瓦斯隧道的安全性。

1 超前地質預測的方法

當前，隧道勘測中常用的預測方法是物探法、地質編錄法以及鉆探法。

地質編錄法主要是通過分析和搜集隧道開挖中開挖段巖石的變形與破裂以及周圍巖石的相關資料和工程所處的地質環(huán)境等資料，并對其進行歸納總結，然對這些資料進行詳細的分析和研究，從而預測可能出現(xiàn)的問題，做好預防措施。

物探法利用了電磁波在巖石中的傳播或者地震波在巖石中的傳播等特點，來預測前方斷層、破碎帶

柱以及軟巖等不良地質的位置和規(guī)模，對含水量豐富的地段以及老窖等的地點進行預測，另一方面也掌握了煤層、砂巖的成分等信息。

鉆探法是在施工過程中對前面巖石結構進行探查的一種方法，這種方法具有兩方面的優(yōu)點，一是能夠準確的了解掌子面前方出現(xiàn)的斷層破碎帶、軟巖和巖溶陷落柱等偏差地質的具體的情況；二是能夠預排放煤巖體瓦斯和巖溶水，從而有效的保證隧道開挖的安全性。

2 超前鉆探預報法在瓦斯隧道的鉆孔布置

超前鉆探預報技術是依據(jù)地質條件，鉆孔的長度和鉆孔的數(shù)量不盡相同。其中在塌方地段，一般采用12m以上24m以下的密集型鉆孔以及30m～50m之間的長孔鉆相互配合進行鉆探。至于短鉆孔的重點，需要特備加強對隧道開挖輪廓線以外3m～6m的處理，中長鉆孔的控制點主要是在隧道開挖線輪廓線以外的8m，其中保證每一循環(huán)之間有15m以上的安全距離。其中鉆孔需要經(jīng)過塌方虛渣體與老窯的采空區(qū)。一般淶水出現(xiàn)在破碎質區(qū)域，一般在30m～50m左右，其中鉆孔的終點距離隧道初始地方輪廓線之外的8m，其中保證每一循環(huán)之間有15m以上的安全長度。假如破碎地質段不大，理論上說，在鉆孔的施工過程中要了解該區(qū)域的地質資料。

在巖層良好的地段，也是30m～50m的中長鉆進行鉆孔，控制鉆孔的終點在隧道開始地段以外的8m，在每一循環(huán)之間必須保證有不少于15m的安全距離。對于那些存在瓦斯和煤的危險地段，通常是使用50m～80m的長鉆孔和30m～50m的中長鉆結合的方法進行施工，在這個過程中要重點掌握瓦斯的參數(shù)以及巖溶水的具體資料。

3 超前鉆探技術在瓦斯隧道工程中的應用

3.1 超前鉆探預報預測技術在坍方墟渣體地段

3.1.1 董家山瓦斯隧道鉆孔的布置

此地段隧道的進入口右線K14+855～+877曾經(jīng)出現(xiàn)過重大的瓦斯爆炸事故，且出現(xiàn)大量的瓦斯。使用TSP與地質雷達來進行預測，出現(xiàn)的結果為右線塌方的塌腔最高限度為32m，縱向長度是17m。其中塌方坍方區(qū)域出現(xiàn)過兩個循環(huán)的鉆探，這兩個循環(huán)總共施工10mm較多的短鉆孔，其中兩個循環(huán)中短鉆孔共85個，鉆孔的85個，每一個鉆孔的長度通常四9m～22m。而60mm的中長鉆孔都在長度在30m～35m，之間，而一共5個，其中第一循環(huán)的施工中100mm密集的短鉆孔是40個，鉆孔的長度是9m～22m；60mm的中長鉆孔是5個 ；而第二循環(huán)中100mm密集短鉆孔是45個，鉆孔長度在16m～22m之間，沒有中長鉆孔。

3.1.2 董家山瓦斯隧道的塌腔空洞和瓦斯預報預測

位于董家山隧道的進口右線K14+855～+877的地方，第一循環(huán)鉆孔鉆探流程中出現(xiàn)7個鉆孔，其大小是在3.9m～6.0m之間，待進入塌腔空洞之后，第二循環(huán)中又有4個鉆孔，分別為鉆井施工到5.8m～6.9m時，此時已經(jīng)進入塌方空洞中。根據(jù)了解的信息，推算出隧道中掌子面拱頂40度的范圍內有坍方空洞，其空洞的直徑是6.9m左右，空洞具體位于隧道相距開挖線1.17m～1.80m的地方，縱向的深度在24m以上。超前鉆孔完工之后，測定了塌方空腔的瓦斯壓力和流量，通過對兩個循環(huán)中85個鉆孔瓦斯壓力的預測，得到的結果是在超前預測的地方?jīng)]有瓦斯承壓，全部孔的瓦斯流量是零，從而證明瓦斯已經(jīng)全部釋放，坍塌的空洞中沒有積存瓦斯，從而判斷出超前預測區(qū)沒有瓦斯富集，說明在開挖的過程中不會出現(xiàn)瓦斯異常涌出的現(xiàn)象。

通過這地質雷達等物探方法進行比較可以得出，超前鉆探預測技術能夠更加有效精確的測定塌方的位置和塌方總腔體的瓦斯的分布和存量情況，從而采取有效的預防措施指導塌方地段的施工，以此保證開挖的安全性。

3.2 在地層完好地段

3.2.1 龍溪隧道鉆孔布置

由于龍溪隧道的絕大部分巖層是砂巖和薄層碳質泥巖，其巖層比較完整，巖石的層理比較的清晰，但是存在地應力比較高能夠大袋9.5MPa ～26MPa，裂隙發(fā)育的情況。根據(jù)前期開挖的收集的資料，進行了超前鉆探預報。龍溪隧道進行了36個循環(huán)超前鉆探，其中有31個事掌子面段的，5個事地震塌方地段；鉆孔一共有159個，掌子面有139個，20個事屬于地震塌方地段的；鉆孔的總長度是11119m，掌子面的長度是10256m，地震塌方段的長度是863m。

3.2.2 預報技術在龍溪瓦斯隧道的應用

首先預估掌子面139個鉆孔承受瓦斯的壓力。以及流量、流量衰減系數(shù)和鉆孔瓦斯?jié)舛鹊?，這樣來計算預測出隧道在施工中有可能會出現(xiàn)的瓦斯涌出量。預測結果為其中龍溪隧道的瓦斯壓力是0MPa～0.2MPa；瓦斯流量是每分鐘0.01m3；而流量衰減系數(shù)是0.012～0.029之間。

鉆孔中瓦斯的濃度在20m～45m左右就達到百分之10以上，絕大部分為于50m～80m，直施工完成后通常也只有8%～9%。通過對瓦斯的參數(shù)的超前鉆孔檢測，在施工的之前制定了有效的預防措施，保證了隧道安全。

3.3 在煤和瓦斯突出地段

3.3.1 董家山隧道C合同段鉆孔布置

此隧道C合同區(qū)域進口左線在LK14+878掌子面左側拱角施工鎖腳錨桿過程中發(fā)生了瓦斯噴出現(xiàn)象，同時也出現(xiàn)掌子面左側出現(xiàn)3條大約2m～5m長，2m寬的開裂縫，并在其中一條的末端出現(xiàn)了直徑為10cm的空洞，而空洞中還噴出了黑色的液體以及細小的煤屑和碳質泥沿塊。基于此，對其進行了超前鉆孔預測。超前鉆孔探測一共進行了9個循環(huán)，鉆孔166個，鉆孔的長度一共是7802m。防突措施孔一共是26個，鉆孔的長度達到1327m，效果檢驗孔是5個，長度是256m。

3.3.2 預報技術在董家山隧道C合同段對瓦斯的預測

在對9個循環(huán)進行預估的過程中，所有鉆孔都有瓦斯壓，但是鉆孔過程中出現(xiàn)12個鉆孔夾鉆、頂鉆和噴孔的現(xiàn)象，經(jīng)預測的結果為：瓦斯的壓力是～0.83MPa；瓦斯的流量是零。當鉆孔全部完成之后，24小時間瓦斯的艷麗降到0.1MPa～0.2MPa之間。

通過施工超前鉆孔，不僅僅能夠對煤層瓦斯壓力和瓦斯含量等多種參數(shù)進行了有效的預測，能夠幫助排除煤層中的承壓瓦斯，以此來降低煤層瓦斯壓力，確保了這個隧道的安全，能夠為施工創(chuàng)造相對安全的條件。

4 結論

1）董家山隧道的特大瓦斯爆炸事故出現(xiàn)以后，有關部門及時的采取超前鉆探技術，事先精確的預測出董家山和龍溪兩座高瓦斯隧道處于煤系地層中的沒有被開挖的地段，進而有效的避免了瓦斯爆炸事故的再次出現(xiàn)，確保了工程后續(xù)施工的安全、順利；2）由于超前鉆探預測技報技術能夠煤巖地質以及瓦斯的分布和存量進行預測，能夠對掌子面前方煤巖體瓦斯進行施工作業(yè)之前的預防和排除，大大的提升了瓦斯隧道施工的效率和質量；3）隨著工藝的進步和技術的革新，鉆探機具的各方面性能將得到不斷的提高，超前鉆探預測技術也將被應用到實際的探測和預測中，在實踐和總結過程中，該項技術在未來的隧道施工中定會發(fā)揮更大的作用。

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