高瓦斯铁路隧道穿越薄煤层群安全施工技术研究

摘要：本文以马鞍山隧道为例，针对瓦斯赋存施工复杂、检测监控难等问题，研究提出瓦斯精准检测与智能监控、高效通风优化等关键技术，有效降低施工风险，为同类工程提供技术参考，推动隧道工程安全施工技术发展。关键词：高瓦斯；铁路隧道；薄煤层群；安全施工技术

一、工程概况

马鞍山隧道为单洞双线铁路隧道，线路全长4471 米，进口里程DK270+020，出口里程 DK274+491，最大埋深232 米，围岩以Ⅳ、Ⅴ、为主。设置斜井和横洞两座辅助坑道。其中，DK271+000～DK272+200、DK273+660～DK274+400 及横洞HK0+000～+145 段为高瓦斯区段，且穿越薄煤层群，复杂地质增加施工安全风险，对施工技术和现场管理要求极高。

二、隧道穿越薄煤层群施工问题

（一）复杂的瓦斯赋存

隧道薄煤层群地质构造特殊，煤层及围岩裂隙中游离态与吸附态瓦斯并存。受施工扰动影响，裂隙瓦斯持续逸散，而薄煤层分布广的特性，致使瓦斯运移轨迹复杂难测，易在局部形成积聚。这种状况显著增加了瓦斯爆炸风险，需在施工中重点防范瓦斯赋存问题。

（二）棘手的瓦斯检测监控

薄煤层群因地质构造复杂，瓦斯涌出量波动显著。掌子面、洞室等关键区域，传统检测手段难以实现实时精准监测，存在监测盲区，难以及时发现瓦斯超限，对施工安全构成威胁。

（三）通风系统设计困境

马鞍山隧道单口掘进距离长，致使通风阻力增大。薄煤层群采空区等不良地质体干扰通风气流、削弱通风效果，增加通风系统设计优化难度，难以满足各作业面供风需求[1]。

（四）设备安全风险凸显

在高瓦斯隧道施工中，普通设备运转产生的火花极易引发爆炸。薄煤层群赋存条件复杂，对设备适应性要求更高。设备防爆改造需严格遵循 GB3836 等国家标准，如何确保其在复杂地质环境中安全稳定运行，是当前技术攻关的核心要点。

三、隧道穿越薄煤层群安全施工关键技术（一）瓦斯精准检测与智能监控技术

1. 立体化检测模式

采用“人工巡查+智能监控+便携检测”三位一体瓦斯检测模式。持证人员用光学甲烷测定器，按五点法在隧道顶、腰侧及底部距壁20 厘米处检测，取最大值。高瓦斯区每班至少4 次人工检测，爆破等工序专人全程盯控。借助KJ350X 系统，由地面站、监控分站等构成，实时监测气体浓度与通风参数，超标时声光报警并切断电源。施工人员携带便携检测仪，实现动态巡检全覆盖。

2.精细化布点策略

依据薄煤层群瓦斯赋存特性与隧道施工工艺，对监测点位实施精细化布设。于开挖面前方 0.5 - 1 米断面布设测点，着重监控开挖时瓦斯涌出状况；在爆破点周边分设多处测点，实时追踪爆破后瓦斯浓度变化；针对作业台车等人员密集区域加密测点，保障施工人员安全。

3.分级超限应急处置机制

成立瓦斯超限专项应急处置小组，制定标准化上报处置流程。瓦斯浓度达0.5%时启动预警，通过广播向施工现场全员发出警示；浓度超 0.75%H⋅J ，立即停止作业，组织人员按预定路线撤离，并切断该区域非本质安全型电源，确保瓦斯超限事故发生时响应迅速、处置高效，以最大程度减少事故影响[2]。

（二）高效通风优化技术动态化通风方案设

通风设计严格依照《铁路瓦斯隧道技术规范》执行，核心目标为保障施工安全。规范要求隧道内氧气含量不低于 20% ，二氧化碳含量控制在 0.5% 以内，一氧化碳浓度≤24ppm，风速不小于 0.25m/s 。根据隧道施工进度及作业面分布，实施动态通风方案。

2.科学化通风设备配置

根据通风计算选型数据，各作业面布设防爆型轴流风机，配套直径1.8 米的高强度通风风管。为保障系统可靠运行，并配备同型号备用风机，主风机故障时可快速启动，维持通风连续性。风机采用双路电源供电，并装设风电闭锁装置，当电源中断或风机停转时，能自动切断相关区域电源，防范瓦斯积聚引发爆炸。在衬砌台车顶部、附属洞室等瓦斯易聚集部位，增设局部通风机，通过合理调节通风风向和风速，形成定向风流，有效驱散局部积聚的瓦斯。

3.系统化通风管理制度

建立健全的通风管理制度，明确各岗位通风管理职责。主通风机和局部通风机均安排专人负责管理，并实行挂牌公示制度，确保责任到人。定期对通风风管、风机等通风设施进行检修和维护，及时更换破损的风管，清理风机叶片上的杂物，保证通风系统的正常运行。在隧道内设置测风牌，实时记录各测点的风速、风量等通风数据，以便及时掌握通风系统运行状况。

（三）设备深度防爆改装技术

1. 工程车辆防爆改造

针对挖掘机、装载机等工程车辆在高瓦斯环境作业需求，需对关键电气部件做深度防爆处理。将发电机、启动机等设备用绝缘塑封加灌胶密封工艺，防止电气火花；用免维护的阀控式蓄电池替换普通铅酸电池，避免充放电火花。排气系统加装高效废气冷却箱和阻火器，通过多级散热把排气温度控在70℃以下，机体表面温度控在150℃以下。车辆配温度、水位等多重自动保护系统，参数超限会声光报警并延时停机，驾驶员配便携甲烷检测仪，车辆标配干粉灭火器，形成全流程安全防护体系。

2.车载瓦斯监控系统智能化升级

在作业车辆上加装智能化车载瓦斯监控系统控制分站，并布设排温、表面温度、甲烷等六类传感器，实现对车辆运行状态和周边瓦斯浓度的实时、精准监测。该系统采用先进的传感技术和数据处理算法，将瓦斯检测误差严格控制在 ±0.1% 以内，确保监测数据的准确性[3]。

3.施工工装防爆强化

对二衬台车、自行式仰拱栈桥等施工工装的配电系统进行三级防爆设计，分别配置总隔爆开关、分隔爆开关和单台设备隔爆开关。在安装隔爆开关时，充分考虑施工现场的使用环境，采取有效的防护措施，防止隔爆开关遭受撞击、振动，确保电气系统的稳定可靠运行。

（四）薄煤层群特殊施工技术揭煤施工安全技术

穿越薄煤层群揭煤施工前，运用地质雷达、超前钻探等探测方式，精准探明煤层厚度、倾角及瓦斯含量、压力等参数，为揭煤方案制定奠定科学基础。施工中采取“超前预抽结合排放钻孔”的瓦斯治理措施，通过施工超前预抽钻孔预先抽排煤层瓦斯，降低瓦斯压力与含量；同步施工排放钻孔，加速瓦斯释放以消除突出隐患。揭煤作业时精准把控爆破参数，采用松动爆破工艺减少对围岩的扰动，防止瓦斯突出。同时强化瓦斯监测与通风管理，保障施工安全有序推进[4]。

2.薄煤层群开挖支护技术

针对薄煤层群强度低、稳定性差的特点，优化隧道开挖工法。采用短进尺、弱爆破、强支护的施工原则，减少对围岩的扰动。在开挖过程中，根据围岩的实际情况，灵活选择台阶法、环形开挖预留核心土法等开挖方法。开挖完成后，及时进行初期支护，采用钢架支护、钢筋网喷射混凝土支护等联合支护形式，提高围岩的稳定性。同时，加强对支护结构的监测，实时掌握支护结构的受力和变形情况，确保支护效果满足施工安全要求[5]。

3.采空区处理技术

在隧道穿越薄煤层群区域，对于存在的采空区，首先采用地质雷达、物探等方法对采空区的分布范围、规模、积水情况等进行详细探测。根据探测结果，制定针对性的采空区处理方案。对于无水、无有害气体积聚的采空区，采用注浆填充的方法，将水泥-水玻璃双液浆注入采空区，填充采空区空间，提高围岩的稳定性；对于存在积水的采空区，先进行排水处理，然后再进行注浆填充；对于存在有害气体积聚的采空区，在进行注浆填充前，先对有害气体进行抽排处理，确保施工安全。

结束语：总之，通过对马鞍山隧道高瓦斯穿越薄煤层群安全施工技术的研究与实践，成功解决了瓦斯检测监控、通风系统优化等难题，有效降低施工风险。研究成果可为同类工程提供技术借鉴，助力完善隧道工程安全施工技术体系，推动行业发展。

参考文献：

[1] 倪廉钦,李忠备,高杰,等.近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究[J].中国安全生产科学技术,2024,20(4):70-77.

[2] 王士伟.高瓦斯松软薄煤层瓦斯治理技术研究[J].煤炭技术,2024,43(9):206-208.