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【摘 要】瓦斯隧道煤窑采空区的施工需要非常的谨慎，因为瓦斯和煤矿都属于易燃易爆物质，在遇到隧道施工需经过瓦斯煤窑的时候，需要掌握科学合理的施工技术。本文将从以下几个方面来分析瓦斯隧道煤窑采空区处理施工技术。
【关键词】瓦斯；隧道；煤窑；采空区；施工
Study on Construction Technology and preventive measures goaf gas tunnel coal mines
Wang Zhi-shen
（China Coal Energy Co.， the fifth construction project at the forty-ninth Handan Hebei 056003）
【Abstract】Gas Tunnel Construction gob coal mines need to be very cautious， because gas and coal are all flammable and explosive substances， in the face of the tunnel construction subject to gas coal mines， the need to have a scientific and rational construction technology. This paper will analyze the following aspects coal mine gas tunnel construction technology Gob treatment.
【Key words】Gas；Tunnels；Coal mines；Gob；Construction
1. 前言
近年来，我国对瓦斯隧道煤窑采空区处理施工技术较为重视，究其原因，还是因为瓦斯煤窑采空区属于危险地质，隧道施工中遇到这种地质就需要采取特殊的施工技术，因此，研究其施工技术很有意义。
2. 瓦斯隧道施工的分级和预测
2.1 分级。
2.1.1 根据瓦斯隧道的地质资料及工程具体情况，根据瓦斯隧道不同地段的瓦斯涌出量和压力情况，施工中可分为非瓦斯工区、一般瓦斯工区、严重瓦斯工区、有煤与瓦斯突出危险工区，各工区均应进行瓦斯检测，设置消防设施。严重瓦斯隧道和煤与瓦斯突出危险隧道，除必须采用防爆机械和电气设备外还应配备救护队。
2.1.2 同一施工工区中既有含煤地层也有不含煤地层，不同的地段对封闭瓦斯的要求不同，又可划分为非瓦斯地段以及Ⅲ级（一般瓦斯隧道）、Ⅱ级（严重瓦斯隧道）、I 级（有煤与瓦斯突出隧道）瓦斯地段。
2.2 瓦斯预测。
（1）瓦斯隧道施工前应查阅既有资料了解煤层、瓦斯和天然气的情况，以及瓦斯地质、采空区及压煤量、邻近的煤矿和油气田、气井情况、隧道瓦斯严重程度及对工程的影响等。
（2）瓦斯隧道施工期间，应进行地质复查工作。对于揭露的煤层，应取样复测煤层的瓦斯量和其他有关参数，必要时应钻孔埋管实测瓦斯压力，以及通过通风和瓦斯检测计算全隧道的瓦斯涌出量，根据检测结果核对施工工区和煤系地层的瓦斯等级，必要时应进行修正，同时作修改设计。
3. 开挖及支护
根据现场实际岩层硬度对炮眼个数及装药量适当增减（炮眼个数不得超过5个，装药量不超过3Kg），但炮眼间距及封泥量必须符合要求。
3.1 瓦斯隧道的开挖采用正台阶法，台阶长度根据地质和施工条件而定，一般以长台阶较好，能够尽早形成上部巷道式通风。瓦斯比空气轻，聚集在隧道顶部，隧道开挖爆破必须使用煤矿安全炸药和瞬发电雷管，使用毫秒电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms。
3.2 采取光面爆破，开挖周边力求圆顺，尽量避免尤其是顶部出现凹穴、空洞、死角形成瓦斯积聚。
3.3 开挖后及时进行喷锚支护，封闭围岩、堵塞岩隙，防止瓦斯继续溢出。
3.4 采用带仰拱或加厚铺底的封闭式复合衬砌，初期支护厚度不宜小于15cm，二次衬砌厚度不宜小于40cm，采用气密性混凝土就地灌注，加强捣固，不仅有利于施工安全，也有利于隧道竣工后运营期间的安全。
4. 采空区处理及其上覆岩体变形规律
4.1 处理采空区的方法主要有以下几种：
全部垮落法，即采用垮落采空区的直接顶以充填采空区。
充填采空法，即由地面或井下采集充填料把采空区充填满。全部充填满的方法称为全部充填法，局部充填采空区的方法称为局部充填法。
刀柱管理法，即采空区留煤柱支撑顶板。这种方法在直接顶是坚硬岩层时使用。
缓慢下沉法，即由于顶板自身的挠曲下沉而把采空区闭合。
4.2 煤矿采空区上覆岩体变形的资料分析，采空区上覆岩体变形有如下基本规律：
（1）水平及缓倾斜煤层（0 ～ 250）采空区上覆岩体变形范围较大，在煤层倾向方向及走向变形区呈鞍状，等值变形线平缓。当上覆岩体为软、硬质岩相间时，在岩层面多存在离层裂隙，岩体变形在离层裂隙上下有较剧烈的变化。使用长壁式全部冒落采煤方法开采时，采空区上覆岩层的稳定后，一般形成由上而下的冒落带、裂隙带及整体移动带。这三带并无明显界限，且覆岩体越弱，其冒落带、裂缝带范围越小。
（2）倾斜煤层（250 ～ 500）岩层移动情况与水平和缓倾斜煤层一样，也会出现冒落带、裂缝带和整体移动带。只是由于倾角增大，产生了沿层面的向下移动，使岩层各点的移动偏向下山方向。
（3）急倾斜煤层（>450）岩体变形影响范围较小，变形区在煤层倾向方向呈抛物线形，在走向方向亦呈鞍形。上覆岩石多以整体沿层面滑移为主，在软弱岩体及受构造影响带，可能出现抽冒现象。 5. 施工通风
瓦斯隧道的防爆工作极为重要，而防爆的关键，除了诸如火源不得进洞、采用防爆机械等措施外，主要还是依靠施工通风。通风有两个目的：一是冲淡和稀释瓦斯；二是防止瓦斯在角隅和洞顶滞留。前者主要与风量有关，而后者则与风速有关。
5.1 施工通风原则。采用压入式或巷道式机械通风，严重、有突出危险的工区必须采用巷道式通风；主扇的能力应满足全工区通风的需要；局扇的能力应满足局部的独头巷道通风需要；局扇和主扇的通风应达到洞内工作人员最多时能保证每人每分钟有4m3新鲜空气供应，洞内各开挖面同时放炮，应能保证在30min内通风完毕，使炮烟浓度稀释到规定要求，施工通风的风量应能保证洞内各部位的瓦斯浓度不超过规定浓度，施工通风系统应能每天24h 不停地连续运转。
5.2 防止瓦斯局部聚积措施。在施工过程中，尽管已规定了最小风速的限值，在巷道的转角处、断面形状突变处、较大的超挖或塌方处、洞室内以及洞壁很不平齐部位，仍不可避免地有瓦斯聚积，防止措施：提高光面爆破效果，使巷道壁面尽量平整，达到通风气流顺畅；及时喷混凝土封堵煤（岩）壁面的裂隙和残存的炮眼，减少瓦斯渗入巷道。
6. 施工机械与供配电
6.1 施工机械及电气设备。为解决防爆问题，采用以电力为动力的有轨运输及与其配套的施工机械；进入隧道的施工机械及电气设备应具有防爆或隔爆性能，机具外表应有明显的隔爆检验认可标记，对于普通常用的非隔爆机电设备，则一律严格禁止进入瓦斯隧道内安装使用。
6.2 供配电要求。电源：瓦斯隧道施工用电设备应设有两条回路，当一电源发生故障停止供电时，另一回路仍能担负隧道施工用电的全部负荷。也可建设自备发电站作为备用电源。电压：高压不大于1000V，低压大于380V；电压波动范围：高压为额定值的±5%，低压为额定值的±10%。照明供电：为保证正常工作照明及险情时人员的安全撤出和险情处理，采用单独照明系统，除常规保护外，设高灵敏度可调漏电保护装置，保证防爆要求和人身安全。
7. 施工及防突
7.1 有煤与瓦斯突出隧道应编制实施性施工组织设计，其内容包括预防煤与瓦斯突出和揭煤、过煤等。揭煤施工宜用低爆力震动爆破部分露煤法揭煤。煤巷掘进应采用勤检测、短进尺、弱爆破、强支护、快喷锚的施工措施。
7.2 公路瓦斯隧道掘进过程当中，在掌子面前方及两侧钻孔，探明断层、裂缝及瓦斯的具体情况，并根据探测情况拟定相应对策。防治瓦斯突出宜采用钻孔排放措施，也可采用抽放瓦斯、水力冲孔等措施。采用防突措施后必须进行效果检验，所有指标都应符合要求，否则应采取补救措施。具体的防突措施如下：
（1）当瓦斯量小时，使其自然排放，亦可用风管将瓦斯引到距掌子面20m以外的范围，以保证掌子面开挖放炮的安全；当瓦斯量大、喷出强度大、持续时间长时，则可插管排放。
（2）在裂隙小、瓦斯量小时，可用黏土水泥浆或其他材料堵塞裂隙，防止瓦斯喷出。
（3）在掌子面前方接近煤层2m左右，向煤层打若干直径75mm～300mm的超前钻孔排放瓦斯，钻孔周围形成卸压带，使集中应力移向煤体深部，达到防止突出的目的。
（4）水力冲孔：在开挖前，用高压水在突出危险的煤层中，冲出若干直径较大的孔洞，使瓦斯吸解和排放，降低煤层瓦斯量和压力。
（5）震动性放炮诱导突出：在掌子面布置较多的炮眼并装较多的炸药，撤出人员后远距离起爆，利用爆破时强大的震动力一次揭开具有突出危险的煤层。
8. 结束语
今后隧道施工中遇到瓦斯煤窑地质的时候，需要我们的施工队伍对这种地质进行严格的勘测，然后采取可行的措施进行施工，保证施工的质量。
参考文献
[1] 刘辉，冉平，陈文胜.公路瓦斯隧道施工技术探讨[J].西部探矿工程.2006（10）.
[2] 梁东，廖振芳.铁路客运专线红石岩瓦斯隧道施工对策[J].隧道建设.2007（S1）.
[3] 宋瑞英.瓦斯隧道煤系地层防排水施工技术[J].铁道建筑技术.2007（S1）.
[文章编号]1006-7619（2014）02-17-057
【关键词】瓦斯；隧道；煤窑；采空区；施工
Study on Construction Technology and preventive measures goaf gas tunnel coal mines
Wang Zhi-shen
（China Coal Energy Co.， the fifth construction project at the forty-ninth Handan Hebei 056003）
【Abstract】Gas Tunnel Construction gob coal mines need to be very cautious， because gas and coal are all flammable and explosive substances， in the face of the tunnel construction subject to gas coal mines， the need to have a scientific and rational construction technology. This paper will analyze the following aspects coal mine gas tunnel construction technology Gob treatment.
【Key words】Gas；Tunnels；Coal mines；Gob；Construction
1. 前言
近年来，我国对瓦斯隧道煤窑采空区处理施工技术较为重视，究其原因，还是因为瓦斯煤窑采空区属于危险地质，隧道施工中遇到这种地质就需要采取特殊的施工技术，因此，研究其施工技术很有意义。
2. 瓦斯隧道施工的分级和预测
2.1 分级。
2.1.1 根据瓦斯隧道的地质资料及工程具体情况，根据瓦斯隧道不同地段的瓦斯涌出量和压力情况，施工中可分为非瓦斯工区、一般瓦斯工区、严重瓦斯工区、有煤与瓦斯突出危险工区，各工区均应进行瓦斯检测，设置消防设施。严重瓦斯隧道和煤与瓦斯突出危险隧道，除必须采用防爆机械和电气设备外还应配备救护队。
2.1.2 同一施工工区中既有含煤地层也有不含煤地层，不同的地段对封闭瓦斯的要求不同，又可划分为非瓦斯地段以及Ⅲ级（一般瓦斯隧道）、Ⅱ级（严重瓦斯隧道）、I 级（有煤与瓦斯突出隧道）瓦斯地段。
2.2 瓦斯预测。
（1）瓦斯隧道施工前应查阅既有资料了解煤层、瓦斯和天然气的情况，以及瓦斯地质、采空区及压煤量、邻近的煤矿和油气田、气井情况、隧道瓦斯严重程度及对工程的影响等。
（2）瓦斯隧道施工期间，应进行地质复查工作。对于揭露的煤层，应取样复测煤层的瓦斯量和其他有关参数，必要时应钻孔埋管实测瓦斯压力，以及通过通风和瓦斯检测计算全隧道的瓦斯涌出量，根据检测结果核对施工工区和煤系地层的瓦斯等级，必要时应进行修正，同时作修改设计。
3. 开挖及支护
根据现场实际岩层硬度对炮眼个数及装药量适当增减（炮眼个数不得超过5个，装药量不超过3Kg），但炮眼间距及封泥量必须符合要求。
3.1 瓦斯隧道的开挖采用正台阶法，台阶长度根据地质和施工条件而定，一般以长台阶较好，能够尽早形成上部巷道式通风。瓦斯比空气轻，聚集在隧道顶部，隧道开挖爆破必须使用煤矿安全炸药和瞬发电雷管，使用毫秒电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms。
3.2 采取光面爆破，开挖周边力求圆顺，尽量避免尤其是顶部出现凹穴、空洞、死角形成瓦斯积聚。
3.3 开挖后及时进行喷锚支护，封闭围岩、堵塞岩隙，防止瓦斯继续溢出。
3.4 采用带仰拱或加厚铺底的封闭式复合衬砌，初期支护厚度不宜小于15cm，二次衬砌厚度不宜小于40cm，采用气密性混凝土就地灌注，加强捣固，不仅有利于施工安全，也有利于隧道竣工后运营期间的安全。
4. 采空区处理及其上覆岩体变形规律
4.1 处理采空区的方法主要有以下几种：
全部垮落法，即采用垮落采空区的直接顶以充填采空区。
充填采空法，即由地面或井下采集充填料把采空区充填满。全部充填满的方法称为全部充填法，局部充填采空区的方法称为局部充填法。
刀柱管理法，即采空区留煤柱支撑顶板。这种方法在直接顶是坚硬岩层时使用。
缓慢下沉法，即由于顶板自身的挠曲下沉而把采空区闭合。
4.2 煤矿采空区上覆岩体变形的资料分析，采空区上覆岩体变形有如下基本规律：
（1）水平及缓倾斜煤层（0 ～ 250）采空区上覆岩体变形范围较大，在煤层倾向方向及走向变形区呈鞍状，等值变形线平缓。当上覆岩体为软、硬质岩相间时，在岩层面多存在离层裂隙，岩体变形在离层裂隙上下有较剧烈的变化。使用长壁式全部冒落采煤方法开采时，采空区上覆岩层的稳定后，一般形成由上而下的冒落带、裂隙带及整体移动带。这三带并无明显界限，且覆岩体越弱，其冒落带、裂缝带范围越小。
（2）倾斜煤层（250 ～ 500）岩层移动情况与水平和缓倾斜煤层一样，也会出现冒落带、裂缝带和整体移动带。只是由于倾角增大，产生了沿层面的向下移动，使岩层各点的移动偏向下山方向。
（3）急倾斜煤层（>450）岩体变形影响范围较小，变形区在煤层倾向方向呈抛物线形，在走向方向亦呈鞍形。上覆岩石多以整体沿层面滑移为主，在软弱岩体及受构造影响带，可能出现抽冒现象。 5. 施工通风
瓦斯隧道的防爆工作极为重要，而防爆的关键，除了诸如火源不得进洞、采用防爆机械等措施外，主要还是依靠施工通风。通风有两个目的：一是冲淡和稀释瓦斯；二是防止瓦斯在角隅和洞顶滞留。前者主要与风量有关，而后者则与风速有关。
5.1 施工通风原则。采用压入式或巷道式机械通风，严重、有突出危险的工区必须采用巷道式通风；主扇的能力应满足全工区通风的需要；局扇的能力应满足局部的独头巷道通风需要；局扇和主扇的通风应达到洞内工作人员最多时能保证每人每分钟有4m3新鲜空气供应，洞内各开挖面同时放炮，应能保证在30min内通风完毕，使炮烟浓度稀释到规定要求，施工通风的风量应能保证洞内各部位的瓦斯浓度不超过规定浓度，施工通风系统应能每天24h 不停地连续运转。
5.2 防止瓦斯局部聚积措施。在施工过程中，尽管已规定了最小风速的限值，在巷道的转角处、断面形状突变处、较大的超挖或塌方处、洞室内以及洞壁很不平齐部位，仍不可避免地有瓦斯聚积，防止措施：提高光面爆破效果，使巷道壁面尽量平整，达到通风气流顺畅；及时喷混凝土封堵煤（岩）壁面的裂隙和残存的炮眼，减少瓦斯渗入巷道。
6. 施工机械与供配电
6.1 施工机械及电气设备。为解决防爆问题，采用以电力为动力的有轨运输及与其配套的施工机械；进入隧道的施工机械及电气设备应具有防爆或隔爆性能，机具外表应有明显的隔爆检验认可标记，对于普通常用的非隔爆机电设备，则一律严格禁止进入瓦斯隧道内安装使用。
6.2 供配电要求。电源：瓦斯隧道施工用电设备应设有两条回路，当一电源发生故障停止供电时，另一回路仍能担负隧道施工用电的全部负荷。也可建设自备发电站作为备用电源。电压：高压不大于1000V，低压大于380V；电压波动范围：高压为额定值的±5%，低压为额定值的±10%。照明供电：为保证正常工作照明及险情时人员的安全撤出和险情处理，采用单独照明系统，除常规保护外，设高灵敏度可调漏电保护装置，保证防爆要求和人身安全。
7. 施工及防突
7.1 有煤与瓦斯突出隧道应编制实施性施工组织设计，其内容包括预防煤与瓦斯突出和揭煤、过煤等。揭煤施工宜用低爆力震动爆破部分露煤法揭煤。煤巷掘进应采用勤检测、短进尺、弱爆破、强支护、快喷锚的施工措施。
7.2 公路瓦斯隧道掘进过程当中，在掌子面前方及两侧钻孔，探明断层、裂缝及瓦斯的具体情况，并根据探测情况拟定相应对策。防治瓦斯突出宜采用钻孔排放措施，也可采用抽放瓦斯、水力冲孔等措施。采用防突措施后必须进行效果检验，所有指标都应符合要求，否则应采取补救措施。具体的防突措施如下：
（1）当瓦斯量小时，使其自然排放，亦可用风管将瓦斯引到距掌子面20m以外的范围，以保证掌子面开挖放炮的安全；当瓦斯量大、喷出强度大、持续时间长时，则可插管排放。
（2）在裂隙小、瓦斯量小时，可用黏土水泥浆或其他材料堵塞裂隙，防止瓦斯喷出。
（3）在掌子面前方接近煤层2m左右，向煤层打若干直径75mm～300mm的超前钻孔排放瓦斯，钻孔周围形成卸压带，使集中应力移向煤体深部，达到防止突出的目的。
（4）水力冲孔：在开挖前，用高压水在突出危险的煤层中，冲出若干直径较大的孔洞，使瓦斯吸解和排放，降低煤层瓦斯量和压力。
（5）震动性放炮诱导突出：在掌子面布置较多的炮眼并装较多的炸药，撤出人员后远距离起爆，利用爆破时强大的震动力一次揭开具有突出危险的煤层。
8. 结束语
今后隧道施工中遇到瓦斯煤窑地质的时候，需要我们的施工队伍对这种地质进行严格的勘测，然后采取可行的措施进行施工，保证施工的质量。
参考文献
[1] 刘辉，冉平，陈文胜.公路瓦斯隧道施工技术探讨[J].西部探矿工程.2006（10）.
[2] 梁东，廖振芳.铁路客运专线红石岩瓦斯隧道施工对策[J].隧道建设.2007（S1）.
[3] 宋瑞英.瓦斯隧道煤系地层防排水施工技术[J].铁道建筑技术.2007（S1）.
[文章编号]1006-7619（2014）02-17-057