5-瓦斯隧道施工安全控制要点

铁路瓦斯隧道施工安全控制要点铁四院监理咨询公司杭州分公司铁路瓦斯隧道技术规范（TB10120-2019）第一部分瓦斯的特性与危害一、瓦斯的产生瓦斯是煤矿井巷和隧道施工中，从煤层、岩层和隧道围岩中逸出的各种有害气体（其中主要成份是俗称沼气的甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氮、重烃及其化合物，包括乙烷、丙烷、丁烷等气体）的总称。煤矿瓦斯是大量植物沉积埋藏在地下深处，在缺氧情况下经地层高温高压的作用下，在进入煤的变质碳化过程中产生的气体。瓦斯通常在碳质岩内或者附近发现，尤其在煤层、页岩和含油层以及其他产生瓦斯的岩石上的多孔地层，另外在泥炭、有机粉砂和有机体在潮湿环境下腐烂的地方也会有瓦斯存在。瓦斯可以沿断层、节理或者多孔岩石横向通过相当一段距离。如果被覆盖的不渗水地层限制，瓦斯会在湖和水下累积。在城镇内，甲烷气可能来自于垃圾堆、淤积物、下水道或者污水污泥，或者来自管道泄漏。甲烷还可能从有机源处进入开挖区域，例如来自废料填埋点、有机材料沉积物的腐烂以及粉土、下水道、排水道、涵管等处的淤泥中。瓦斯通常以气压袋形式存在，当气压袋被刺破（如钻眼）后，由于稳定的渗入、严重散发或者突然涌入。在开挖区域将有瓦斯出现：伴随一定煤层中的地质扰动，瓦斯也会以强烈爆发的形式（通常含有大量煤尘）产生。溶在地下水中的瓦斯气体进入隧道后，气体会从水中释放出来，进入隧道空气中。二、瓦斯的主要性质瓦斯危害最大的主要就是俗称沼气的甲烷、二氧化碳和一氧化碳。1、甲烷（沼气）甲烷有以下六个基本特征：①无色、无嗅、无味的可燃气体；比重0.554，比空气将近轻一半，易聚积于隧道的顶部或高处；②有很强的渗透性和扩散性，能从邻近煤层或岩层迅速渗透并扩散到整个隧道的空气中；微溶于水；③虽无毒，但当空气中甲烷含量达到43％浓度时，可使空气中氧气的正常浓度20.9%下降到12％，使人窒息；当空气中甲烷含量达到57％浓度时，可使空气中氧气浓度下降到9％，使人短期内窒息死亡④有燃烧性，浓度小于5％，遇火源能燃烧；当浓度大于16％时，不能直接燃烧，但遇新鲜空气能缓慢燃烧；⑤有爆炸性，当浓度在5～16％时遇火源能爆炸；⑥高浓度区具有一定的压力，开挖中会出现煤与瓦斯突出。甲烷的燃烧和爆炸的条件是：①必须有高温热源或火源引燃或引爆；②甲烷浓度在5～16％时才具有爆炸性，实验证明，当浓度在9.5％时，由于1份瓦斯与2份氧气发生氧化反应最充分，产生能量最大。所以爆炸的危险性和爆炸力最大；③空气中的氧含量要高于12%，否则即使甲烷浓度在爆炸界限内，也将失去爆炸性。上述三个条件同时具备就会立即发生爆炸。在上述三个条件同时具备的情况下，若混入惰性气体，可起阻爆作用。例如，当二氧化碳CO2浓度增加到22.5%，或氮气N2含量达36％时，无论甲烷CH4浓度多大都不会发生爆炸；若混入可燃性气体或温度、压力增加，则可起促爆作用，例如温度达700℃时，爆炸界限可扩大为3.25～18.75%；当瓦斯压力为62.784MPa时，爆炸界限可扩大为4.4～52.9%。甲烷在隧道内燃烧时，受到隧道的阻碍而压缩，燃烧极易转化为爆炸。放炮也可能导致瓦斯爆炸。据有关资料介绍，一公斤甲烷等碳氢化合物与空气混合的爆炸效应是同数量梯恩梯炸药的四倍，可见其破坏性是巨大的。2、二氧化碳二氧化碳无色，略有酸嗅味；比重为1.52，比空气重；不自燃，不助燃，易溶于水。一般瓦斯中二氧化碳含量不大于0.1～0.4%。它为微毒惰性气体，其在空气中达5％,造成人呼吸困难、耳鸣；达10～20％时，令人昏迷窒息；达20～25％时，使人中毒死亡。3、一氧化碳一氧化碳无色、无味、无嗅；比重为0.97，比空气略轻，能与空气均匀混合。在医学上属于血液窒息性气体，它与血液中血红蛋白的粘合力极强，比氧与血红蛋白粘合力大300倍左右，若人体吸入的空气中含有一氧化碳，首先造成与血红蛋白结合，使血红蛋白失去输氧功能，致使人体缺氧中毒，出现中毒症状。当空气中一氧化碳浓度为0.02％时，人在2～3小时左右可引起轻微头痛；浓度为0.08％时，人在40分钟内出现头痛、眩晕和恶心2小时内发生体温和血压下降，脉博微弱，出冷汗，可出现昏迷；浓度为0.32％时，人在5～10分钟内出现头痛、眩晕；30分钟内出现昏迷，并有死亡危险。第二部分瓦斯隧道施工安全控制要点一、瓦斯隧道分级瓦斯隧道分为：低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。瓦斯隧道工区分为：非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。当全工区的绝对瓦斯涌出量小于每分钟0.5立方米时，为低瓦斯工区。二、辅助坑道瓦斯隧道辅助坑道的设置，应按瓦斯工区与非瓦斯工区结合施工通风需要，综合研究，确定方案。在确定斜井、竖井、横洞位置时应避免通过或靠近煤层，不能避免时，宜减少通过或靠近煤层的长度瓦斯隧道的斜（竖）井作为抽出式通风井时，不得兼作提升井。井内应设方便检修人员工作及避难行走的人行台阶（竖井为梯子间）。三、施工通风瓦斯隧道的施工组织设计中，应编制全隧道和各工区的施工通风设计，并考虑各工区贯通后的风流调整和防爆要求。瓦斯隧道施工期间，应建立瓦斯通风监控、检测的组织系统，测定气象参数、瓦斯浓度、风速、风量等参数。低瓦斯工区可用便携式瓦检仪。非瓦斯工区的施工通风方式宜采用压入式或混合式。低瓦斯工区的施工通风方式应采用压入式，也可采用巷道式。各工区在贯通前，应做好风流调整的准备工作。贯通后，必须调整通风系统，防止瓦斯超限，待通风系统风流稳定后，方可恢复工作。各开挖工作面必须采用独立通风，严禁任何两个工作面之间串联通风。施工中防止瓦斯积聚的风速不宜小于每秒1米施工中，对瓦斯易于积聚的空间和衬砌模板台车附近区域，可采用空气引射器、气动风机等设备，实施局部通风的方法，消除瓦斯积聚施工期间，应实施连续通风，无论工作或交接班时，都不准停风。因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。恢复通风前，必须检查瓦斯浓度当停风区中瓦斯浓度不超过1%，并在压入式局部通风机及其开关地点附近l0m以内风流中的瓦斯浓度均不超过0.5％时，方可人工开动局部通风机。当停风区中瓦斯浓度超过1％时，必须制定排除瓦斯的安全措施。回风系统内还必须停电撤人。采用平行导坑作回风道时，除用作回风的横通道外，其他不用的横通道应及时封闭。留作运输用的横通道应设两道风门，防止风流短路。压入式通风机必须装设在洞外或洞内新鲜风流中，避免污风循环。通风机要装同等能力的2台，其中1台备用，并能在15分钟内正常运转，双风机双电源，风机能自动换向，风管能自动导向。总风量的计算按二种算法取最大值：1、按隧道内工作最多人数时每人每分钟4立方米之和；2、按隧道中含沼气等有害气体浓度、温度、风速能达到工作环境标准和实际工作人数每人每分钟4立方米之和。按瓦斯绝对涌出量计算风量时，对于低瓦斯工区，应将洞内各处的瓦斯浓度稀释到0.5％以下；平行导坑仅作巷道式通风的回风道时，其瓦斯浓度应小于0.75%。瓦斯隧道应采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖工作面的距离应小于5m，风管百米漏风率不应大于2%四、瓦斯浓度监测瓦斯监测是及时发现和处理瓦斯超限、瓦斯积存和防止瓦斯爆炸事故的前提条件，是保证施工安全、采取正确施工管理的依据。瓦斯安全检测人员，是国家规定的特种作业人员，必须经培训考核合格并取得了相应上岗证之后，才允许从事该项工作。隧道内施工，每班应有专职的瓦斯检测员值班。瓦斯检测人员必须执行瓦斯巡回检测制度，在洞内巡回检测瓦斯，并做好记录。瓦斯检测员发现瓦斯超过规定时，有权责令现场人员停止工作，撤到安全地点，同时报总工程师、项目经理进行处理。瓦斯检测频率：含瓦斯工区：每班至少检查2～3次；不含瓦斯工区每班至少检查1次；强制性规定必须检测的时机：钻眼中、装药前、放炮后检查（“一炮三检”制）。每个断面应检测瓦斯5个点，即拱顶、两侧拱脚和两侧墙脚各距坑道周边20厘米处。每个检测地点应设置明显的瓦斯记录牌。检测结果处理:每次检测结果，应及时填写在瓦斯记录本和记录牌上，并逐级上报瓦斯的检测实验室分析：从坑道中取出空气试样，送实验室用气体分析器、气相色谱仪进行成分分析。现场检查：用携带式仪器在现场直接测定空气中某一种或某几种气体的浓度。瓦斯遥测：用自动化遥测或监测系统远距离、定点、长期连续、自动记录显示其瓦斯浓度，如果某种气体超过规定时可报警或自动断电。瓦斯检定器：瓦斯检定器主要有光干涉式、热效式和热导式3种类型。建立遥控自动化系统与人工现场监测相结合的“双保险”监测制度。遥控自动化监测系统由洞口监测中心（配置主控计算机）和洞内控制分站以及洞内各工作面、各巷道、塌方空洞、巷道转角等处的瓦斯浓度探头、风速探头、自动报警器、远程断电仪组成。通过各种探头，洞口的监测中心能随时了解洞内各处瓦斯浓度和风速情况，如有超标立即报警并通过断电器关闭洞内电器电源。为保持瓦斯安全检测仪器测试结果的准确性，检测瓦斯用的仪器必须定期进行调试、校验，发现问题及时处理。凡经大修的仪器，必须经计量检定合格后方可使用。购买时调试、校正；安装时调试、校正；定期调试、校正：每旬一次（每10天）。调试、校正项目包括：对零，灵敏度，报警点，指示值。五、机械、电气设备1、一般规定隧道内非瓦斯工区和低瓦斯工区的电气设备与作业机械可使用非防爆型，但其行走机械严禁驶入高瓦斯工区和瓦斯突出工区。瓦斯工区内各级配电电压和各种机电设备的额定电压等级应符合下列要求：高压不应大于10000伏;低压不应大于1140伏;照明、手持式电气设备的额定电压和电话、信号装置的额定供电电压，在低瓦斯工区不应大于220伏；远距离控制线路的额定电压不应大于36伏。瓦斯工区内的配电变压器严禁中性点直接接地。严禁由洞外中性点直接接地的变压器或发电机直接向瓦斯隧道内供电。凡容易碰到的、裸露的电气设备及其带动机械外露的传动和转动部分，都必须加装护罩或遮栏。2、电缆高压电缆的选用应符合下列规定：固定敷设的电缆应根据作业环境条件选用；移动变电站应采用监视型屏蔽橡套电缆；采用铜芯电缆。低压动力电缆的选用应符合下列规定：固定敷设的电缆应采用铠装铅包纸绝缘电缆、铠装聚氯乙烯电缆或不延燃橡套电缆；移动式或手持式电气设备的电缆，应采用专用的不延燃橡套电缆；开挖面的电缆必须采用铜芯。固定敷设的照明、通信、信号和控制用的电缆应采用铠装电缆、不延燃橡套电缆或矿用塑料电缆。电缆的敷设应符合下列规定：电缆应悬挂。悬挂点间的距离，在竖井内不得大于6米，在正洞、平行导坑和斜井内不得大于3米。电缆不应与风、水管敷设在同一侧，当受条件限制需敷设在同一侧时，必须敷设在管子的上方，其间距应大于0.3米。高、低压电力电缆敷设在同一侧时，其间距应大于0.1米。高压与高压、低压与低压电缆间的距离不得小于0.05米。电缆与电气设备连接必须使用与电气设备的防爆性能相符合的接线盒。电缆芯线必须使用齿形压线板或线鼻子与电气设备连接，做到无明接头。3、电器与保护电气设备不应大于额定值运行。低压电气设备，严禁使用油断路器、带油的起动器和一次线圈为低压的油浸变压器。电气设备有过电流和漏电保护，有接地装置。已衬砌地段的固定照明灯具，可采用Exd2型防爆照明灯；开挖工作面附近的固定照明灯具，必须采用Exd1型矿用防爆照明灯高压电网的单相接地电容电流不得大于20安。禁止高压馈电线路单相接地运行，当发生单向接地时，应立即切断电源。低压馈电线路上，必须装设能自动切断漏电线路的检漏装置。为了防止雷电波及隧道内引起瓦斯爆炸，必须遵守下列规定：经由地面架空线路引入隧道内的供电线路，必须在隧道洞口处装设避雷装置；由地面直接进入隧道内的轨道和露天架空引入（出）的管路，必须在隧道洞口附近将金属体进行不少于2处的集中接地；通信线路必须在隧道洞口处装设熔断器和避雷装置。36伏以上的和由于绝缘损坏可能带有危险电压的电气设备的金属外壳、构架等，都必须有保护接地，其接地电阻值应满足下列要求：接地网上任一保护接地点的接地电阻值不得大于2欧姆;每一移动式或手持式电气设备与接地网间的保护接地所用的