刘海滨 徐金欣
山东省核工业二四八地质大队 山东 青岛 266555
摘要：炭质板岩的瓦斯隧道项目实践中，勘察评价属于较为重要的工作内容，对项目建设质量及效果影响极大。鉴于此，本文主要围绕着炭质板岩的瓦斯隧道项目勘察方法及其评价开展深入的研究和探讨，期望可以为后续更多研究专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。
关键词：炭质板岩；瓦斯隧道；勘察方法；评价
前言：
炭质板岩的瓦斯隧道项目当中，现场勘察方法及其评价实践工作往往极具复杂性，需广大技术人员更为熟练地掌握勘察实操及其评价方法，确保此项工作得以高效落实。因而，结合以往经验总结分析炭质板岩的瓦斯隧道项目勘察方法及其评价，现实意义较为突出。
1 工况
以甘肃省的宕昌县化马隧道为例，其从属兰渝兰州铁路到一座特长广元段双线隧道，其全长约为12574m。化马隧道处化马沟的斜井正洞建设施工至DK304 +190时，借助电焊实施超前的小导管切割期间，导管口处气体发生燃烧现象，故施工停止。经测定确定，掌子面的右侧边墙处小导管实际瓦斯浓度是4.62%，处于通风状态之下，封闭式掌子面后所测定掌子面的瓦斯浓度大致是0.23%-1.24%范围。现以该项目为例，实施炭质板岩的瓦斯隧道项目勘察方法及其评价工作总结 分析。
2 勘察方法及评价
2.1 在现场勘察层面
1）在地质调绘层面
结合区域地质、水文地质、矿山地质、油气田相关有害气体的区测资料、施工作业揭示围岩特点、隧道地质实地勘测报告等，区内主要含有压碎岩、碳质板岩、石炭系的中上统式灰岩、二叠系的下统灰岩，无煤线及煤层相关地层存在[1]。现场勘察从DK304+202逐步进入至F36断层，上盘位置是石炭系的中上统已开挖灰岩，掌子面处是炭质板压碎岩夹灰岩，呈压碎结构，而原岩则是石炭系的炭质板岩，夹层是0.5m厚度石炭系灰白色灰岩，揉皱发育且岩质软，层间呈较差结合状态，节理裂隙呈发育状态，岩体无水且已破碎，是Ⅴ级的围岩。从已揭示地质具体情况可了解到，DK303+404—DK304+202段属于含有瓦斯地段，其全长约为797m。
2）在岩矿鉴定和碳含量测定层面
经薄片取样鉴定可了解到，岩石是板岩质泥炭质的碎裂岩、泥炭质砂质的板岩，内含新生矿物的绢云母、泥炭质的残余物、变余的碎屑物等。变余泥的炭质含量是26%-46%，是＜0.005mm以下粒径隐晶状的质点，无透光性。经测定可知晓，碳含量2.86%-2.96%。
3）在参数成果层面
一是，在测定岩样和孔内的含气量层面。结合项目实际需求，化马沟的斜井正洞处DK304+190—DK304+195段位置，有效测定3个岩样的瓦斯含量及其6组气主要成分。瓦斯以C2+、CO2、CH4为主，测点位置瓦斯的含量是0.14- 0.25m3/t，瓦斯气内C2+是0-0.93%、N2是47.37%-78.03%、CO2是0.04% -10.98%、CH4是14.45%-52.36%；孔内测得瓦斯的压力是0.24-0.32MPa；此测点位置透气性基本系数是0.0541- 7.2987m2/ MPa2·d；瓦斯放散实际初速度是1-2、样品自身坚固性的系数取值范围096-2.00；钻孔瓦斯的流量衰减基本系数范围是0.01- 0.40/d；二是，在煤质工业层面。此次实测在实验室内围绕3组样品实施挥发分、灰分、水分等化验操作。样品为92.2%-92.45%挥发的分产率、85.75%-89.85%的灰分产率、1.27%-1.37%的水分产率；三是，在测定瓦斯压力层面。
3个超前的地质钻孔当中测定瓦斯压力，经测定后获取取值范围是0.24-0.32MPa[2]；四是，在密度测试层面。在实验室内围绕所采集3组不同样品，实施视密度及真密度有效测试。经测定后可知晓，此样品是2.56-2.72g/cm3的视密度、2. 73- 2.98 g/cm3的真密度、6.15%-8.68% 的孔隙率。
4）在预测瓦斯的涌出量层面
瓦斯评价，结合测试试验信息数据来预测隧道内部瓦斯绝对的涌出量，将其划分成瓦斯隧道基本类型，还有瓦斯的地段等级。针对瓦斯实际涌出量的预测规范通常以分源预测方法为主，内含3部分，分别是：爆落岩块的瓦斯q1涌出量、岩壁新暴露瓦斯q2涌出量、砼地段洞壁处瓦斯q3逸出量。铁路线路瓦斯隧道科学技术规范和炭质板岩相关计算列式详见表1。该两种不同算法区别集中表现于吨煤炭瓦斯w逸出量、坑壁单位面积瓦斯逸的初始强度Q0、单位时间等层面。结合铁路线路瓦斯隧道科学技术实操规范所要求独头坑道处瓦斯的涌出量实测方法和各项参数的取值，预测分析对此隧道的化马沟处斜井正洞位置DK304+190的掌子面层瓦斯的涌出量，实测期间，为能更好地对透气性基本系数实施有效测定，则需先测定孔内瓦斯的流量，经瓦斯实际流量计算，将岩壁新暴露瓦斯的涌出量 q2算出；结合次隧道的化马沟位置正洞瓦斯实测监测资料显示，8月5日-8月30日此掌子面处瓦斯的涌出位置甲烷实际浓度的2%-2.67%，表明其甲烷浓度呈较小变化状态[3]。同期距所在掌子面的2-5m点，甲烷浓度是0.01%-0.02%，表明其甲烷浓度呈较小变化状态。开挖台车的下部分甲烷实际浓度的0.01%；而当年8月12日到8月31日时间段，距掌子面所在2-5 m处甲烷的浓度范围是0.10%-0.26%，表明其甲烷浓度呈较大变化状态。开挖台车的下部分甲烷浓度范围是为0-0.01%，此时甲烷浓度降低明显。瓦斯的涌出量可估算为0.4- 0.8m3/min。
图1 铁路线路瓦斯隧道科学技术规范和炭质板岩相关计算列式示图
2.2 在地质评价层面
结合瓦斯参数现场测试和瓦斯实际涌出量的预测结果，针对此隧道瓦斯所在工区划分、地段等级、煤炭和瓦斯突出的危险性等所作出评价详细为：一是，在瓦斯工区实际划分层面。结合铁路线路瓦斯隧道科学技术实施规范，独头坑道位置瓦斯是2.80m3/min涌出量，此工区从属高瓦斯区，从属高瓦斯的隧道；结合钻孔瓦斯的流量预测方法，独头坑道处瓦斯是0.69m3/min涌出量，从属高瓦斯的隧道；结合瓦斯现场涌出测定，所估算出瓦斯实际涌出量是0.5-0.9m3/min，从属高瓦斯的工区；二是，在瓦斯的地段等级层面。三个钻孔瓦斯实际压力各为：0.25MPa、0.32MPa、0.28MPa，结合铁路线路瓦斯隧道科学技术实施规范，隧道瓦斯所在地段等级可判定是二级；三是，在煤炭和瓦斯突出的危险性层面。结合实测结果可判定，瓦斯压力是0.25-0.32MPa、岩样的坚固系数是0.96-2.00、瓦斯放散实际初速度即1-2，煤炭破坏性基本类型被划定成Ⅱ类，并未达到突出的危险性各项指标，故此工区并没有煤炭和瓦斯突出的危险性。
3 结语
从总体上来说，针对炭质板岩的瓦斯隧道项目建设来说，勘察方法及其评价层面工作必不可少，可为后续更好地落实各项建设施工活动奠定良好基础。对此，要求广大技术员能够严格依照着铁路线路瓦斯隧道科学技术规范及实操要求等，积极落实炭质板岩的瓦斯隧道项目现场勘察及有效评价各项工作，以为炭质板岩的瓦斯隧道项目建设高质量完成提供基础保障。
参考文献：
[1] 陈涛、陈昱志、陈文祥. 中寨隧道岩土工程勘察与评价[J]. 黑龙江交通科技, 2020, 20(010):130-131.
[2] 朵生君. 铁路高瓦斯隧道油气评价及处治技术研究——以黔张常铁路唐家寨隧道为例[J]. 铁道标准设计, 2020, 18(011):126-132.
[3] 煤矿采空区勘察方法及稳定性评价方法的探讨[J]. 中国科技纵横, 2019, 24(007):171-172.
作者简介：刘海滨（1983.05）；性别：男，籍贯：甘肃省秦安县，学历：本科，中国海洋大学；现有职称：中级工程师；研究方向：岩土工程。