廖文濤
【摘 要】山區(qū)公路隧道過(guò)煤系地層是公路建設(shè)的控制性工程。煤層中瓦斯的存在,限制了隧道施工進(jìn)度,施工難度大,周期較長(zhǎng)。因此,解決煤層瓦斯帶來(lái)的威脅,是隧道施工的重點(diǎn)。本文通過(guò)合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)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(guān)鍵詞】隧道;瓦斯;突出煤層;通風(fēng)
0 引言
近年來(lái),國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施不斷加大投入和西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,高等級(jí)公路在西南地區(qū)發(fā)展迅猛。但該區(qū)域多為山區(qū),地形復(fù)雜。公路隧道和橋梁的建設(shè)是西南山區(qū)高速公路建設(shè)的關(guān)鍵,建設(shè)難度大,耗資大,施工周期長(zhǎng)。特別是過(guò)煤系地層時(shí),由于煤層瓦斯的存在,在隧道通風(fēng)、安全等提出了新的要求[1]。
隧道施工過(guò)程中,瓦斯爆炸事故時(shí)有發(fā)生,帶來(lái)人員和經(jīng)濟(jì)的巨大損失[2]。在隧道過(guò)突出煤系地層施工過(guò)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(wèn)題,而解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵就是合理的通風(fēng)系統(tǒng)。同時(shí),加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控,對(duì)隧道進(jìn)行全面的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)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(shì)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(duì)最大高差約417m,隧道進(jìn)口端坡度較陡,出口端坡度平緩。隧道分為左、右幅隧道。
根據(jù)地勘報(bào)告,隧道施工范圍內(nèi)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(nèi)呈“U”形態(tài)且隧道為左、右兩幅,因此,隧道施工共需要揭煤次數(shù)多。開(kāi)挖隧道與過(guò)煤層情況見(jiàn)圖1。根據(jù)調(diào)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(fēng)系統(tǒng)
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(kāi)挖要進(jìn)行爆破作業(yè),必然存在一定量的有毒有害氣體。根據(jù)隧道的實(shí)際情況,隧道內(nèi)各有毒有害氣體的容許濃度定為:
由于隧道內(nèi)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(xiǎn)。降低瓦斯?jié)舛炔⒖刂圃谕咚節(jié)舛仍?.5%以下是確保施工快速、安全的重要條件,而加強(qiáng)通風(fēng)是稀釋瓦斯?jié)舛鹊淖钣行?、最快捷的途徑?/p>
2.2 隧道需風(fēng)量
隧道采用機(jī)械通風(fēng).必須滿足洞內(nèi)各作業(yè)點(diǎn)所需的最大風(fēng)量、風(fēng)壓。風(fēng)量按每人每分鐘供應(yīng)4m3/ min的新鮮空氣計(jì)算,采用內(nèi)燃機(jī)械作業(yè)時(shí),1kw供風(fēng)量不宜小于3m3/min。風(fēng)速在全斷面開(kāi)挖時(shí)不應(yīng)小于0.5m/s。
1)滿足安全生產(chǎn)的用風(fēng)量計(jì)算
(1)按單個(gè)掘進(jìn)工作面最大班作業(yè)人數(shù)計(jì)算得Q人=174m3/min=2.9m3/s。
(2)按將瓦斯?jié)舛认♂尩?.5%以下風(fēng)量計(jì)算得Q=141.97m3/min
(3)隧道燃油用風(fēng)量計(jì)算得:Q無(wú)軌總=355.97m3/min=5.93m3/s
因此,滿足安全生產(chǎn)用風(fēng)量的最大值為355.97m3/min(5.93m3/s)。
2)以隧道中最低風(fēng)速計(jì)算風(fēng)量
參照相關(guān)行業(yè)規(guī)范[3-4],綜合考慮取隧道施工中防止瓦斯集聚的風(fēng)速不得小于0.5m/s,計(jì)算風(fēng)量的最大值為 1968m3/min (32.8m3/s)。
3)按稀釋和排炮煙所需風(fēng)量計(jì)算得最大值為983.6m3/min(16.4m3/s)。
根據(jù)公路隧道施工的實(shí)際情況,既要解決隧道安全生產(chǎn)的最低用風(fēng)量,又要為處理瓦斯分層、消除隧道頂部瓦斯聚積隱患創(chuàng)造必要條件,同時(shí)考慮隧道斷面大這一實(shí)際困難。按照最低風(fēng)速要求計(jì)算的需要風(fēng)量最大,故隧道所需風(fēng)量為1968m3/min(32.8m3/s)(按照最低風(fēng)速0.5m/s計(jì)算)。
2.3 風(fēng)機(jī)選擇和通風(fēng)系統(tǒng)
2.3.1 風(fēng)機(jī)選擇
隧道所需風(fēng)量為1968m3/min,以此為依據(jù)選擇合適的風(fēng)機(jī)。在隧道進(jìn)、出口端的左、右幅洞口外30m各安裝SDDY一ⅡNo12.5A型對(duì)旋軸流式風(fēng)機(jī)2臺(tái)(1臺(tái)工作,1臺(tái)備用),共計(jì)8臺(tái),通風(fēng)機(jī)采用風(fēng)筒壓入式向隧道內(nèi)通風(fēng),風(fēng)筒直徑1.5m,風(fēng)機(jī)功率2×115kw,轉(zhuǎn)速980r/min及1480r/min兩速,風(fēng)量135000—90000m3/h;全壓2650-6000pa。
鑒于隧道停風(fēng)后瓦斯等有害氣體增加趨勢(shì)明顯,故采用24小時(shí)不間斷通風(fēng)。按照隧道內(nèi)回風(fēng)流中的最低風(fēng)速0.5m/s計(jì)算,由此選擇的風(fēng)機(jī)配備的送風(fēng)風(fēng)筒承受的壓力合理,風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速比較適中,通風(fēng)管理容易。
2.3.2 通風(fēng)方式
該隧道單個(gè)掘進(jìn)工作面最長(zhǎng)通風(fēng)距離約為950m,則單個(gè)掘進(jìn)工作面的通風(fēng)如下:左幅隧道進(jìn)、出口2個(gè)相向掘進(jìn)頭均采用壓入式獨(dú)頭通風(fēng),為了滿足隧道快速掘進(jìn)的要求,在隧道單個(gè)掘進(jìn)工作面增加射流風(fēng)機(jī)2臺(tái),以快速排出隧道瓦斯的通風(fēng)方式;同理,右幅隧道進(jìn)、出口2個(gè)相向掘進(jìn)頭通風(fēng)方式相同。風(fēng)機(jī)布置平剖面圖見(jiàn)圖2、圖3。
壓入式通風(fēng)開(kāi)挖工作面需風(fēng)量和回風(fēng)量均由洞外軸流風(fēng)機(jī)提供,射流風(fēng)機(jī)起洞內(nèi)外調(diào)壓作用。由于隧道過(guò)突出煤系(下轉(zhuǎn)第171頁(yè))(上接第165頁(yè))地層施工的特殊性,在適當(dāng)位置處施工連接左右隧道的連通橫道,設(shè)置避難硐室、風(fēng)門(mén)等設(shè)施。如有必要時(shí),可打開(kāi)風(fēng)門(mén)作為巷道式通風(fēng)的回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷。在隧道內(nèi)每隔一定距離設(shè)置測(cè)風(fēng)站,用于測(cè)量風(fēng)速、溫度、濕度、CH4、CO2等參數(shù)。
3 結(jié)論
實(shí)踐表明,根據(jù)隧道實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造、煤層瓦斯賦存情況、機(jī)械設(shè)備情況,該隧道在施工過(guò)程中采用了上述的通風(fēng)方式,解決了瓦斯積聚、超限問(wèn)題,提高了隧道施工進(jìn)度。
(1)通過(guò)計(jì)算、比較,以隧道中最低風(fēng)速計(jì)算風(fēng)量的最大值1968m3/min(32.8m3/s)作為隧道通風(fēng)設(shè)施設(shè)備的選型計(jì)算,是合理的。
(2)施工期間,隧道內(nèi)加強(qiáng)了風(fēng)流流動(dòng),加快瓦斯排放的能力,稀釋瓦斯并防止局部積聚;開(kāi)挖、支護(hù)強(qiáng)調(diào)短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測(cè)、強(qiáng)通風(fēng),采用上下臺(tái)階法分部開(kāi)挖,隧道施工安全可靠。
【參考文獻(xiàn)】
[1]黃成光.公路隧道施工[M].北京:科學(xué)出版社,2002,1-5.
[2]張民慶.鐵路瓦斯隧道安全設(shè)計(jì)、施工與管理[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2012,25-31.
[3]鐵道部.《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》TB10120-2002,J160-2002[Z].
[4]交通部.《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》JTG F60-2009[Z].
[責(zé)任編輯:朱麗娜]endprint