瓦斯隧道施工引發(fā)瓦斯爆炸的隱患及預(yù)防對(duì)策

摘 要：以袍子嶺隧道成功穿越煤層瓦斯富含地段的施工實(shí)踐為例，探討了煤系地層隧道掘進(jìn)爆破引發(fā)瓦斯爆炸災(zāi)害的原因、預(yù)防措施，并從瓦斯測(cè)定、開(kāi)挖、爆破技術(shù)等措施上提出了見(jiàn)解。

關(guān)鍵詞：瓦斯隧道；施工；瓦斯爆炸；預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：F287.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3198（2007）09-0294-02

1 對(duì)隧道穿越煤層瓦斯地段的總體開(kāi)挖施工措施

在袍子嶺隧道穿越煤層瓦斯地段的掘進(jìn)爆破施工中，總的原則是“早封堵、短進(jìn)尺、多循環(huán)、快封閉”，防止有害氣體的溢出。

在隧道剛進(jìn)入瓦斯地層時(shí)，采用的是全斷面一次開(kāi)挖法，以求達(dá)到迅速鉆眼、爆破、噴射混凝土實(shí)現(xiàn)及時(shí)封閉的效果。實(shí)際上在進(jìn)入煤層7m處，隧道掌子面正常爆破時(shí)，由于瓦斯、一氧化碳等有害氣體大面積突溢，發(fā)生瓦斯氣體燃燒，燃燒面積達(dá)5.8m3。隨即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，在10分鐘內(nèi)迅速完成人員和設(shè)備的撤離，并封閉洞口，防止了更大事故的發(fā)生。分析原因：隧道開(kāi)挖掌子面前方為樂(lè)平煤系構(gòu)造的破碎巖層，貫通節(jié)理、孔隙；一次開(kāi)挖斷面面積過(guò)大，煤層裸露面積大，封閉時(shí)間長(zhǎng)；采用壓入式通風(fēng)，容易在爆破掌子面形成回風(fēng)流，造成突溢瓦斯局部濃度上升。

預(yù)防對(duì)策：通風(fēng)，使用正洞壓入式通風(fēng)，平行導(dǎo)坑在橫通道處采用局部抽出風(fēng)式通風(fēng)，形成進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷，避免回風(fēng)流的產(chǎn)生，防止瓦斯的局部積蓄；掘進(jìn)方法上，由原來(lái)的全斷面一次開(kāi)挖法改為側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖，即把60m²的開(kāi)挖斷面面積改為兩個(gè)30m²的開(kāi)挖斷面面積錯(cuò)臺(tái)5m開(kāi)挖，以減少瓦斯溢出的直接接觸面積；爆破通風(fēng)后，出渣前，連開(kāi)挖掌子面也及時(shí)地進(jìn)行噴射混凝土封閉；開(kāi)挖掌子面前方采用細(xì)水泥沙漿（必要時(shí)摻入一定量的水玻璃漿液）進(jìn)行全斷面（有80環(huán)形外飄角）帷幕注漿預(yù)固結(jié)樂(lè)平煤系構(gòu)造的破碎巖層、貫通節(jié)理、孔隙，阻斷瓦斯溢出孔道；加速二次混凝土襯砌與掌子面的跟進(jìn)距離，跟進(jìn)距離控制在20m以內(nèi)，在隧道一、二次襯砌間加設(shè)全封閉隔氣板；初期支護(hù)、二次襯砌采用密性混凝土(不透氣性比普通混凝土高1000倍)，以杜絕已襯砌隧道段的瓦斯泄漏。

在袍子嶺隧道后來(lái)成功穿越DK213+948～ DK214+150瓦斯段的隧道施工與瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)定數(shù)據(jù)證明：這是一套安全、迅速穿越煤層瓦斯富含地段的隧道掘進(jìn)工法。

2 瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)定、控制技術(shù)措施

根據(jù)袍子嶺隧道煤壁瓦斯涌出規(guī)律，為了準(zhǔn)確測(cè)定、控制瓦斯?jié)舛龋谒淼涝矫簩油咚沟囟蔚木蜻M(jìn)爆破施工中，探討制定了實(shí)施性的瓦斯?jié)舛葴y(cè)定、控制預(yù)防對(duì)策。

對(duì)瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)定，實(shí)際采用8臺(tái)光干涉瓦斯檢測(cè)儀（KG9701）和一臺(tái)高精度光干涉瓦斯檢測(cè)儀。測(cè)定瓦斯?jié)舛赛c(diǎn)，設(shè)在隧道風(fēng)流的上部進(jìn)行，距離煤壁200mm處。即將光干涉瓦斯檢測(cè)儀（KG9701）的二氧化碳吸收管進(jìn)氣口置于隧道風(fēng)流的上部邊緣進(jìn)行采氣，連續(xù)測(cè)定三次，取其最大值。爆破后定期測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)量和瓦斯?jié)舛取?004年3月27日與4月2日，袍子嶺隧道實(shí)際掘進(jìn)與瓦斯?jié)舛炔杉瘮?shù)據(jù)(見(jiàn)表1)。

從袍子嶺隧道實(shí)際掘進(jìn)與瓦斯?jié)舛炔杉瘮?shù)據(jù)表中也可以證明：前面采用的側(cè)壁導(dǎo)坑法及其采取相應(yīng)預(yù)防瓦斯的對(duì)策是十分必要的。

袍子嶺隧道實(shí)際掘進(jìn)與瓦斯?jié)舛炔杉瘮?shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果采用測(cè)量結(jié)果的最大值（ρ）來(lái)繪制質(zhì)量控制圖。按每次測(cè)取連續(xù)三個(gè)掘進(jìn)循環(huán)的18個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算，繪制袍子嶺隧道實(shí)際瓦斯質(zhì)控圖(見(jiàn)圖2)。

以ρ為啟動(dòng)瓦斯?jié)舛韧L(fēng)線，其中ρ=0.5（瓦斯?jié)舛润w積百分比）；以ρ±1m繪制瓦斯加強(qiáng)通風(fēng)線，其中ρ=0.75（瓦斯?jié)舛润w積百分比）；以ρ±2m繪制瓦斯報(bào)警線，其中ρ=1.0（瓦斯?jié)舛润w積百分比）；以ρ±3m繪制瓦斯控制線，其中ρ=1.25（瓦斯?jié)舛润w積百分比）；當(dāng)ρ=1.5時(shí)（瓦斯?jié)舛润w積百分比），必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理。

袍子嶺隧道實(shí)際瓦斯質(zhì)控圖中：當(dāng)質(zhì)控圖各組成參數(shù)規(guī)定后，按測(cè)算結(jié)果的順序點(diǎn)插入圖中相應(yīng)位置。它反映了儀器測(cè)量結(jié)果與真值的符合程度，快捷可靠，明了直觀，便于各層瓦斯?jié)舛瓤刂迫藛T操作控制，據(jù)此指導(dǎo)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，選定機(jī)械性能及確定施工技術(shù)組織措施。

3 瓦斯隧道爆破施工的技術(shù)對(duì)策

(1)炸藥，雷管的控制。

炸藥爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波、熾熱的固體微粒和爆炸生成的高溫氣體可能引爆瓦斯，變質(zhì)的炸藥因爆炸不完全而產(chǎn)生游離氧、氧化氮、一氧化碳等不良?xì)怏w可以縮短瓦斯氧化的感應(yīng)期而起催化作用；普通巖石炸藥爆炸后其所含的鋁、鎂等金屬粉末的增溫作用很大，超過(guò)瓦斯的最小點(diǎn)燃能量和長(zhǎng)于感應(yīng)期，能引發(fā)瓦斯爆炸。因此，在袍子嶺隧道實(shí)際爆破中選用煤礦許用安全炸藥，禁止使用普通巖石炸藥，更不能使用變質(zhì)炸藥。

雷管的起爆能不足，將導(dǎo)致炸藥爆炸不完全產(chǎn)生不良?xì)怏w；如雷管的延期時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)130ms，更容易引起爆炸。在瓦斯環(huán)境中必須選擇符合部頒標(biāo)準(zhǔn)的煤礦許用電雷管，即選用適應(yīng)各級(jí)瓦斯?jié)舛鹊燃?jí)的毫秒延期電雷管第一系列的前五個(gè)段和第二系列的前九個(gè)段。而且一次爆破中，只能用同廠、同批生產(chǎn)的雷管，并逐個(gè)作全電阻檢查，電阻差不應(yīng)大于0.25Ω。禁止在瓦斯環(huán)境中使用火雷管和非電塑料導(dǎo)爆管。

(2)掘進(jìn)爆破的鉆眼、堵塞技術(shù)對(duì)策。

在中隔墻法施工瓦斯隧道中，鉆眼采用濕鉆，嚴(yán)禁采用沖擊鉆或干鉆。炮孔的堵塞質(zhì)量對(duì)提高爆破效率，減少有害氣體和防止炸藥爆炸時(shí)火花包泄起很大作用，因此，裝藥完畢必須充填符合安全要求長(zhǎng)度的泡泥，并搗實(shí)。實(shí)際用1︰3的泥沙混合泡泥，濕度為18~20%。這種泡泥既有良好的可塑性，又具有較大的摩擦系數(shù)，炮孔深度超過(guò)1m時(shí)，要求堵塞長(zhǎng)度不小于0.3m。對(duì)起爆母線、支線、端線和腳線的使用按煤礦炮采時(shí)爆破的要求進(jìn)行了控制。

(3)起爆電源和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接方式的技術(shù)對(duì)策。

起爆電源在含瓦斯的隧道環(huán)境中爆破，通電時(shí)間必須小于6ms，使用線路電源放炮，由于無(wú)法控制通電時(shí)間，電路被炸斷時(shí)可能產(chǎn)生電火花，引爆瓦斯。因此只能采用MFBB型煤礦發(fā)爆器作為起爆電源。

發(fā)爆器的鑰匙必須由爆破工隨身攜帶，嚴(yán)禁插在發(fā)爆器上或轉(zhuǎn)交他人；有煤塵與瓦斯爆炸危險(xiǎn)的掌子面，嚴(yán)禁同時(shí)使用兩臺(tái)發(fā)爆器；串聯(lián)電路受母線電阻的影響不大顯著，需要的總電流小，符合發(fā)爆器起爆的特點(diǎn)，在含瓦斯的隧道環(huán)境中使用較安全，但是串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接時(shí)的起爆雷管個(gè)數(shù)在100發(fā)以下，這也是前面開(kāi)挖方法中采取小斷面開(kāi)挖的措施之一。因此袍子嶺隧道爆破采用串聯(lián)起爆網(wǎng)絡(luò)，要求各接頭密貼、結(jié)實(shí)，并用電工膠布將接頭處包裹嚴(yán)實(shí)。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接方式見(jiàn)串聯(lián)電爆網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖3)。

1-電源，2-導(dǎo)線，3-雷管

(4)起爆技術(shù)對(duì)策。

側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖中的左右側(cè)導(dǎo)坑必須留5m的錯(cuò)臺(tái)，而且必須防止左右側(cè)導(dǎo)坑出現(xiàn)一次裝藥分次爆破的操作發(fā)生。因?yàn)橄缺诳资鼓┍诳字車a(chǎn)生較大的裂隙，同時(shí)，瓦斯含量升高，局部通風(fēng)死角的瓦斯?jié)舛仍诙虝r(shí)間內(nèi)不能降致安全范圍，后爆孔的炸藥爆炸產(chǎn)生的火焰從裂隙中噴出，可能引爆瓦斯，所以左右側(cè)導(dǎo)坑的鉆眼爆破工序應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)。單側(cè)導(dǎo)坑的爆破，要嚴(yán)格執(zhí)行一次裝藥一次起爆，并在爆破前檢查距掌子面20m內(nèi)的瓦斯?jié)舛龋瑢?duì)不符合袍子嶺隧道實(shí)際瓦斯質(zhì)控圖二中瓦斯控制線的規(guī)定，即當(dāng)ρ≥1.5時(shí)（瓦斯?jié)舛润w積百分比），不允許爆破。

(5)爆破中控制空氣沖擊波及其輔助技術(shù)對(duì)策。

由于爆破激起的空氣沖擊波的溫度和壓力都很高，但作用時(shí)間較短，不能將瓦斯加熱到爆發(fā)溫度，可是空氣沖擊波經(jīng)過(guò)反復(fù)迭加，則有引起瓦斯爆炸的危險(xiǎn)。因此，掘進(jìn)掌子面不得有阻塞斷面三分之一以上的物體，隧道中的鑿巖臺(tái)車、裝載機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等大型機(jī)械在爆破前應(yīng)退離到距掌子面后20m以外。

在瓦斯隧道中要求供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及設(shè)備符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定外，工作人員不允許穿化纖衣服進(jìn)入隧道，化纖衣服與人體摩擦產(chǎn)生并積聚一定量的電荷，也可能引爆雷管和瓦斯。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”