瓦斯隧道安全高效施工技術與控制管理研究

摘" 要：隧道穿越瓦斯煤系地層時，隧道安全施工難度加劇。該文從瓦斯隧道施工技術與管理的角度出發，系統研究瓦斯環境施工技術及安全管理措施。通過對瓦斯監測系統的建設及運行、通風管理、防塵防火措施以及機械防爆技術的深入分析，提出針對性強、操作性高的技術方案與管理策略。研究結果表明，科學的瓦斯監測、嚴格的防塵防火和防爆措施以及通風管理措施能夠有效降低施工風險，提高安全性。

關鍵詞：瓦斯隧道；施工技術；瓦斯監測；通風管理；安全管理

中圖分類號：U455.49""""" 文獻標志碼：A""""""""" 文章編號：2095-2945（2025）04-0106-04

Abstract： When a tunnel passes through gas-coal measures strata， the safety construction of the tunnel becomes more difficult. From the perspective of gas tunnel construction technology and management， this paper systematically studies gas environment construction technology and safety management measures. Through in-depth analysis of the construction and operation of the gas monitoring system， ventilation management， dust and fire prevention measures， and mechanical explosion-proof technology， a highly targeted and operable technical plan and management strategy are proposed. The research results show that scientific gas monitoring， strict dust， fire and explosion prevention measures， and ventilation management measures can effectively reduce construction risks and improve safety.

Keywords： gas tunnel; construction technology; gas monitoring; ventilation management; safety management

隧道施工技術的不斷進步與創新，為交通基礎設施建設提供了有力的支持。然而，在瓦斯隧道施工過程中，瓦斯的存在增加了施工的復雜性，對施工安全要求更高。光明隧道作為金仁桐高速項目的一部分，穿越瓦斯煤系地層，使得瓦斯監測與控制管理至關重要。本研究旨在通過詳細分析光明隧道瓦斯環境下的施工技術與安全措施，提出科學有效的解決方案，確保施工過程的安全高效，為類似隧道施工提供參考和借鑒。

1" 工程概況

光明隧道瓦斯區位于金仁桐高速項目土建第JRTSG-4標段，該標段處于遵義市仁懷市壇廠鎮枇杷社區明光組。標段起點樁號YK25+495，穿過光明隧道，與明光寺大橋相接，終于YK40+080填方路基處，終點樁號為YK40+080，全長14.585 km。光明隧道設計為分離式長隧道。左線的起訖樁號為ZK25+490至ZK27+144，全長1 654 m；右線的起訖樁號為YK25+495至YK27+126，全長1 631 m。在左線的ZK25+795至ZK26+030（235 m）處，隧道穿越了瓦斯煤系地層。隧道內輪廓的設計高程距拱頂高度為5 m，凈寬為10.25 m。

2" 瓦斯監測

2.1" 瓦斯氣體

瓦斯氣體因其特性和潛在危險，可分為可燃與爆炸性成分、窒息性成分以及有毒性成分[1]。在礦井或隧道環境中，這些氣體統稱瓦斯，因沼氣（占比80%～90%）為主要來源，故通常將沼氣作為瓦斯的主要代表。標準狀態的瓦斯密度為0.716 kg/m3相對空氣比重為0.554，能夠輕易穿透裂縫密集、結構松散的巖石[2]。瓦斯易燃，卻無自燃能力。當瓦斯與空氣混合至特定濃度范圍時，遭遇火源，就可能發生燃燒或爆炸，這一濃度界限的具體數值見表1。

2.2" 瓦斯監控布置

在光明隧道出口端部署KJ90型隧道安全監測監控系統。該系統實時監測瓦斯濃度、風速、CO含量以及風機運行狀態，確保隧道掘進施工的順利與安全。

采取雙重瓦斯監測預警體系，即自動監測系統與人工監測相結合。施工期間，高度重視瓦斯濃度、涌出量、風速等關鍵參數的測量。在光明隧道進出口區域，建立KJ90型煤礦綜合監控系統和人工監測網絡。每個作業面配備2名瓦斯安全責任人，洞內安裝各類傳感器監測有毒有害氣體參數，并將數據傳輸至主控計算機進行分析處理。在煤與瓦斯突出隧道的施工中，每個工點成立瓦斯檢測班，使用專用設備進行人工瓦斯檢測見表2。

在瓦斯監測過程中，若瓦斯濃度達到0.3%至0.5%的預警閾值，瓦斯檢測員立即執行報告程序，并加強監測。對于瓦斯濃度在0.3%至0.5%之間的輕微異常，項目部負責處理；當瓦斯濃度達到0.5%至1.0%時，處理工作由施工及監理單位協同處理；若瓦斯濃度超過1.0%且存在重大風險時，建設單位需召集施工和監理單位共同參與決策和應對措施的研究，以確保所有相關方的緊密合作和危機管理的有效性見表3。

2.3" 安全監測系統

瓦斯自動監控系統的構建以四大關鍵模塊為主：瓦斯監控子系統、信息聯網平臺、短信預警模塊和隧道口LED顯示系統。瓦斯監控子系統負責實時監控隧道內的瓦斯濃度、風速等環境變量，同時對重要通風設備的運行狀態進行連續監控。

地面中心站設有專用的瓦斯監控數據庫服務器，用于存儲歷史數據并分析。隧道內部設傳感器節點，實時收集有害氣體參數。信息聯網平臺通過集成的軟件接收并上傳監控數據。短信預警模塊則實現了對系統異常信息的分級自動化推送。整個系統的設計采用KJ90型煤礦安全綜合監控系統，其典型配置如圖1所示。

3" 瓦斯隧道施工關鍵技術

電力供應與隧道瓦斯監控系統采用聯動控制機制，確保洞內施工供電實現“三專”和“雙鎖定”原則：專用變壓器、專用開關和獨立供電線路。當瓦斯濃度超標時，供電開關會自動切斷，同時壓入式通風風機亦會聯動斷電以保障安全。

瓦斯工作區域的變壓器和接地系統遵循嚴格規定，不允許中性點直連接地。隧道供電采用中性點不接地的IT保護接地設計，確保系統的電氣安全。

在低壓饋電線路中，設置帶選擇性漏電保護的饋電開關，從總隔爆饋電開關到分支開關設有雙重檢漏繼電器，其動作電流和時間參數需協調，以實現分級保護功能。

防雷系統至關重要，所有進出洞線路都安裝避雷器，特別是在動力、監控和通信電纜上。嚴格遵守安裝規范，確保洞口防雷接地電阻不超過20 Ω，并定期檢查。

電氣設備的防爆性能由專業人員嚴格檢驗，失效的設備需立即修復或替換，非專業人員禁止擅自操作。

洞內電氣設備的配置遵循明確的原則，包括三級配電系統。總開關設于變壓器附近，分支開關靠近設備密集區，設備間距離限制在30 m以內。每個設備配備專用隔爆開關，禁止一個開關控制多臺設備。隔爆開關需避開易受沖擊、振動、液體濺射和高溫的區域，并保持操作和維護空間充足，且設置警示標識。高壓設備區需設置防護柵欄和消防設施。

4" 施工方案與管理制度

項目部構建全面的瓦斯隧道施工安全管理框架，涵蓋10項核心制度，如進洞管理、儀器設備管理、地質預報、爆破安全、防火防爆、瓦斯監測和通風管理等，強調各項制度的制定、實施和記錄，確保施工過程的合規、安全。

針對設計圖紙和工程實際情況，項目部編制了瓦斯隧道專項施工方案，包括通風、安全、供電、爆破、瓦斯監測和應急預案等，經過總監理工程師和技術負責人的嚴格審批后執行，并報建設單位備案。以確保技術的精確性和實施方案的有效性。

施工前，項目部進行了詳盡的瓦斯隧道安全風險評估，通過辨識和評價潛在風險，明確風險管控措施和責任人，確保風險得到有效管理和控制。

重視員工教育培訓，項目部組織管理層和一線作業人員深入學習相關規范、設計文件和技術指南，實施全面的安全技術培訓和交底。

5" 施工安全管理

5.1" 通風管理

隧道出口兩側各安置一臺高效能軸流風機，通過φ1.5 m直徑的雙抗風管向洞內輸送新鮮空氣。在隧道襯砌施工達到500 m前安裝射流風機，用于抽排洞內廢氣，增強空氣流通，該風機根據預先設計的永久通風設施固定在拱頂部位。鑒于光明隧道的煤與瓦斯突出風險，風管材料選擇至關重要，采用防靜電和阻燃材質以保障安全[3]。風管的懸掛策略遵循實用性與安全性原則：在二次襯砌臺車的位置，風管布局在臺車右側下方，具體安裝位置如圖2所示。

通風管理系統由專業團隊負責，所有團隊成員皆具備瓦斯隧道通風的基本知識，并通過專業培訓和考核。通風工人依據施工進度適時安裝、保護和更換風管。而風機操作員則根據實際通風效果和施工工序調控風機的啟停和風量，同時保持與調度和瓦斯檢測員的緊密溝通。

5.2" 防塵防火管理

5.2.1" 防塵管理

1）施工期間，所有使用柴油機設備的操作均配備排氣凈化器，以降低空氣污染。

2）禁止在隧道內使用以汽油或液化石油氣為燃料的內燃機。

3）在噴射混凝土施工過程中，采用濕噴工藝，降低空氣中的粉塵濃度。

4）對隧道內空氣實施定期監測，半月一次空氣成份分析，每月一次含塵量檢測。

5）在噴漿作業回風側100 m處設置防塵噴霧設施，抑制塵埃擴散。

5.2.2" 防火安全防護措施

1）隧道內禁止一切明火作業。

2）瓦斯工區及洞口周邊嚴禁儲存任何油類物質，嚴格執行油料運輸管理規定。

3）所有防火、防爆機械設備需按照批準的施工計劃采購，并進行檔案管理。

4）工區每周一次全面防火、防爆設備安全檢查，施工隊每日巡視，所有檢查均有記錄，安全隱患需制定明確的整改措施。

主供水管道每隔100 m需設置“消防三通”和閘門，以便快速響應火災需求。

5.3" 機械作業防爆

瓦斯工區作業機械在停風或瓦斯濃度超出安全限值的情況下，禁止進行作業，以確保人員安全。在瓦斯突出工區，行走作業機械需配備車載瓦斯自動監控報警與斷電系統，能夠實時監控并自動響應，當瓦斯濃度超過0.5%時，會觸發聲光警報并切斷電源，直至瓦斯濃度恢復至安全水平。

施工機械的防爆改造不限于固定設備，對于移動設備，如出碴車輛、挖掘裝載設備等，將在使用移動式檢測設備進行實時監控，一旦瓦斯濃度超標，立即暫停施工且同時加強通風。在瓦斯濃度降低至安全范圍后，才恢復作業。在高瓦斯區域，所有電氣設備和作業機械必須強制使用防爆型。施工機械和設備需送至具有防爆改裝資質的單位進行改造，改造后的設備需通過驗收，以確保其完全符合施工安全標準。

6" 結束語

在瓦斯隧道施工過程中，通過實時監控瓦斯濃度和其他有害氣體，可以預先預警并采取應對措施，避免潛在危險，確保施工安全。科學的通風設備布置結合合適的通風策略能有效排除有害氣體，改善空氣質量，保護施工人員健康與提升施工環境質量。高風險的瓦斯區施工中，嚴格的防塵防火措施和設備防爆改造至關重要，它們能顯著降低施工過程中火災和爆炸的風險，保障施工機械和人員的安全。

參考文獻：

[1] 張典.瓦斯隧道煤系地層揭煤施工技術探討[J].內蒙古煤炭經濟，2022（15）：5-7.

[2] 張偉.復雜地質工況下高瓦斯礦井巷道通風技術探析[J].當代化工研究，2023（18）：110-112.

[3] 韓華.煤礦通風安全管理及瓦斯防治技術研究[J].能源與節能，2024（6）：124-126.