一种瓦斯隧道的分区方法.pdf

本发明公开了一种瓦斯隧道的分区方法，其特征在于：以隧道瓦斯地质条件勘探为基础，综合考虑绝对瓦斯涌出量、瓦斯压力、煤体结构类型、水文地质条件、距煤层距离和地质构造六个主要因素，并将各主要因素指标进行量化，通过本发明提出的瓦斯隧道分区数学模型，为拟建的瓦斯隧道进行分区；该方法为穿越煤系地层的公路、铁路瓦斯隧道的分区提供了一种系统可靠的方法，使得在瓦斯隧道施工过程中，针对不同瓦斯工区采取相应的施工对策及技术措施，有效避免瓦斯事故发生，确保施工人员安全；同时，节约了施工措施费用，缩短工期，对工程实施具有重要意义。

1、  一种瓦斯隧道的分区方法，步骤如下：
(1)勘探、调查拟建隧道各区段的瓦斯涌出量、瓦斯压力、煤体结构类型、水文地质条件、距煤层距离和地质构造；
(2)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的瓦斯涌出量X1进行取值；
当绝对瓦斯涌出量在0～0.005m³/min时，取0～5，当绝对瓦斯涌出量在0.005～0.5m³/min为5～10，当绝对瓦斯涌出量在0.5～3m³/min时，取10～15，当绝对瓦斯涌出量≥3m³/min时，取15～20。
(3)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的瓦斯压力X2进行取值；
当瓦斯压力＜0.15MPa时，取0～5，当瓦斯压力在0.15～0.35MPa取5～10，当瓦斯压力在0.35～0.74MPa时，取10-15，当瓦斯压力＞0.74MPa时，取15～20。
(4)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的煤体结构类型X3进行取值；
当煤体结构类型为原生结构煤时，取0～5，当煤体结构类型为碎裂煤时，取5～10，当煤体结构类型为碎粒煤时，取10～15，当煤体结构类型为糜棱煤时，取15～20。
(5)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的水文地质条件X4进行取值；
当地下水状况为流水/涌水时，取0～5，当地下水状况为滴水时，取5～10，当地下水状况为湿润时，取10-15，当地下水状况为干燥时，取15～20。
(6)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的工区距煤层距离X5进行取值；
当距煤层距离＞20m时，取0～5，当距煤层距离为10～20m时，取5～10，当距煤层距离为2～10m时，取10～15，当距煤层距离为＜2m时，取15～20。
(7)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的地质构造X6进行取值；
当连通工区与煤层程度为有构造但为压性或压扭性时，取0～5，当工区与煤层间为垂直地层时，取5～10，当工区与煤层间顺层连通时，取10～15，当有张性构造连通时，取15～20。
(8)将上述依据各区段的地质资料所确定出的各区段的地质构造取值，代入本发明总结提出的瓦斯隧道分区数学模型中：GTZ＝1.2X₁+1.2X₂+0.8X₃+0.75X₄+0.9X₅+1.15X₆，其中GTZ表示瓦斯隧道分区指数。
(9)根据GTZ的计算结果，建立该拟建隧道各区段的瓦斯隧道安全分区指标体系：
当计算出的GTZ值为0～30时，该拟建隧道工区为非瓦斯工区，当GTZ计算值为30～60时，该拟建隧道工区为低瓦斯工区，当GTZ计算值为60～90时，该拟建隧道工区为高瓦斯工区，当GTZ计算值为90～120时，该拟建隧道工区为瓦斯突出工区。

一种瓦斯隧道的分区方法
技术领域
本发明涉及瓦斯隧道施工技术领域，尤其是一种瓦斯隧道的分区方法。
背景技术
瓦斯隧道分区是在勘察设计阶段，按不同瓦斯压力、瓦斯含量、地下水状况和距离煤层远近等指标，对拟建隧道不同部位进行安全分区评估，即对隧道整个线状工程进行安全分区，划分出不同瓦斯区段。
《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120-2002)对瓦斯隧道的界定为：铁路隧道勘测与施工过程中，通过地质勘探或施工检测表明隧道内存在瓦斯，该隧道应定为瓦斯隧道。瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定，当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m³/min时为低瓦斯工区，大于或等于0.5m³/min时为高瓦斯工区。
该规范根据瓦斯涌出量对隧道进行了工区划分，但是这一方法指标过于单一，不能系统地描述全隧道瓦斯情况。瓦斯隧道地质条件复杂，不确定因素众多，单一的瓦斯浓度指标对隧道内出现瓦斯部位、时间、数量和自然条件无法准确描述。
对瓦斯隧道科学合理划分工区的关键是充分掌握煤层的分布状态和隧道的地质构造，分析瓦斯可能渗透的途径与范围，从而确定瓦斯工区的范围。
在西部大开发的交通建设中，穿越煤层的瓦斯隧道会越来越多，结合交通隧道特点，对拟建瓦斯隧道进行科学合理的检测分区，相应在设计、施工过程中分级设防，在保障安全的前提下有效控制工程投资，无疑具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前铁路瓦斯隧道技术规范存在的问题，以隧道瓦斯地质条件勘察为基础，提供一种系统可靠、能够避免高风险、有效降低隧道工程造价的瓦斯隧道分区方法。
一种瓦斯隧道的分区方法，步骤如下：
(1)勘探、调查拟建隧道各区段的瓦斯涌出量、瓦斯压力、煤体结构类型、水文地质条件、距煤层距离和地质构造；
(2)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的瓦斯涌出量X1进行取值；
当绝对瓦斯涌出量在0～0.005m³/min时，取0～5，当绝对瓦斯涌出量在0.005～0.5m³/min为5-10，当绝对瓦斯涌出量在0.5～3m³/min时，取10-15，当绝对瓦斯涌出量≥3m³/min时，取15-20。
(3)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的瓦斯压力X2进行取值；
当瓦斯压力＜0.15MPa时，取0～5，当瓦斯压力在0.15～0.35MPa取5～10，当瓦斯压力在0.35～0.74MPa时，取10-15，当瓦斯压力＞0.74MPa时，取15～20。
(4)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的煤体结构类型X3进行取值；
当煤体结构类型为原生结构煤时，取0～5，当煤体结构类型为碎裂煤时，取5-10，当煤体结构类型为碎粒煤时，取10～15，当煤体结构类型为糜棱煤时，取15～20。
(5)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的水文地质条件X4进行取值；
当地下水状况为流水/涌水时，取0～5，当地下水状况为滴水时，取5～10，当地下水状况为湿润时，取10～15，当地下水状况为干燥时，取15～20。
(6)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的工区距煤层距离X5进行取值；
当距煤层距离＞20m时，取0～5，当距煤层距离为10～20m时，取5～10，当距煤层距离为2～10m时，取10～15，当距煤层距离为＜2m时，取15～20。
(7)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的地质构造X6进行取值；
当连通工区与煤层程度为有构造但为压性或压扭性时，取0～5，当工区与煤层间为垂直地层时，取5～10，当工区与煤层间顺层连通时，取10～15，当有张性构造连通时，取15～20。
(8)将上述依据各区段的地质资料所确定出的各区段的地质构造取值，代入本发明总结提出的瓦斯隧道分区数学模型中：GTZ＝1.2X₁+1.2X₂+0.8X₃+0.75X₄+0.9X₅+1.15X₆，其中GTZ表示瓦斯隧道分区指数。
(9)根据GTZ的计算结果，建立该拟建隧道各区段的瓦斯隧道安全分区指标体系：
当计算出的GTZ值为0～30时，该拟建隧道工区为基本无瓦斯工区，当GTZ计算值为30～60时，该拟建隧道工区为低瓦斯工区，当GTZ计算值为60～90时，该拟建隧道工区为高瓦斯工区，当GTZ计算值为90～120时，该拟建隧道工区为瓦斯突出工区。
本发明的实质效果在于：由于引起瓦斯隧道危害因素是错综复杂的，既有区域性因素也有局部因素，通过从瓦斯隧道工程实践中总结与提出对瓦斯隧道进行分区的数学模型，将各种瓦斯地质特征数字化，为穿越煤系地层的公路、铁路瓦斯隧道提供了一种分区的系统可靠的方法，使得在瓦斯隧道施工过程中，针对不同瓦斯工区采取相应的施工对策及技术措施，有效避免瓦斯事故发生，确保施工人员安全；同时，节约了施工措施费用，缩短工期，对工程实施具有重要意义。
附图说明
图1为本发明瓦斯隧道的分区方法流程图。
图2为本发明提出的瓦斯隧道的分区评价标准表。
图3为采用本发明方法对紫坪铺隧道各工区所做分区评价表。
具体实施方式
本发明的瓦斯隧道的分区方法，按下述步骤进行：
(1)勘探、调查拟建隧道各区段的瓦斯涌出量、瓦斯压力、煤体结构类型、水文地质条件、距煤层距离和地质构造，其中：
①瓦斯涌出量X1
瓦斯对隧道建设的危害主要为瓦斯在掌子面附近新开挖空间内的积聚及其由此产生的窒息、爆炸等后果，影响积聚的主要因素是瓦斯涌出量的大小，所以选取隧道内煤层中的瓦斯涌出量为分区的控制性指标。
②瓦斯压力X2
瓦斯压力一方面影响瓦斯含量的多少，另一方面也是判别煤层是否具有突出危险性以及制定瓦斯防治方案的重要依据。
③煤体结构类型X3
煤体结构是指煤层各组成部分的颗粒大小、形态特征及其相互关系。参照地质学中构造岩的分类方法，煤体结构按是否遭受构造应力破坏以及破坏的程度可分为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤等4种类型。
④水文地质条件X4
隧道不同部位地下水状况，能降低相应部位的瓦斯含量。
⑤距煤层距离X5
在其它地质环境条件相同的情况下，地层中瓦斯含量的多少与距煤层远近有直接关系。
⑥隧道穿越构造X6
将上述地质参数作为瓦斯隧道安全分区的重要指标；
(2)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的瓦斯涌出量X1进行取值；
当绝对瓦斯涌出量在0～0.005m³/min时，取0～5，当绝对瓦斯涌出量在0.005～0.5m³/min为5-10，当绝对瓦斯涌出量在0.5～3m³/min时，取10～15，当绝对瓦斯涌出量≥3m³/min时，取15～20。
(3)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的瓦斯压力X2进行取值；
当瓦斯压力＜0.15MPa时，取0～5，当瓦斯压力在0.15～0.35MPa取5～10，当瓦斯压力在0.35～0.74MPa时，取10～15，当瓦斯压力＞0.74MPa时，取15～20。
(4)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的煤体结构类型X3进行取值；
当煤体结构类型为原生结构煤时，取0～5，当煤体结构类型为碎裂煤时，取5～10，当煤体结构类型为碎粒煤时，取10～15，当煤体结构类型为糜棱煤时，取15～20。
(5)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的水文地质条件X4进行取值；
当地下水状况为流水/涌水时，取0～5，当地下水状况为滴水时，取5～10，当地下水状况为湿润时，取10～15，当地下水状况为干燥时，取15～20。
(6)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的工区距煤层距离X5进行取值；
当距煤层距离＞20m时，取0～5，当距煤层距离为10～20m时，取5～10，当距煤层距离为2～10m时，取10～15，当距煤层距离为＜2m时，取15～20。
(7)根据获得的拟建隧道各区段的勘察资料，对隧道各区段的地质构造X6进行取值；
当连通工区与煤层程度为有构造但为压性或压扭性时，取0～5，当工区与煤层间为垂直地层时，取5～10，当工区与煤层间顺层连通时，取10～15，当有张性构造连通时，取15～20。
(8)将上述依据各区段的地质资料所确定出的各区段的地质构造取值，代入本发明总结提出的瓦斯隧道分区数学模型中：GTZ＝1.2X₁+1.2X₂+0.8X₃+0.75X₄+0.9X₅+1.15X₆，其中GTZ表示瓦斯隧道分区指数，其数值越大，该工区瓦斯越高，越容易发生瓦斯事故；
(9)根据GTZ的计算结果，建立该拟建隧道各区段的瓦斯隧道安全分区指标体系：
当计算出的GTZ值为0～30时，该拟建隧道工区为基本无瓦斯工区，当GTZ计算值为30～60时，该拟建隧道工区为低瓦斯工区，当GTZ计算值为60～90时，该拟建隧道工区为高瓦斯工区，当GTZ计算值为90～120时，该拟建隧道工区为瓦斯突出工区。
用上述方法对我国紫坪铺隧道进行分区，结果见图3所示的紫坪铺隧道各区所做分区评价表，从图3可以看出，评价公式评分所得结果完全与实际相符，因而本方法可以在勘察设计阶段对瓦斯隧道进行不同瓦斯工区划分。进入施工时期，又可以利用现场资料实测如瓦斯涌出量、瓦斯压力等根据公式进行调整，一方面验证前期工作，另一方面对可能出现的特殊情况及时进行调整。