瓦斯隧道施工安全措施探討

周小軍

石山嶺隧道是改建鐵路湘桂線衡陽(yáng)—永州段擴(kuò)能改造工程中一座具有瓦斯的隧道。瓦斯作為隧道施工中有害因素，不加預(yù)報(bào)排放或超過(guò)一定濃度將會(huì)引起事故造成巨大的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。在國(guó)內(nèi)采煤、開礦、鐵路和公路隧道施工中有出現(xiàn)大的瓦斯事故的先例。因此，在施工前建立完善的瓦斯監(jiān)控體系、配備相應(yīng)檢測(cè)儀器、制定詳細(xì)的安全技術(shù)操作規(guī)程、作好超前預(yù)報(bào)和瓦斯救援等安全措施是預(yù)防瓦斯事故發(fā)生的關(guān)鍵。

1 工程概況

石山嶺隧道位于永州市竹山橋鎮(zhèn)，隧道屬丘陵地區(qū)，全長(zhǎng)498 m，由煤系硬質(zhì)砂巖、礫砂巖構(gòu)成南東向連綿丘陵，走向與線路大致垂直。隧道范圍內(nèi)穿越多層含煤地層和礦井采空區(qū)。根據(jù)記載:隧道經(jīng)過(guò)的廢棄煤礦在開采時(shí)所檢測(cè)的相對(duì)沼氣涌出量和相對(duì)二氧化碳涌出量較大，曾因電纜短路產(chǎn)生火花引發(fā)瓦斯爆炸;在開采煤層時(shí)，曾發(fā)生過(guò)多次煤的自然發(fā)火現(xiàn)象，分析原因可能與煤層厚度大，且易于破碎，煤的揮發(fā)成分高，硫分含量較高易氧化及通風(fēng)不良等因素有關(guān)。

2 施工方案及安全技術(shù)措施

2.1 建立瓦斯監(jiān)控體系及儀器配備

2.1.1 組織機(jī)構(gòu)及儀器配備

組建由項(xiàng)目經(jīng)理為組長(zhǎng)的瓦斯監(jiān)控管理小組，總工程師和管安全生產(chǎn)的副經(jīng)理為副組長(zhǎng)。現(xiàn)場(chǎng)配備專職安全員和瓦斯檢測(cè)員，24 h輪流值班檢測(cè)瓦斯?jié)舛葧嬗涗浽诎浮?/p>

建立人工檢測(cè)和自動(dòng)監(jiān)控報(bào)警相結(jié)合的瓦斯監(jiān)控體系，配備人員識(shí)別卡，采用進(jìn)出洞人員登記制度。

1)人工監(jiān)測(cè):現(xiàn)場(chǎng)各作業(yè)面工班長(zhǎng)、當(dāng)班領(lǐng)工員、專職瓦斯監(jiān)測(cè)員配備JCB-C103A型便攜式瓦斯監(jiān)測(cè)儀及AZD-1智能多參數(shù)檢測(cè)報(bào)警儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)日常施工監(jiān)測(cè)。2)KJ76N自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng):該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完成甲烷風(fēng)電閉鎖功能，具有系統(tǒng)設(shè)備布置圖顯示功能。

瓦斯傳感器分別布置在隧道掌子面拱頂下1 m(兩臺(tái))，分站及風(fēng)速傳感器布置在DK114+795拱頂下2 m(瓦斯監(jiān)測(cè)儀1臺(tái)、風(fēng)速傳感器1臺(tái))，隨著隧道不斷掘進(jìn)，分站和隧道掌子面兩臺(tái)傳感器同時(shí)前移，保持距離約100 m。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)布置圖見圖1。

2.1.2 隧道施工控制瓦斯限值及超限處理措施

隧道中煤(巖)層中瓦斯涌出濃度的大小是危險(xiǎn)程度的標(biāo)志，施工中必須將瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩南拗狄詢?nèi)(見表1)。

2.1.3 現(xiàn)場(chǎng)瓦斯檢測(cè)

1)隧道瓦斯檢測(cè)采用人工檢測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)兩種手段。人工檢測(cè)瓦斯?jié)舛仍O(shè)置瓦斯?jié)舛葓?bào)警點(diǎn)為1.0%，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛葓?bào)警點(diǎn)設(shè)置為0.5%。2)檢測(cè)頻率:當(dāng)瓦斯?jié)舛仍?.5%以下時(shí)，瓦斯檢測(cè)員每1 h檢查一次;瓦斯?jié)舛仍?.5%以上時(shí)，應(yīng)隨時(shí)檢查，檢查作業(yè)不得離開該工作面;瓦斯檢測(cè)員必須保證“一炮三檢制”和“三人連鎖放炮制”。檢測(cè)地點(diǎn):隧道內(nèi)各工作面(掌子面開挖、掌子面初期支護(hù)、仰拱開挖、仰拱混凝土施工、防水板掛設(shè)、二次襯砌立模、二次襯砌混凝土灌注、隧道散水治理);瓦斯可能產(chǎn)生積聚的地點(diǎn)(二襯臺(tái)車部位、每個(gè)加寬道開始和結(jié)束里程的拱部、隧道內(nèi)較大預(yù)留洞室的上部、隧道掌子面未施作初期支護(hù)的背后、隧道內(nèi)具有明顯凹陷的地點(diǎn));隧道內(nèi)可能產(chǎn)生火源的地點(diǎn)(電機(jī)附近、電氣開關(guān)附近、電纜接頭的地點(diǎn));瓦斯可能滲出的地點(diǎn)(地質(zhì)破碎地帶、地質(zhì)變化地帶、煤線地帶、裂隙發(fā)育的砂巖、泥巖及頁(yè)巖地帶);在隧道進(jìn)行超前鉆孔前，必須在超前鉆孔附近進(jìn)行瓦斯檢測(cè);被批允許的洞內(nèi)電氣焊接作業(yè)地點(diǎn)、內(nèi)燃機(jī)具、電氣開關(guān)、電機(jī)附近20 m范圍內(nèi)必須進(jìn)行瓦斯檢測(cè)。3)瓦斯檢測(cè)員對(duì)瓦斯?jié)舛葯z測(cè)信息反饋:瓦斯檢測(cè)員應(yīng)作好人工瓦斯檢測(cè)記錄，并每天按時(shí)交技術(shù)室存檔。

表1 隧道施工控制瓦斯限值及超限處理措施表

2.2 安全技術(shù)操作規(guī)程

1)電氣設(shè)備與作業(yè)機(jī)械。隧道內(nèi)瓦斯工區(qū)的電氣設(shè)備和作業(yè)機(jī)械必須使用防爆型;瓦斯工區(qū)內(nèi)各級(jí)配電電壓應(yīng)符合:高壓不大于10 000 V、低壓不大于 1 140 V、照明和手持式電氣設(shè)備的額定電壓不大于220 V、遠(yuǎn)距離控制線路的額定電壓不應(yīng)大于36 V。瓦斯工區(qū)內(nèi)電纜線必須選用經(jīng)檢驗(yàn)合格的并取得煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志的阻燃電纜;照明、通信、信號(hào)和控制用的電纜，應(yīng)采用鎧裝電纜、不延燃橡套電纜或礦用型塑料電纜。2)隧道通風(fēng)和瓦斯防治。隧道掌子面的風(fēng)流中，氧氣濃度不低于20%，瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)0.5%。在施工期間應(yīng)連續(xù)通風(fēng)，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1%和CO2濃度超過(guò)1.5%時(shí)，要加強(qiáng)通風(fēng);當(dāng)瓦斯?jié)舛群虲O2濃度超過(guò)3%時(shí)，要立即上報(bào)領(lǐng)導(dǎo)采取安全措施。3)鉆爆作業(yè)和揭煤防突。a.瓦斯隧道內(nèi)的爆破作業(yè)必須采用煤礦許用炸藥，有突出地段安全等級(jí)不低于三級(jí)的瓦斯區(qū)段需使用含水炸藥;瓦斯工區(qū)必須采用電力起爆，并使用煤礦許用電雷管。嚴(yán)禁使用秒或半秒級(jí)電雷管。使用煤礦許用毫秒延期電雷管時(shí)，最后一段的延期時(shí)間不得大于130 ms。開挖工作面附近20 m風(fēng)流中瓦斯?jié)舛缺仨毿∮?.5%;必須采用濕式鉆孔;炮眼深度不應(yīng)小于0.6 m。在有煤塵爆炸危險(xiǎn)的煤層中，開挖工作面爆破前，必須對(duì)作業(yè)面20 m以內(nèi)的巷道進(jìn)行灑水降塵;爆破作業(yè)人員應(yīng)隨身攜帶自救器和防爆蓄電池?zé)?。b.揭煤前要進(jìn)行鉆孔超前探測(cè)，探明煤層和采煤坑道的準(zhǔn)確位置，釋放瓦斯壓力，抽排集聚的瓦斯，排放的范圍控制在3 m～7 m，排放時(shí)間為15 d～30 d，孔眼宜按孔距和排距1.0 m布置。在鉆孔過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)工作面通風(fēng)，檢測(cè)瓦斯?jié)舛龋绯霈F(xiàn)濃度達(dá)1.5%，應(yīng)立即撤人斷電，并加強(qiáng)通風(fēng)。

2.3 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

1)超前地質(zhì)鉆探前要做好煤層取樣及孔內(nèi)瓦斯測(cè)試等各項(xiàng)工作，鉆探中每一回次進(jìn)尺為20 cm～30 cm，如遇到卡鉆、突快突慢等異常現(xiàn)象，則及時(shí)提鉆鑒定巖芯。在鉆進(jìn)過(guò)程中，瓦斯檢測(cè)員應(yīng)連續(xù)檢測(cè)孔口空氣中的瓦斯?jié)舛取?)超前探測(cè)要注意掌握并收集鉆探過(guò)程中可能出現(xiàn)頂鉆、夾鉆、噴孔等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。當(dāng)遇到瓦斯逸出時(shí)，試驗(yàn)人員及時(shí)測(cè)試瓦斯涌出量及瓦斯壓力，同時(shí)做好超前鉆孔記錄。3)超前探測(cè)一般采用濕式鉆孔，當(dāng)進(jìn)入煤層或煤線地層取樣時(shí)采用干鉆。在距離初探煤層位置10 m(垂直距離)處的開挖面打5個(gè)超前探孔，并取煤芯(巖芯)，根據(jù)各孔見煤、出煤點(diǎn)探測(cè)開挖工作面前方上部及左右部位煤層位置，計(jì)算煤層厚度、傾向、走向與隧道走向的關(guān)系。

2.4 瓦斯救護(hù)

1)發(fā)生瓦斯事故后，應(yīng)立即上報(bào)，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，按程序盡快探明事故性質(zhì)、原因、范圍、遇難人數(shù)和事故地點(diǎn)所在的位置，以及洞內(nèi)瓦斯及通風(fēng)情況，并馬上制訂搶救方案。2)瓦斯工區(qū)處理塌方應(yīng)遵守下列規(guī)定:a.對(duì)塌方體上方聚積的瓦斯應(yīng)設(shè)置局部通風(fēng)排除。b.對(duì)塌方地段的巖隙應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作，掌握瓦斯?jié)舛茸兓闆r，及時(shí)發(fā)出險(xiǎn)情報(bào)告。c.塌方地段應(yīng)盡快襯砌，封閉瓦斯。3)組建救護(hù)隊(duì)，救護(hù)隊(duì)是處理瓦斯、煤塵、水等災(zāi)害的隊(duì)伍;救護(hù)隊(duì)員應(yīng)是隧道一線特種作業(yè)人員。救護(hù)裝備、器材、防護(hù)用品和安全檢測(cè)儀器、儀表，必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4)處理爆炸事故時(shí)，救護(hù)小隊(duì)進(jìn)入災(zāi)區(qū)必須遵守下列規(guī)定:a.查災(zāi)區(qū)內(nèi)各種有害氣體的濃度、溫度及通風(fēng)設(shè)施破壞情況，發(fā)現(xiàn)有再次爆炸危險(xiǎn)時(shí)，必須立即撤到安全地點(diǎn)。b.救護(hù)隊(duì)在高溫區(qū)進(jìn)行救護(hù)工作時(shí)，救護(hù)隊(duì)員進(jìn)入高溫區(qū)的時(shí)間不得超過(guò)表2規(guī)定。

表2 救護(hù)隊(duì)員進(jìn)入高溫災(zāi)區(qū)的最長(zhǎng)時(shí)間值

3 結(jié)語(yǔ)

瓦斯隧道在國(guó)內(nèi)工程中較為常見，在施工前制定嚴(yán)格的安全生產(chǎn)管理措施，配備專業(yè)專職的瓦斯檢測(cè)人員和較為先進(jìn)的檢測(cè)儀器及防爆型施工設(shè)備，加強(qiáng)瓦斯監(jiān)控和檢測(cè)，科學(xué)、合理地組織施工，對(duì)于預(yù)防瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失、保障工期具有重大意義。

[1] TB 10120-2002，J160-2002，鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 國(guó)家安全生產(chǎn)管理監(jiān)督總局.煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程[S].

[3] 煤炭工業(yè)制定部.防治煤與瓦斯突出細(xì)則[M].北京:煤碳工業(yè)出版社，1995.