導(dǎo)語：瓦斯隧道工程地質(zhì)勘察探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：近年來，隨著國家道路建設(shè)的不斷發(fā)展，公路隧道修建的數(shù)量也越來越多，該文結(jié)合中國西南某高速公路工程中某隧道項(xiàng)目，重點(diǎn)闡述了隧道瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)的測定方法，對瓦斯涌出量進(jìn)行估算，并提出防治措施及建議。

關(guān)鍵詞：高速公路；隧道；瓦斯

1工程概況

某高速公路隧道位于中國西南某省，其洞身段自北向南穿越后山，總體走向呈由北向南直線形。隧道采用分離式，左線起訖樁號ZK22＋180～ZK27＋435，總長5255m；右線起訖樁號K22＋181～K27＋440，總長5259m；隧道最大埋深約474m，屬特長隧道。該隧道位于玉京山井田的南東部，區(qū)內(nèi)含煤地層為上二疊統(tǒng)長興組與龍?zhí)督M，煤層編號從上至下有：C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10共10層，其中C5、C92層為全區(qū)可采煤層。此次鉆孔內(nèi)揭露煤層為C1煤層和C5煤層。

2隧道瓦斯災(zāi)害分析

根據(jù)TB10120—2019《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》，瓦斯是主要由煤（巖）層中逸出以甲烷（CH4）為主的有害氣體總稱，比重0．554，僅為空氣比重的一半，密度0．716g／m3，分布不均勻，常常賦存于開挖隧洞的頂部。瓦斯具有5種基本特性：即不穩(wěn)定性、快速擴(kuò)散性、窒息性、可燃性、爆炸性。2．1不穩(wěn)定性瓦斯在煤體和圍巖中是以游離狀態(tài)和吸著狀態(tài)存在，兩種狀態(tài)的瓦斯是隨溫度、壓力等外界條件的變化而不斷轉(zhuǎn)化，壓力升高溫度降低時，部分瓦斯將由游離狀態(tài)轉(zhuǎn)化為吸著狀態(tài)；反之，又會有部分瓦斯由吸著狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)。2．2快速擴(kuò)散性瓦斯主要賦存于煤層、裂隙、覆蓋層較厚的斷裂帶和松散的巖層中，其擴(kuò)散速度快，約為空氣的1．6倍。2．3窒息性在氣壓不變的情況下，空氣中瓦斯?jié)舛壬撸鯕鉂舛染蜁鄬档?，?dāng)甲烷濃度大于43％時，氧氣濃度就會被沖淡到12％，人就會呼吸困難；當(dāng)甲烷濃度大于57％時，氧氣濃度就會下降到9％，人就會缺氧窒息、甚至死亡。2．4可燃性能燃燒是瓦斯最主要的特性之一，瓦斯與火接觸待吸收相當(dāng)熱量后就開始燃燒；瓦斯?jié)舛鹊蜁r，火焰為藍(lán)色，隨著濃度的增大，火焰顏色逐漸變淺，當(dāng)濃度達(dá)到5％時呈淡青色。2．5爆炸性瓦斯爆炸是一種鏈鎖反應(yīng)，當(dāng)爆炸混合物吸收一定能量后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂成兩個或兩個以上的游離基。這類游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個或兩上以上的游離基，這樣循環(huán)不已，游離基越來越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來越快，最后就可以發(fā)展為爆炸式的氧化反應(yīng)。爆炸產(chǎn)生的高溫高壓，促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊，造成人員傷亡，另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。

3瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定

3．1野外瓦斯壓力測試

煤層瓦斯參數(shù)測試工作是掌握煤層瓦斯?fàn)顩r的基本途徑，為了在生產(chǎn)中做到有效、可靠地對揭穿煤層進(jìn)行超前預(yù)測，此次對C5煤層瓦斯參數(shù)進(jìn)行了測試。3．1．1測試原理測試儀總體結(jié)構(gòu)主要包括卸壓機(jī)構(gòu)、封孔機(jī)構(gòu)及261中外公路第41卷增刊22021年10月測試機(jī)構(gòu)3個部分，如圖1所示。卸壓機(jī)構(gòu)：用于解除隔離測試井段承壓井液水柱壓力對測試結(jié)果的影響，使測試井段壓力值降至壓力零值時打開測壓裝置，開始測壓。封孔結(jié)構(gòu)：主要作用在于隔離測試井段與鉆孔其他井段，隔斷鉆孔其他井段井液水柱壓力及其他非測量介質(zhì)壓力對測試層位的影響，取得一個相對封閉的瓦斯壓力測試空間。測試機(jī)構(gòu)：主要為井下壓力計(jì)。煤層瓦斯壓力通過壓力計(jì)進(jìn)氣孔傳遞給壓力計(jì)記錄裝置，記錄壓力測試結(jié)果。壓力計(jì)是CAN2000－MZ型電子井下壓力計(jì)，每一秒記錄一次煤層瓦斯壓力值，測試完成后將數(shù)據(jù)傳入電腦讀取壓力值。3．1．2測試結(jié)果此次工作共完成了1層次鉆孔瓦斯壓力測試，取得了有效的瓦斯壓力成果資料，測試結(jié)果見圖2。

3．2室內(nèi)瓦斯參數(shù)測定

煤樣瓦斯參數(shù)試驗(yàn)室測定包括煤體堅(jiān)固性系數(shù)、瓦斯放散初速度、煤的真密度、視密度、孔隙度以及瓦斯吸附試驗(yàn)等。3．2．1煤樣采取因C1煤層厚度較小，故取1組，C5煤層厚度較大，沿其上、下部各采取煤樣2塊，共采取5塊，煤樣采出后應(yīng)及時裝入瓦斯罐中，以免風(fēng)化。煤樣附有標(biāo)簽，注明采樣地點(diǎn)、層位、采樣時間等。在煤樣攜帶、運(yùn)送過程中應(yīng)注意不得碰撞。3．2．2煤體堅(jiān)固性系數(shù)f值的測定煤的堅(jiān)固性系數(shù)間接地反映了煤體強(qiáng)度，煤體強(qiáng)度越大，堅(jiān)固性系數(shù)亦越大，煤層發(fā)生煤與瓦斯突出的潛在可能性就越小。按國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T23561．12—2010《煤的堅(jiān)固性系數(shù)測定方法》，測定煤層的平均堅(jiān)固性系數(shù)f，結(jié)果見表1。3．2．3瓦斯放散初速度ΔP測定發(fā)生煤與瓦斯突出的瓦斯放散初速度臨界值為10mgHg。只有當(dāng)ΔP≥10mgHg時，煤層才具有發(fā)生突出的潛在危險(xiǎn)性。ΔP越大，突出危險(xiǎn)性就越大，測試結(jié)果見表2。3．2．4煤的真密度、視密度、孔隙度測定利用孔裂隙的壓汞試驗(yàn)，測定煤樣的孔隙度，利用煤層煤樣微孔結(jié)構(gòu)分析試驗(yàn)所測得的煤的真密度和視密度值，其測試結(jié)果見表3。3．2．5瓦斯吸附試驗(yàn)煤的高壓等溫吸附試驗(yàn)是指將達(dá)到平衡水分的一定粒度的煤樣樣品置于密閉容器中，測定其在相同溫度、不同壓力條件下達(dá)到吸附平衡時所吸附甲烷等試驗(yàn)氣體的體積。按GB／T19560—2008《煤的高壓等溫吸附試驗(yàn)方法》，對采集的扎西隧道鉆孔的C1、C5煤層煤樣進(jìn)行了測試。測試結(jié)果見表4。

4瓦斯突出危險(xiǎn)性評估

根據(jù)DB51／T2243—2016《公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》，其絕對瓦斯涌出量Q絕可按下式確定：Q絕＝Q1＋Q2＋Q3（1）式中：Q1為隧道開挖掌子面爆落煤塊瓦斯涌出量（m3／min）；Q2為隧道新暴露工作面瓦斯涌出量（m3／min）；Q3為隧道施作噴混凝土地段洞壁瓦斯逸出量（m3／min）。經(jīng)初步預(yù)測，扎西隧道絕對瓦斯涌出量Q絕＝0．20＋2．24＋0．07＝2．51m3／min。煤層瓦斯壓力是煤層中瓦斯?jié)撃艿闹匾笜?biāo)，煤層瓦斯壓力大，煤體中的瓦斯含量就高。煤中瓦斯是破壞煤體、發(fā)動煤與瓦斯突出的主要能源，瓦斯壓力就是這種能源大小的直接標(biāo)志，因此，也是判斷煤層突出危險(xiǎn)性的最重要指標(biāo)。煤的堅(jiān)固性系數(shù)表征局部煤體的強(qiáng)度特征，反映了煤體抵抗地應(yīng)力和瓦斯壓力破壞的能力。堅(jiān)固性系數(shù)愈小的煤，愈難以阻止突出的發(fā)生。煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)（ΔP）是煤的含瓦斯結(jié)構(gòu)重要特征，是煤吸附瓦斯能力和吸附平衡狀態(tài)破壞（卸壓）后解吸瓦斯速度的綜合反映。ΔP大的煤其吸附瓦斯的能力較大，解吸瓦斯的速度亦較大，能在短時間內(nèi)釋放出較大的瓦斯?jié)撃?，是發(fā)動煤與瓦斯突出的重要條件。根據(jù)此次對扎西隧道WSZK1號鉆孔C1、C5煤層各個單項(xiàng)預(yù)測指標(biāo)的測定和計(jì)算結(jié)果，結(jié)合玉京山井田勘探資料，扎西隧道開挖預(yù)計(jì)會遇到C1～C10共10層煤，對危險(xiǎn)性評估如下：①煤樣的瓦斯放散初速度ΔP為6～12mgHg，平均為9．3mgHg；②煤樣的堅(jiān)固性系數(shù)為0．31～0．71，平均為0．47，小于0．5；③煤的結(jié)構(gòu)破壞類型一般為Ⅱ～Ⅲ類，煤層較松軟；④煤層瓦斯壓力較高，收集的玉京山井田勘探資料3501孔等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果瓦斯平均壓力為1．72MPa，此次WSZK1中的瓦斯壓力為1．28MPa。根據(jù)以上測試結(jié)果，依據(jù)TB10120—2019《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》，扎西隧道煤與瓦斯突出。因此，C5煤層應(yīng)劃為突出煤層，扎西隧道左線樁號ZK22＋960～ZK23＋440、右線樁號K22＋960～K23＋440為瓦斯突出工區(qū)。

5瓦斯突出防治措施

（1）防治煤與瓦斯突出工程措施包括排放鉆孔、預(yù)抽瓦斯、超前管棚、煤體注漿加固等，結(jié)合該地區(qū)煤礦開采的成功經(jīng)驗(yàn)，該隧道施工防治煤與瓦斯突出措施宜優(yōu)先采用鉆孔排放措施。（2）防止瓦斯災(zāi)害最有效的措施就是通風(fēng)，加強(qiáng)通風(fēng)能夠在很大程度上規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。（3）通過瓦斯的預(yù)測和檢測，及時掌握瓦斯?jié)舛?，?yán)格火源管理，規(guī)范施工，便可將隧道瓦斯的安全隱患降到最低，從而保障隧道建設(shè)安全。（4）進(jìn)行動態(tài)施工，重視物探、鉆探、超前導(dǎo)洞等技術(shù)手段相結(jié)合的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法，規(guī)避隧道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。6結(jié)語瓦斯隧道安全風(fēng)險(xiǎn)極高，為減少爆炸事故的發(fā)生，確保施工安全，地質(zhì)勘察工作應(yīng)在調(diào)查、收集礦井、氣田既有資料的基礎(chǔ)上，在隧道洞身進(jìn)行一定數(shù)量的深孔鉆探，并在深孔內(nèi)進(jìn)行氣體收集分析和現(xiàn)場測試孔內(nèi)瓦斯壓力、含量、煤的堅(jiān)固性系數(shù)、煤的瓦斯放散初速度等指標(biāo)，進(jìn)行瓦斯隧道的瓦斯工區(qū)、含瓦斯地段的等級劃分，這樣才能詳細(xì)地提供瓦斯隧道設(shè)計(jì)需要的指標(biāo)，并有針對性地提出施工措施建議。

參考文獻(xiàn)：

［1］TB10120—2019鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］DB51／T2243—2016公路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］熊靈陽．瓦斯隧道的地質(zhì)勘察問題探討［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2013（4）．

［4］趙鈺．特大斷面長大高瓦斯隧道通風(fēng)技術(shù)研究［J］．鐵道建筑，2007（12）．

［5］劉石磊．紅石巖隧道出口工區(qū)瓦斯監(jiān)測技術(shù)［J］．隧道建設(shè)，2007（S1）．

作者：王貫國 魏東旭 林志軍 劉虎 單位：山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司