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【摘 要】瓦斯隧道施工中，为确保施工安全，运输方式一般采用有轨运输，而有轨运输对比无轨运输有适用条件高，运输成本高，不易管理的缺点。瓦斯隧道施工若采用无轨运输，首要解决的就是机械设备的防爆问题，所以经过方案比选及技术创新，天坪隧道横洞高瓦斯工区在现有技术基础上，创新研制了一种利用主动防御原理改装的车载瓦斯防爆系统，较好地解决了无轨运输问题，系统安全可靠，而且成本低廉，为瓦斯隧道施工中，无轨运输的设备防爆改装提供了一种全新思路。
【关键词】施工安全；无轨运输；防爆改装；技术创新
Ping-day cross-hole high gas tunnel work area trackless transport scheme
Zhang Tao
（China railway tunnel group co.， LTD Zunyi Guizhou 563000）
【Abstract】Gas tunnel construction to ensure construction safety， mode of transport commonly used rail transport， rail transport and trackless transport with a high contrast applicable conditions， high transport costs， the disadvantage is not easy to manage. If using gas tunnel construction trackless transport， the first to solve the problem of mechanical equipment is explosion-proof， so after the program comparison and technological innovation， the day the floor tunnel cross-hole high gas work area on the basis of the existing technology， developed an innovative use of active defense the principle of modified car gas explosion protection system， solves the problem of non-rail transportation system is safe and reliable， and low cost， the gas tunnel construction， trackless transport equipment explosion modification provides a new idea.
【Key words】Construction safety；Trackless transport；Explosion modification；Technology innovation
1. 工程概况
天坪隧道全长13978.252m，隧道设置“平导+2斜井+横洞（主、副井）”。其中，横洞工区为高瓦斯工区，负责承担DK128+234～DK124+860段3374m正洞，PDK128+240～PDK124+640段3600m平导的施工任务。横洞（主、副井）位于线路前进方向左侧，与正洞左线中线相交于PDK128+234里程处，平面交角为78°39′53″，坡度-0.903%，横洞（主井）长1050m，横洞（主井）与隧道采用斜交单联式；横洞（主井）与平导中线相交DK128+240里程处，主要负责正洞的开挖。横洞（副井）位于线路前进方向左侧，与平导中线相交于PDK128+210里程处，平面交角为78°41′59″，坡度-0.904%，横洞副井长1061m，横洞与隧道采用斜交单联式，横洞（副井）主要负责平导的开挖。隧道在DK127+710～DK127+850段穿越龙潭组煤系地层，隧道连续穿越C6、C5、C3煤层。
2. 运输方案的选择
2.1 方案选择的原则。
（1）应根据隧道长度、断面大小、施工方法、机具设备、运量要求确定方案。
（2）减少干扰，提高装渣效率，运输效率，保证作业安全。
（3）根据场地要求、施工条件确定运输方案。
（4）确保投入产出成正比。
（5）确保安全施工、文明施工以及施工进度。
2.2 运输方案的对比。
根据当前国内山岭隧道施工采用的运输方式主要有两种，即有轨运输和无轨运输，即对这两种运输方案进行比较，选择最优方案。
（1）无轨运输。
主要用于大断面隧道作业，台阶法，全断面法开挖均适用，路面纵坡一般不大于20°。不利因素：汽车排放的尾气较多，洞内空气质量较差。
（2）有轨运输。
主要用于小断面隧道作业，装载机与自卸车无法并行，适合于全断面法施工，台阶法施工应用较困难。路面坡度有一定局限性，一般为0.3%～1%（电机车）；具有瓦斯等易燃、易爆气体的隧道；洞口场地平坦，空间较大。有利条件：洞内空气污染小，有利于人工洞内作业。
2.3 安全、质量方面的影响。
（1）无轨运输组织较简单，可操作性强，安全度高；而有轨运输对轨道、车辆、操作人员要求相对较高，施工组织难度较大，安全度较低。
（2）无轨运输条件下，仰拱作业可以紧跟开挖掌子面，结构能及时封闭，有利于结构稳定，保证施工安全，而且文明施工方面做得较好。而有轨运输条件下，仰拱工作面施工距掌子面的距离会很长，不能及时封闭结构，而且仰拱作业面轨道交叉多，施工组织难度非常大，影响开挖运输作业，不仅严重制约施工进度，还对文明施工、质量、安全都不利。 2.4 工作效率的对比。
（1）无轨运输组织简单，不用铺轨道，出碴灵活，工作效率高。而有轨运输，调度时间长，组织难度高，每次开挖都有铺轨时间，否则装载机运距较远，造成出碴效率低。
（2）无轨运输条件下，仰拱作业面采用栈桥施工，移动灵活，不影响仰拱施工，也不影响出碴进度，施工干扰小。而有轨运输条件下，首先轨道的拨接频繁，工作量大，仰拱施工速度慢，而且还会影响正常出碴，施工干扰大。
（3）无轨运输条件下，衬砌混凝土罐车运输量大，速度快，效率高，对混凝土的质量性能保障较好；而有轨运输条件下，轨行式混凝土罐车运量小，速度慢，效率低，要想保证混凝土质量就要加大投入。
2.5 施工进度的对比。
无轨运输组织简单，调度容易，装碴量大，出碴速度快，进度有保证。而有轨运输，组织复杂，调度相对困难，而且投入的人力、物力较多，施工进度难免受影响。
2.6 施工组织的管理对比。
（1）无轨运输组织简单，设备维修也容易，相关经验也多；而有轨运输组织复杂，设备维修相对困难，内部员工具有相关经验的人员也较少，因此，有轨运输施工组织管理难度较无轨运输难度要大得多。
（2）综上所述，天坪隧道横洞工区洞口场地狭小，不利于有轨运输的布设，选择无轨运输既可以保证施工安全、又可以保证施工质量、还可以提高施工进度，而且管理相对容易、效益明显。因此，天坪隧道横洞瓦斯工区采用无轨运输方案，可以对进洞机具设备进行防爆改装，就可以解决。
3. 瓦斯隧道管理措施
（1）对进洞挖掘、装载、运输等以柴油为动力的设备进行防爆改装，并通过验收合格，满足MT989-2006、MT990-2006相关标准的要求。
（2）电力供应和电气设备上严格执行“三专两闭锁”和“MA”准入制度，对于不防爆，没有防爆安全标识、国家明令禁止使用和淘汰的电气防爆设备严禁进洞使用。
（3）制定通风方案，建立完善有效的通风系统，前期采用压入式通风，中后期利用平导采用巷道式通风，满足瓦斯隧道通风要求。
（4）实行自动监测与人工监测相结合的监测体系，自动监测24小时有效，人工监测有效补充。
（5）制订严格的瓦斯管理制度，学习煤矿上的管理办法，严格进洞检身制度，严禁携带烟、火等进洞，严禁穿化纤衣服进洞，对于进风隧道等敏感地点严禁动火，对于隧道内其他可以进行不防爆操作的地点采取了每次都制定安全措施并签字贯彻的办法。
4. 煤矿无轨运输的现状
我国煤矿井下辅助运输状况与发达国家相比差距仍然较大，大多以有轨运输为主，90年代中期国内部分新建矿井开始采用无轨辅助运输代替传统的有轨辅助运输。如内蒙神华集团的大柳塔矿、山东兖矿集团的济三煤矿等。从使用情况看，采用无轨辅助运输后效率提高明显，目前采用无轨运输或者混合运输的煤矿占煤矿总数的比重越来越大，经对目前采用无轨运输煤矿建设现状的调查，经过煤层的斜井和斜巷，瓦斯赋存多少不一，施工设备与运输机械多采用隔爆型，无一是因为运输设备发生瓦斯事故。尤其2013年1月18日，贵州盘县金佳煤矿煤与瓦斯突出事故发生13人遇难事件证明，采用有轨运输，导致了“救援作业空间狭窄，导致搜救挖掘只能采取人工装货、轨道运输的方式出货，运输效率较低，增加了搜救难度。”
5. 设备防爆改装系统
5.1 防爆改装说明。
煤矿瓦斯监测设备目前市面上型号众多，但多数设备都比较笨重，价格质量也参差不齐，设备的安装维护也各有不同。考虑到监测系统在工程行走机械设备上应用与矿井的条件差别，经过项目部市场调研及方案比选，在现有防爆改装体系基础上，加以改进创新，选用KJ70NA型煤矿一体化安全监控系统，配备相应的传感器和监控分站，形成一套适合于车载的瓦斯监测系统，达到隔爆型设备的相应标准。该系统具有体积小巧、安装方便、运行稳定、价格便宜的特点。
5.2 防爆改装的原理和主要内容。
系统主要采集施工机械工作区域的环境瓦斯气体体浓度参数，控制分站根据采集的浓度值和控制逻辑进行分析处理。系统工作时，当环境瓦斯浓度逐渐上升，达到比较危险的浓度（比如按照有关规定设定为0.3%），分站向报警器发出报警信号，报警器发出声光报警，驾乘人员听到或看到报警信号后，立即停止作业，通知相关人员核查现场实际情况，在查明起因并解除危险后再行作业，可以实现危险提前处理的作用。如果瓦斯浓度上升较快或者是施
工机械现场无人值守时，环境瓦斯浓度达到较高危险限值0.5%后，此时控制分站再次向机械的断油熄火控制器发出控制信号，使机械自动停止工作，实现闭锁。所改装的主要内容如下：
（1）改装进气系统：
安装进气控制阀，阻止发动机回火，并控制发动机超速时关闭发动机。
（2）改装排气系统：
安装主冷却器、阻焰器、火花消除器，达到降低发动机排气温度、消除火焰、火花的目的。
（3）改装电气系统：
安装防爆发电机、防爆起动马达、防爆起动蓄电池、电器隔爆箱和控制开关等，控制发动机的运行和工作。
（4）仪表系统改装：
安装隔爆型电流表、水温表、机油压力表和油量表等控制仪表。
（5）改装控制系统：
安装发动机冷却水温检测阀和排气温度检测阀，一旦出现超温情况或其他影响发动机安全运行的情况，报警装置进行报警，并设有与进气控制阀相连的起动/紧急停机装置，可以在紧急情况下实现手动紧急停车。
（6）其他部分改装：主要是消除运动中产生的静电，添加静电消除装置。
6. 实施效果
6.1 通风效果。
采用无轨运输施工，洞内的污染源除爆破气体、瓦斯气体外还有各种内燃车辆排放的废气，经检测瓦斯浓度最大值出现在爆破后，在放炮后10～15min内，掌子面附近（约500m）的炮烟向洞口方向压出，通风30min后检测瓦斯浓度为0.01%～0.05%之间。
6.2 进度方面。
（1）采用无轨运输，运输能力强，速度快，工序循环影响不大。出碴、混凝土衬砌、隧道仰拱施工、底板砼施工采用栈桥可以同步进行，各工序影响不大，并且做到均衡生产，保证各工序正常衔接。
（2）爆破通风后可及时出碴，断面尺寸足够时可以采用多台车辆出碴，提高出碴速度，同时减少作业循环时间。
（3）采用无轨运输，横洞提前施组2个月到达井底，正洞IV级围岩无轨运输最大月进尺115.6m，III级围岩无轨运输最大月进尺160m。
6.3 安全方面。
截止目前，天坪隧道横洞工区采用无轨运输方式，瓦斯工区施工安全情况良好，未发生过一起瓦斯安全事故，并已安全顺利通过煤层。
7. 结语
瓦斯隧道较普通隧道施工具有安全风险高、施工难度大、管理难度大、施工效率低等特点。要想安全、优质、高效的完成瓦斯隧道的施工生产任务，首先需要解决的就是隧道瓦斯问题，天坪隧道横洞瓦斯工区安全顺利通过煤系地层，依赖于合理的施工方案、有效的施工组织、严格的管理制度及管理体系，本文通过对隧道施工的安全、进度、效益有巨大影响的运输方案的选择，总结了以下几点经验。
（1）不拘泥于传统思维，勇于创新，一旦获得成功，将会收益巨大。
（2）瓦斯隧道施工是一项系统工程，运输方案的选择还有赖于其它施工方案的合理运用，比如开挖、支护方案。
（3）设备防爆改装针对不同的隧道，不同的瓦斯环境，可以采用不同的改装方式。
（4）验证了车载瓦斯系统形成的设备防爆改装，适用于高瓦斯隧道施工。
参考文献
[1] TB10304-2009，铁路隧道工程施工安全技术规程[S].
[2] TB10120-2002，铁路瓦斯隧道技术规范[S].
[3] 赵全福主编. 煤矿安全手册[Z]. 北京：煤炭工业出版社，1994.
[4] 中华人民共和国煤炭工业部制定. 煤矿安全规程[S].
[5] 国家安全生产监督管理总局令2009第19号. 防治煤与瓦斯突出规定[S].
【关键词】施工安全；无轨运输；防爆改装；技术创新
Ping-day cross-hole high gas tunnel work area trackless transport scheme
Zhang Tao
（China railway tunnel group co.， LTD Zunyi Guizhou 563000）
【Abstract】Gas tunnel construction to ensure construction safety， mode of transport commonly used rail transport， rail transport and trackless transport with a high contrast applicable conditions， high transport costs， the disadvantage is not easy to manage. If using gas tunnel construction trackless transport， the first to solve the problem of mechanical equipment is explosion-proof， so after the program comparison and technological innovation， the day the floor tunnel cross-hole high gas work area on the basis of the existing technology， developed an innovative use of active defense the principle of modified car gas explosion protection system， solves the problem of non-rail transportation system is safe and reliable， and low cost， the gas tunnel construction， trackless transport equipment explosion modification provides a new idea.
【Key words】Construction safety；Trackless transport；Explosion modification；Technology innovation
1. 工程概况
天坪隧道全长13978.252m，隧道设置“平导+2斜井+横洞（主、副井）”。其中，横洞工区为高瓦斯工区，负责承担DK128+234～DK124+860段3374m正洞，PDK128+240～PDK124+640段3600m平导的施工任务。横洞（主、副井）位于线路前进方向左侧，与正洞左线中线相交于PDK128+234里程处，平面交角为78°39′53″，坡度-0.903%，横洞（主井）长1050m，横洞（主井）与隧道采用斜交单联式；横洞（主井）与平导中线相交DK128+240里程处，主要负责正洞的开挖。横洞（副井）位于线路前进方向左侧，与平导中线相交于PDK128+210里程处，平面交角为78°41′59″，坡度-0.904%，横洞副井长1061m，横洞与隧道采用斜交单联式，横洞（副井）主要负责平导的开挖。隧道在DK127+710～DK127+850段穿越龙潭组煤系地层，隧道连续穿越C6、C5、C3煤层。
2. 运输方案的选择
2.1 方案选择的原则。
（1）应根据隧道长度、断面大小、施工方法、机具设备、运量要求确定方案。
（2）减少干扰，提高装渣效率，运输效率，保证作业安全。
（3）根据场地要求、施工条件确定运输方案。
（4）确保投入产出成正比。
（5）确保安全施工、文明施工以及施工进度。
2.2 运输方案的对比。
根据当前国内山岭隧道施工采用的运输方式主要有两种，即有轨运输和无轨运输，即对这两种运输方案进行比较，选择最优方案。
（1）无轨运输。
主要用于大断面隧道作业，台阶法，全断面法开挖均适用，路面纵坡一般不大于20°。不利因素：汽车排放的尾气较多，洞内空气质量较差。
（2）有轨运输。
主要用于小断面隧道作业，装载机与自卸车无法并行，适合于全断面法施工，台阶法施工应用较困难。路面坡度有一定局限性，一般为0.3%～1%（电机车）；具有瓦斯等易燃、易爆气体的隧道；洞口场地平坦，空间较大。有利条件：洞内空气污染小，有利于人工洞内作业。
2.3 安全、质量方面的影响。
（1）无轨运输组织较简单，可操作性强，安全度高；而有轨运输对轨道、车辆、操作人员要求相对较高，施工组织难度较大，安全度较低。
（2）无轨运输条件下，仰拱作业可以紧跟开挖掌子面，结构能及时封闭，有利于结构稳定，保证施工安全，而且文明施工方面做得较好。而有轨运输条件下，仰拱工作面施工距掌子面的距离会很长，不能及时封闭结构，而且仰拱作业面轨道交叉多，施工组织难度非常大，影响开挖运输作业，不仅严重制约施工进度，还对文明施工、质量、安全都不利。 2.4 工作效率的对比。
（1）无轨运输组织简单，不用铺轨道，出碴灵活，工作效率高。而有轨运输，调度时间长，组织难度高，每次开挖都有铺轨时间，否则装载机运距较远，造成出碴效率低。
（2）无轨运输条件下，仰拱作业面采用栈桥施工，移动灵活，不影响仰拱施工，也不影响出碴进度，施工干扰小。而有轨运输条件下，首先轨道的拨接频繁，工作量大，仰拱施工速度慢，而且还会影响正常出碴，施工干扰大。
（3）无轨运输条件下，衬砌混凝土罐车运输量大，速度快，效率高，对混凝土的质量性能保障较好；而有轨运输条件下，轨行式混凝土罐车运量小，速度慢，效率低，要想保证混凝土质量就要加大投入。
2.5 施工进度的对比。
无轨运输组织简单，调度容易，装碴量大，出碴速度快，进度有保证。而有轨运输，组织复杂，调度相对困难，而且投入的人力、物力较多，施工进度难免受影响。
2.6 施工组织的管理对比。
（1）无轨运输组织简单，设备维修也容易，相关经验也多；而有轨运输组织复杂，设备维修相对困难，内部员工具有相关经验的人员也较少，因此，有轨运输施工组织管理难度较无轨运输难度要大得多。
（2）综上所述，天坪隧道横洞工区洞口场地狭小，不利于有轨运输的布设，选择无轨运输既可以保证施工安全、又可以保证施工质量、还可以提高施工进度，而且管理相对容易、效益明显。因此，天坪隧道横洞瓦斯工区采用无轨运输方案，可以对进洞机具设备进行防爆改装，就可以解决。
3. 瓦斯隧道管理措施
（1）对进洞挖掘、装载、运输等以柴油为动力的设备进行防爆改装，并通过验收合格，满足MT989-2006、MT990-2006相关标准的要求。
（2）电力供应和电气设备上严格执行“三专两闭锁”和“MA”准入制度，对于不防爆，没有防爆安全标识、国家明令禁止使用和淘汰的电气防爆设备严禁进洞使用。
（3）制定通风方案，建立完善有效的通风系统，前期采用压入式通风，中后期利用平导采用巷道式通风，满足瓦斯隧道通风要求。
（4）实行自动监测与人工监测相结合的监测体系，自动监测24小时有效，人工监测有效补充。
（5）制订严格的瓦斯管理制度，学习煤矿上的管理办法，严格进洞检身制度，严禁携带烟、火等进洞，严禁穿化纤衣服进洞，对于进风隧道等敏感地点严禁动火，对于隧道内其他可以进行不防爆操作的地点采取了每次都制定安全措施并签字贯彻的办法。
4. 煤矿无轨运输的现状
我国煤矿井下辅助运输状况与发达国家相比差距仍然较大，大多以有轨运输为主，90年代中期国内部分新建矿井开始采用无轨辅助运输代替传统的有轨辅助运输。如内蒙神华集团的大柳塔矿、山东兖矿集团的济三煤矿等。从使用情况看，采用无轨辅助运输后效率提高明显，目前采用无轨运输或者混合运输的煤矿占煤矿总数的比重越来越大，经对目前采用无轨运输煤矿建设现状的调查，经过煤层的斜井和斜巷，瓦斯赋存多少不一，施工设备与运输机械多采用隔爆型，无一是因为运输设备发生瓦斯事故。尤其2013年1月18日，贵州盘县金佳煤矿煤与瓦斯突出事故发生13人遇难事件证明，采用有轨运输，导致了“救援作业空间狭窄，导致搜救挖掘只能采取人工装货、轨道运输的方式出货，运输效率较低，增加了搜救难度。”
5. 设备防爆改装系统
5.1 防爆改装说明。
煤矿瓦斯监测设备目前市面上型号众多，但多数设备都比较笨重，价格质量也参差不齐，设备的安装维护也各有不同。考虑到监测系统在工程行走机械设备上应用与矿井的条件差别，经过项目部市场调研及方案比选，在现有防爆改装体系基础上，加以改进创新，选用KJ70NA型煤矿一体化安全监控系统，配备相应的传感器和监控分站，形成一套适合于车载的瓦斯监测系统，达到隔爆型设备的相应标准。该系统具有体积小巧、安装方便、运行稳定、价格便宜的特点。
5.2 防爆改装的原理和主要内容。
系统主要采集施工机械工作区域的环境瓦斯气体体浓度参数，控制分站根据采集的浓度值和控制逻辑进行分析处理。系统工作时，当环境瓦斯浓度逐渐上升，达到比较危险的浓度（比如按照有关规定设定为0.3%），分站向报警器发出报警信号，报警器发出声光报警，驾乘人员听到或看到报警信号后，立即停止作业，通知相关人员核查现场实际情况，在查明起因并解除危险后再行作业，可以实现危险提前处理的作用。如果瓦斯浓度上升较快或者是施
工机械现场无人值守时，环境瓦斯浓度达到较高危险限值0.5%后，此时控制分站再次向机械的断油熄火控制器发出控制信号，使机械自动停止工作，实现闭锁。所改装的主要内容如下：
（1）改装进气系统：
安装进气控制阀，阻止发动机回火，并控制发动机超速时关闭发动机。
（2）改装排气系统：
安装主冷却器、阻焰器、火花消除器，达到降低发动机排气温度、消除火焰、火花的目的。
（3）改装电气系统：
安装防爆发电机、防爆起动马达、防爆起动蓄电池、电器隔爆箱和控制开关等，控制发动机的运行和工作。
（4）仪表系统改装：
安装隔爆型电流表、水温表、机油压力表和油量表等控制仪表。
（5）改装控制系统：
安装发动机冷却水温检测阀和排气温度检测阀，一旦出现超温情况或其他影响发动机安全运行的情况，报警装置进行报警，并设有与进气控制阀相连的起动/紧急停机装置，可以在紧急情况下实现手动紧急停车。
（6）其他部分改装：主要是消除运动中产生的静电，添加静电消除装置。
6. 实施效果
6.1 通风效果。
采用无轨运输施工，洞内的污染源除爆破气体、瓦斯气体外还有各种内燃车辆排放的废气，经检测瓦斯浓度最大值出现在爆破后，在放炮后10～15min内，掌子面附近（约500m）的炮烟向洞口方向压出，通风30min后检测瓦斯浓度为0.01%～0.05%之间。
6.2 进度方面。
（1）采用无轨运输，运输能力强，速度快，工序循环影响不大。出碴、混凝土衬砌、隧道仰拱施工、底板砼施工采用栈桥可以同步进行，各工序影响不大，并且做到均衡生产，保证各工序正常衔接。
（2）爆破通风后可及时出碴，断面尺寸足够时可以采用多台车辆出碴，提高出碴速度，同时减少作业循环时间。
（3）采用无轨运输，横洞提前施组2个月到达井底，正洞IV级围岩无轨运输最大月进尺115.6m，III级围岩无轨运输最大月进尺160m。
6.3 安全方面。
截止目前，天坪隧道横洞工区采用无轨运输方式，瓦斯工区施工安全情况良好，未发生过一起瓦斯安全事故，并已安全顺利通过煤层。
7. 结语
瓦斯隧道较普通隧道施工具有安全风险高、施工难度大、管理难度大、施工效率低等特点。要想安全、优质、高效的完成瓦斯隧道的施工生产任务，首先需要解决的就是隧道瓦斯问题，天坪隧道横洞瓦斯工区安全顺利通过煤系地层，依赖于合理的施工方案、有效的施工组织、严格的管理制度及管理体系，本文通过对隧道施工的安全、进度、效益有巨大影响的运输方案的选择，总结了以下几点经验。
（1）不拘泥于传统思维，勇于创新，一旦获得成功，将会收益巨大。
（2）瓦斯隧道施工是一项系统工程，运输方案的选择还有赖于其它施工方案的合理运用，比如开挖、支护方案。
（3）设备防爆改装针对不同的隧道，不同的瓦斯环境，可以采用不同的改装方式。
（4）验证了车载瓦斯系统形成的设备防爆改装，适用于高瓦斯隧道施工。
参考文献
[1] TB10304-2009，铁路隧道工程施工安全技术规程[S].
[2] TB10120-2002，铁路瓦斯隧道技术规范[S].
[3] 赵全福主编. 煤矿安全手册[Z]. 北京：煤炭工业出版社，1994.
[4] 中华人民共和国煤炭工业部制定. 煤矿安全规程[S].
[5] 国家安全生产监督管理总局令2009第19号. 防治煤与瓦斯突出规定[S].