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—永州段擴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)報排放或超過一定濃度將會引起事故造成巨大的傷亡和經(jīng)濟損失。在國內(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)過的廢棄煤礦在開采時所檢測的相對沼氣涌出量和相對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，曾發(fā)生過多次煤的自然發(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 組織機構(gòu)及儀器配備

組建由項目經(jīng)理為組長的瓦斯監(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。現(xiàn)場配備專職安全員和瓦斯檢測員，24 h輪流值班檢測瓦斯?jié)舛葧嬗涗浽诎浮?/p>

建立人工檢測和自動監(jiān)控報警相結(jié)合的瓦斯監(jiān)控體系，配備人員識別卡，采用進出洞人員登記制度。

1)人工監(jiān)測:現(xiàn)場各作業(yè)面工班長、當(dāng)班領(lǐng)工員、專職瓦斯監(jiān)測員配備JCB-C103A型便攜式瓦斯監(jiān)測儀及AZD-1智能多參數(shù)檢測報警儀進行現(xiàn)場日常施工監(jiān)測。2)KJ76N自動監(jiān)測系統(tǒng):該系統(tǒng)由現(xiàn)場設(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)，分站及風(fēng)速傳感器布置在DK114+795拱頂下2 m(瓦斯監(jiān)測儀1臺、風(fēng)速傳感器1臺)，隨著隧道不斷掘進，分站和隧道掌子面兩臺傳感器同時前移，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)場瓦斯檢測

1)隧道瓦斯檢測采用人工檢測和自動監(jiān)測兩種手段。人工檢測瓦斯?jié)舛仍O(shè)置瓦斯?jié)舛葓缶c為1.0%，自動監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛葓缶c設(shè)置為0.5%。2)檢測頻率:當(dāng)瓦斯?jié)舛仍?.5%以下時，瓦斯檢測員每1 h檢查一次;瓦斯?jié)舛仍?.5%以上時，應(yīng)隨時檢查，檢查作業(yè)不得離開該工作面;瓦斯檢測員必須保證“一炮三檢制”和“三人連鎖放炮制”。檢測地點:隧道內(nèi)各工作面(掌子面開挖、掌子面初期支護、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(二襯臺車部位、每個加寬道開始和結(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的背后、隧道內(nèi)具有明顯凹陷的地點);隧道內(nèi)可能產(chǎn)生火源的地點(電機附近、電氣開關(guān)附近、電纜接頭的地點);瓦斯可能滲出的地點(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、泥巖及頁巖地帶);在隧道進行超前鉆孔前，必須在超前鉆孔附近進行瓦斯檢測;被批允許的洞內(nèi)電氣焊接作業(yè)地點、內(nèi)燃機具、電氣開關(guān)、電機附近20 m范圍內(nèi)必須進行瓦斯檢測。3)瓦斯檢測員對瓦斯?jié)舛葯z測信息反饋:瓦斯檢測員應(yīng)作好人工瓦斯檢測記錄，并每天按時交技術(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)機械。隧道內(nèi)瓦斯工區(qū)的電氣設(shè)備和作業(yè)機械必須使用防爆型;瓦斯工區(qū)內(nèi)各級配電電壓應(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^0.5%。在施工期間應(yīng)連續(xù)通風(fēng)，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^1%和CO2濃度超過1.5%時，要加強通風(fēng);當(dāng)瓦斯?jié)舛群虲O2濃度超過3%時，要立即上報領(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不低于三級的瓦斯區(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)禁使用秒或半秒級電雷管。使用煤礦許用毫秒延期電雷管時，最后一段的延期時間不得大于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。在有煤塵爆炸危險的煤層中，開挖工作面爆破前，必須對作業(yè)面20 m以內(nèi)的巷道進行灑水降塵;爆破作業(yè)人員應(yīng)隨身攜帶自救器和防爆蓄電池?zé)簟.揭煤前要進行鉆孔超前探測，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，排放時間為15 d～30 d，孔眼宜按孔距和排距1.0 m布置。在鉆孔過程中應(yīng)加強工作面通風(fēng)，檢測瓦斯?jié)舛龋绯霈F(xiàn)濃度達(dá)1.5%，應(yīng)立即撤人斷電，并加強通風(fēng)。

2.3 超前地質(zhì)預(yù)報

1)超前地質(zhì)鉆探前要做好煤層取樣及孔內(nèi)瓦斯測試等各項工作，鉆探中每一回次進尺為20 cm～30 cm，如遇到卡鉆、突快突慢等異常現(xiàn)象，則及時提鉆鑒定巖芯。在鉆進過程中，瓦斯檢測員應(yīng)連續(xù)檢測孔口空氣中的瓦斯?jié)舛取?)超前探測要注意掌握并收集鉆探過程中可能出現(xiàn)頂鉆、夾鉆、噴孔等瓦斯動力現(xiàn)象。當(dāng)遇到瓦斯逸出時，試驗人員及時測試瓦斯涌出量及瓦斯壓力，同時做好超前鉆孔記錄。3)超前探測一般采用濕式鉆孔，當(dāng)進入煤層或煤線地層取樣時采用干鉆。在距離初探煤層位置10 m(垂直距離)處的開挖面打5個超前探孔，并取煤芯(巖芯)，根據(jù)各孔見煤、出煤點探測開挖工作面前方上部及左右部位煤層位置，計算煤層厚度、傾向、走向與隧道走向的關(guān)系。

2.4 瓦斯救護

1)發(fā)生瓦斯事故后，應(yīng)立即上報，啟動應(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.對塌方體上方聚積的瓦斯應(yīng)設(shè)置局部通風(fēng)排除。b.對塌方地段的巖隙應(yīng)加強監(jiān)測工作，掌握瓦斯?jié)舛茸兓闆r，及時發(fā)出險情報告。c.塌方地段應(yīng)盡快襯砌，封閉瓦斯。3)組建救護隊，救護隊是處理瓦斯、煤塵、水等災(zāi)害的隊伍;救護隊員應(yīng)是隧道一線特種作業(yè)人員。救護裝備、器材、防護用品和安全檢測儀器、儀表，必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4)處理爆炸事故時，救護小隊進入災(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)有再次爆炸危險時，必須立即撤到安全地點。b.救護隊在高溫區(qū)進行救護工作時，救護隊員進入高溫區(qū)的時間不得超過表2規(guī)定。

表2 救護隊員進入高溫災(zāi)區(qū)的最長時間值

3 結(jié)語

瓦斯隧道在國內(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)專職的瓦斯檢測人員和較為先進的檢測儀器及防爆型施工設(shè)備，加強瓦斯監(jiān)控和檢測，科學(xué)、合理地組織施工，對于預(yù)防瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故發(fā)生，減少經(jīng)濟損失、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.