浅谈瓦斯隧道揭煤防突的措施

李勇

摘要：煤与瓦斯突出的预防和治理是如何在煤炭富集区域建设交通隧道，与修建铁路时，确保在瓦斯隧道中，安全揭穿煤层的关键。本文主要介绍在隧道中瓦斯的性质和放出形式，并在此基础上以太原至焦作隧道铁路为依据，简单的叙述了当下瓦斯隧道揭煤防突的主要措施，分析了各种措施的适用条件。

关键词：隧道；瓦斯；防突；揭煤

1.瓦斯概述

1.1 瓦斯属性

（1）瓦斯属于无臭、无色气体，主要成分是烷烃，大多是甲烷少数是乙烷、丙烷和丁烷。当瓦斯混合碳化氢或硫化氢时，就会发出类似苹果的香味。瓦斯密度比空气小，对空气的相对密度是0.554，因此瓦斯常常在隧道的上半部分聚集浮动。

（2）瓦斯渗透能力是空气1.6倍，渗透能力强，且不（难）溶于水（20℃溶解度<0.01g），扩散迅速，可以通过岩层中的裂缝从洞室周围的地层扩散至洞室。

（3）瓦斯气能够燃烧，具有可燃性，浓度范围在0%～5%时，遇火可燃，但在火焰外围，产生淡青色、浅蓝色燃烧层，超过16%浓度时，遇火源不燃烧、不爆炸，但在新鲜空气中，遇火可燃烧。

（4）瓦斯在爆炸条件下会爆炸，在空气中瓦斯的浓度是5%～16%范围内，瓦斯遇火会发生爆炸，在浓度是9.5%时，爆炸的威力最大（此时氧气与瓦斯气体完全反应）。

1.2 放出形式

1.2.1瓦斯普通涌出。

地层中的空隙，给瓦斯涌出提供了条件，其可缓慢、持久散发，涌出煤（岩）层露出的表面上，有时带有一种嘶嘶声。

1.2.2瓦斯的特殊涌出。

挖开煤（岩）层中空洞，其中含有的大量瓦斯在很短时间内突然涌出或拌有煤粉、煤块的瓦斯涌出。

1.2.3瓦斯的喷出。

在压力状态下，大量瓦斯从煤（岩）层裂缝中喷涌而出，喷出时间长短不一，经常伴随着破碎声、嘶嘶声和吹哨声，有发生爆炸隐患，以及窒息死亡风险。

1.2.4瓦斯突出。

受压力作用影响，瓦斯会短时间大量喷出，含瓦斯煤岩体呈粉碎状从煤层向采掘部位移动，且会抛出大量煤粉和岩块。瓦斯突出一般会有预兆，分为无声和有声两种，无声预兆为煤质地变得松软，颜色由亮色变成黑色，失去光泽；地层的压力变大，煤层顶、底板出现断裂，支撑被挤压导致变形，煤坑墙壁被挤出、塌陷；气温下降，发冷感觉明显，能嗅到臭味、酸味或酒味；有声预兆为出现响声，如：爆炸声、闷雷声、深处的煤炭或岩石破裂声、支柱折断声。

2.揭煤防突措施

瓦斯特殊涌出危险性大，尤其煤、瓦斯突出现象，为降低施工安全隐患，加强预防性措施处理煤层采区尤为关键，为消除减少危险煤层的危险性，可先释放部分瓦斯特殊涌能量。常用预防措施包括超前支架、震动性放炮，以及多排钻孔、水力冲孔、超前钻孔等，如下所示。

2.1放炮

震動性放炮措施，是诱导瓦斯特殊涌出的方法，可以减少人身伤亡事故的发生，基本做法如下，首先尽可能多的钻炮眼，其次在掘进工作面尽可能多的装炸药，确保一次爆炸操作，可将煤层全面暴露，震动性放炮也是利用震动，人为诱导出瓦斯特殊涌出的方法。

基于煤层瓦斯角度分析，唯有压力小于1MPa时才达到震动性放炮要求，当压力超过1MPa，需要采取先钻孔、排瓦斯的措施，或是其他降压的方式，将压力下降至1MPa以内，才可以施以震动性放炮预防煤与瓦斯突出。

2.1.1 震动性放炮的设计参数

（3）密度。通常隧道底端的炮眼密度，通常会超过顶部，同时周边密度，应当比中部密度大。

（4）深度。通常情况下，炮眼深度应是待揭开岩层厚度、煤层厚度的和，炮眼底部、煤层间隔0.15m左右的距离。如果钻眼时出现了偏差，可以在看到煤层后停止钻进，填充眼底炮泥0.1～0.2mm，要求装药后的炮眼，应当被炮泥填满。

2.1.2注意事项

（1）爆破前，合理设计网路，了解各器械的性能，确保匹配度，确保爆破顺利进行，不距爆、不盲炮。

（2）爆破前检查通风设施。

（3）要在洞室内进行放炮的发爆工作。

（4）做好容易引起塌方部位，如隧道顶部，应当加强支护，针对于放炮后，弱煤层爆炸，引起的强煤层突出问题，应当加强突出清除。

2.2 超前支护

本次隧道揭煤施工中，采用超前支护的方法是为了防止薄～中薄层煤层坍塌，减小爆破中瓦斯堆积，增强隧道支撑防护，预防煤炭坍塌造成的瓦斯特殊涌出。在掘进工作中，距煤层2m时，在石门两侧、上部，应打两排42～50mm直径、相距200～270mm的钻孔，在穿透煤层，与距顶板0.3m的钻孔内，插入42～50mm的直径钢管，利用初期支护钢拱架固定钢管尾部，再一次放炮穿透煤层。

超前支护使用：

（1）要求煤质松软，瓦斯压力、地应力不大，同时适用于急倾斜，或是突出强度低、突出危险性小等特征的薄煤层、中厚煤层。

（2）对于倾斜或缓倾斜煤层的效果不理想，究其原因与缓倾斜、倾斜煤层，其骨架长、较弯曲，超前支护效果并不理想，煤体移位预防突出作用相对欠缺。

（3）对于瓦斯压力、地应力相对强大的区域，应先将煤体内应力、瓦斯紧张状态消除或调整煤，避免超前支护效果并不理想。

2.3 水力冲孔

水力冲孔是提前通过高压水枪，对岩柱内侧煤层进行冲刷，揭露人为空洞，消散煤体局部压力，并排出定量瓦斯达到预防突出的目的，其优点是用钻孔诱导突出，将具有危险性的大突出，通过钻孔等措施，转换为小突出，将危险性大的破坏性突出，通过合理措施，转变为可控的安全突出，同时预先释放瓦斯、媒体潜能。

2.3.1 使用条件

（1）使用范围广，不受煤层倾斜度、厚度影响，各煤层厚度、倾斜程度都将适用。

（2）危险性较高的煤层，如潜力大、瓦斯浓度大、瓦斯压力高、煤质软的煤层。

（3）稳定性好，打钻进到煤层时就能喷孔，同时还不会导致排煤水管的堵塞。

（4）水力冲孔与超前钻孔比较而言，优势是冲出较多煤量，煤体卸压效果理想、瓦斯可充分排放，但施工难度大、工艺繁琐等弊端不能忽视。

2.3.2 常用的技术措施

（1）开始之前，先预留4m的安全岩柱

（2）布置多个水力钻孔眼在距煤层4米的石门工作面，并考虑三个危险区，分别为石门顶部以上9m，左右7m，下面5m。（3）使用高压水冲击孔眼，按顺序自上而下依次进行，一般的水压为4～5MPa。同时可以压入泥浆来增加煤体的强度，预防揭煤时顶出现坍塌。

（3）导洞预留在石门两侧，留有2m左右岩柱，避免震动放炮带来的安全隐患。

2.4 多排钻孔分析

多排钻孔也是预防煤、瓦斯突出的措施，主要指挖煤隧道中，在揭煤前，借助煤体打钻孔方法，释放煤体瓦斯，又因所需钻孔数量多，且为多排，所以称为多排钻孔。

多排钻孔是针对煤体和瓦斯突出都有高危险性的煤层的防突办法，具体是与煤层垂直距离6m左右时，停止挖掘，倾斜于危险突出煤层，在周边尽可能多的打孔，钻孔直径方面，通常控制为42～50mm，为了控制瓦斯的排放范围为隧道周边4～7m，周边所有要打的孔打在隧道周围2～3m。如此一来，对于突出危险性大、强度大、有足够卸压，以及足够范围排放瓦斯的煤体，才能获得理想成效，确保揭煤时突出有效预防。同时应在隧道断面内，布置多个测压孔，在钻孔排放前，检查瓦斯释放的安全程度。同时，在钻孔中间的应该是测压孔的见煤点和终孔点。

多排钻孔的适用条件：

（1）使用范围广泛，不受煤层倾角、厚度影响，各类型突出煤层都能够使用。

（2）基于普通突出煤层，或是超过7MPa瓦斯压力的煤层，都能取得良好的防突效果。

2.5 超前钻孔

按照煤炭系统施工技术要求，穿过特厚煤层的隧道，遇到突出危险煤层，应采取超前钻孔施工，确保掘进安全性。它是始终保持足够数量的大直径超前钻孔在工作面前方的煤体中，保证减少突出的发生。有卸压带、正常应力带、集中应力带的工作面；卸压带相对靠近工作面，属于预防突出防护带，此时瓦斯应力、地应力相对较低，3～5m的泄压带，可有效预防突出危险的出现。煤體强度应力分布不均时，会致使围岩移位，导致泄压带缩短，在煤壁周围1.5m左右处，会形成瓦斯压力大，同时应力高的区域。当煤体不稳定，脆弱度被工作面施工破坏造成煤与瓦斯冲突。由上可知，超前钻孔是通过超前钻孔，人为维持泄压带，确保工作区域内，不会出现高压瓦斯突出危险。

超前钻孔预防突出效果理想，属于局部防突措施，在以下情况适用超前钻孔：

（1）危险性一般的煤层，如：厚度角度一般的突出危险煤层，虽然严重但仍保持正常进出的煤层。

（2）透气性能好的煤层，有效影响半径大于0.7m

（3）相比于其他措施，地质构造和煤层变化地带适应性好。

2.6松动爆破

深孔松动爆破方法，属于借助深炮孔，借用炸药的力量，使得钻孔周围煤体产生裂缝、松动，便于延长泄压带达到卸压、排放瓦斯的目的。可以看出深孔松动爆破是一种装药爆破，形成长卸压带的诱导突出措施。为了解决煤质软硬不均匀分布的问题，形成有效通道释放瓦斯，避免瓦斯突出危险发生，深孔松动爆破时在周围形成一个50～180mm半径的破碎圈。

3.结束语

煤与瓦斯冲突是复杂的力学与结构的动力问题，包含了许多地应力、煤的结构形成，力学性质综合作用。其实，在实际的瓦斯隧道施工过程中，不会单独采用一种防突法法，而会将多种方法联合使用来实现预期目的和结果。但无论是综合使用，或是单独使用，都要考虑质量、成本等方面的问题，勤监测、强通风、弱爆破与快喷锚等措施合理实施，利用实惠快速的方案来达到目的。

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