《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）第二部分隧道工程篇《瓦斯突出隧道安全风险智能防控技术研究与应用》
获奖项目名称：瓦斯突出隧道安全风险智能防控技术研究与应用
完成单位：中铁隧道局集团有限公司、中铁隧道勘察设计研究院有限公司、中铁隧道集团一处有限公司、河南理工大学、中国矿业大学
主要完成人：吴元金、卓越、王栋、孟国基、赵希望、刘石磊、杨立新、崔立志、陈海锋、刘争刚、张玉强、杨小彬、马国栋
项目简介
1.项目背景
新建渝黔铁路天坪隧道为瓦斯突出隧道，其瓦斯含量高，压力大，为极高风险隧道，施工中存在许多技术难题需要研究，特别是瓦斯突出隧道中如何采用非防爆无轨运输的技术难题亟待解决。为确保天坪隧道安全、快速、高质量的进行施工，中铁隧道局集团有限公司设立两项专题项目，并列入中国中铁股份公司科技开发计划课题重点项目，重点研究瓦斯突出隧道修建过程中遇到的技术难题和关键技术，为天坪隧道的修建保驾护航。
2.技术概况
项目针对高瓦斯及瓦斯突出隧道施工过程中遇到的技术难题提出了一系列的解决措施。提出了三段式隧道施工通风自动控制算法和基于PC-STEL标准的爆破排烟风量的计算方法，研发了隧道瓦斯无线监测新技术，实现了隧道施工通风的智能化控制，降低了隧道施工通风成本；建立了高瓦斯隧道掘进工作面甲烷传感器布置优化方法，提升了工作面瓦斯监测的有效性和可靠性，实现了对掘进工作面瓦斯的精准监测，有效地保障了瓦斯隧道安全施工；研发了瓦斯隧道穿层网格预抽煤层瓦斯新技术，实现了煤系瓦斯突出地层区段内多煤层一次抽放；提出了瓦斯工区“就高定级，分段管理，前后兼顾”的理念和原则，成功解决了瓦斯突出隧道非防爆无轨运输的难题，实现了对瓦斯浓度、涌出量的有效控制。
3.适用范围
项目主要围绕铁路瓦斯突出隧道相关技术难题开展研究，取得的主要成果可以应用于铁路、公路和水利等行业的高瓦斯和瓦斯突出隧道的修建领域，自动节能通风技术成果可推广应用到一般的隧道修建项目。
项目创新点
鉴于高瓦斯和瓦斯突出隧道施工过程中的诸多难题，开展了瓦斯突出隧道安全风险智能防控技术研究，解决了瓦斯突出隧道的关键技术难题，形成了瓦斯突出隧道成套施工技术。研究取得的主要创新点如下：
（1）瓦斯突出隧道智能化通风技术
提出了基于PC-STEL标准的爆破排烟风量的计算方法，保障了作业人员的健康安全，降低了通风难度。首次提出了一种三段式隧道施工通风控制算法，得出了风机自动控制运行频率值，实现了节能和满足现场通风的需求。
（2）瓦斯突出隧道自动化监控技术
首次研发应用了隧道瓦斯无线监测新技术，建立了高瓦斯隧道掘进工作面甲烷传感器布置优化方法，提升了大断面隧道掘进工作面瓦斯监测的有效性和可靠性，实现了对掘进工作面瓦斯的精准监测，有效地保障了瓦斯隧道安全施工。
（3）隧道瓦斯突出地层网格抽排新技术
研发了瓦斯隧道穿层网格预抽煤层瓦斯新技术，实现了煤系瓦斯突出地层区段内多煤层一次抽放，消除了瓦斯突出隐患，缩短了瓦斯抽放工期，降低了隧道施工成本。
（4）瓦斯突出隧道非防爆无轨运输成套技术
提出了瓦斯工区“就高定级，分段管理，前后兼顾”的理念和原则，成功解决了瓦斯突出隧道非防爆无轨运输的难题，实现了对涌出量、瓦斯浓度的有效控制，保证了瓦斯突出隧道的安全施工，积累了一定的瓦斯突出隧道施工经验。
应用案例
鉴于天坪隧道诸多难题，依托本工程开展了“瓦斯突出隧道安全风险智能防控技术研究与应用”专项课题研究，并取得了一系列技术成果，先后在渝黔铁路天坪隧道、凉风垭隧道、郑万铁路香炉坪隧道等工程项目上得到了应用，对瓦斯突出隧道的快速安全施工起了重要作用。情况如下：
（1）通过煤与瓦斯超前预报技术，精准确定煤层瓦斯位置和主要参数，为瓦斯抽放消突和揭煤提供依据
（2）通过采用智能化通风技术，实现了按需供风，降低能耗24.6%；
（3）通过采用穿层网格预抽煤层瓦斯施工技术，消除了瓦斯突出的隐患，节约了瓦斯抽放时间和成本。
（4）应用了隧道无线瓦斯监测新方法，保证了隧道瓦斯监测数据的连续性和及时性，为瓦斯隧道施工安全提供了有力保障。
（5）利用瓦斯涌出量的控制技术、自动节能通风技术和瓦斯监测监控技术，实现对整个隧道的瓦斯浓度控制，确保瓦斯浓度控制在0.3%以下，同时加上配套的安全措施，实现瓦斯突出隧道的非防爆无轨运输，解决了瓦斯突出隧道无轨运输的难题，缩短了循环作业时间，加快了施工进度，为保证项目工期要求作出了贡献。
社会效益与经济效益
瓦斯突出隧道安全风险智能防控成套技术成果的应用，降低了通风机的能耗，比普通风机节能24.6%；节省施工工期5个月，大大降低了施工成本；采用非防爆无轨运输技术，直接降低成本投入3000多万元，安全顺利地穿过了瓦斯突出危险的煤系地层。在课题的研究过程中，共获得发明专利8项，实用新型专利2项，软件著作权1项，省部级工法5项，论文13篇（其中EI检索4篇）。应用范围包括铁路、公路和水利等高瓦斯和瓦斯突出隧道的修建领域，自动节能通风技术可推广应用到一般的隧道修建中。
目前，我国正在实施八纵八横的高铁战略，每年都要修建大量隧道，其中有不少高瓦斯和瓦斯突出隧道，但该项目成果推广范围有限。行业内的认可需要一个过程，特别是突破规范的技术，存在推广应用阻力较大的问题，需要各方达成共识。本项目成果期望在今后的高瓦斯和瓦斯突出隧道中得到广泛应用，必将为企业创造巨大的经济、环境和社会效益，前景广阔。
