隧道　瓦斯　监测.doc

关键词：隧道瓦斯监测1 工程概述瓦斯监测，组织编制紧急施工措施和瓦斯应急预案，按瓦斯隧道2 瓦斯监测的内容、目的和依据21 瓦斯监测的内容及目的瓦斯爆炸是施工中最大的安全隐患。瓦斯爆炸的3个必要条件：一是要有一定浓度的瓦斯(主要为CH4)；二是要有火源；三是要有足够的氧气。要达到安全生产的目的，就必须从瓦斯监测、通风、设备防爆等综合预防措施下手，杜绝洞内同时具备瓦斯爆炸的3个必要条件。通过对瓦斯的实时监测，控制和防止瓦斯浓度超限，是防止瓦斯爆炸发生的关键。 在施工中，对安全生产影响最大的是瓦斯(主要成分是CH4)、二氧化碳(C02)的浓度。故在本隧道施工中，主要以CH4、C02为监测对象，监控隧道内有害气体的浓度。 瓦斯监测的目的： 防止在施工过程中，有害气体浓度超限造成灾害，以确保施工安全和施工的正常进行； 根据监测到的洞内有害气体的浓度大小，及时采取相应的技术措施； 检验防排瓦斯技术措施效果，正确指导隧道施工，为科学组织施工提供依据。22 监测依据及执行标准221 监测依据象山隧道瓦斯的监测，主要以煤矿安全规程、防治煤矿瓦斯突出细则、铁路瓦斯隧道技术规范为主要依据，并参照现行客运专线铁路隧道工程施工技术指南，根据上述规程进行有害气体的监测、控制。222 瓦斯限值与处理隧道岩层中瓦斯涌出浓度的大小是危险程度的标志，施工中必须将瓦斯浓度控制在安全的限值以内。隧道施工控制瓦斯限值及超限处理措施见表1。表1 瓦斯浓度控制标准和瓦斯超限处理措施3 瓦斯监测体系在施工过程处发生燃烧现象。燃烧持续时间很短，火焰为淡蓝色。从以前的瓦斯监测记录中可以看出，瓦斯只是在某一段浓度比较高。为了安全起见，象山隧道三工区出口瓦斯监测采取人工与自动相结合的监测方式，两者监测的数值相印证，避免误报现象。31 人工监测人工瓦斯监测使用煤矿仪器厂生产的检测报警仪器。311便携式检测报警仪便携式检测报警仪是一种可连续自动测定(或点测)环境中瓦斯浓度的全电子仪器，具有操作方便、读数直观、工作可靠、体积小、重量轻、维修方便等特点。当进入载体催化原件气室时，在黑白原件表面进行无烟燃烧，黑原件阻值发生变化，电桥失去平衡，输出电压信号，浓度的大小与电桥输出的电压信号成正比。该仪器使用时必须在有新鲜空气处调零，并按照洞内要求调好报警极限；仪器充电必须充足；必须等显示板上数据稳定后方可读取数据，否则，会造成数据不准。每台仪器必须由专人使用、保管，并建立相应的台帐，将仪器的使用情况、调校情况、故障情况、维修保养情况等逐一记录备案，以备查阅。312光干涉式甲烷测定器光学瓦斯检测器是根据光的干涉原理制成的，除了能检查CH4浓度外，还可以检查C02浓度，检测范围是0l0，如果瓦斯浓度在10以上，则用检测范围是0l00的高浓度瓦斯检测器。光学瓦斯检测器检测瓦斯浓度的准确性，受仪器本身和使用操作等多种因素的影响，为了能准确指导施工、防止安全事故的发生，必须注意如下事项：使用前，须检查水分吸收管中的硅胶和外接C02吸收管中的钠石灰是否变质失效，气路是否通畅，光路是否正常；将测微组刻度盘上的零位线与观察窗的中线对齐，使干涉条纹的基准线与分划板上的零位线相对齐，取与待测点温度相近的新鲜空气置换瓦斯室内气体。检测时，吸取气体一般捏放皮球以5l0次为宜。测定甲烷浓度时，要接上C02吸收管，以消除C02对CH4测定结果的影响。测C02浓度时，应取下C02吸收管，先测出两者的混合浓度，减去已测得的CH4浓度即可粗略算出C02浓度。干涉条纹不清，是由于隧道中空气湿度过大，水分不能完全被吸收，在光学玻璃管上结雾或灰尘附着所致，只要更换水分吸收剂或拆开擦拭即可。C02吸收管中的钠石灰失效或颗粒过大，C02会在测定CH4浓度时混入瓦斯室中，使测定的CH4值偏高。空气不新鲜或通过瓦斯的气路不畅通，对零地点的温度、气压与待测点相差过大，均会引起零点的漂移。空气中C0或H2S的浓度较高，会使CH4的测定值偏高。缺氧或高原地区，因其空气密度小、气压低、光折射率变小，测定结果也会偏高。在象山隧道实际施工过程中，人工瓦斯监测采用五点法，即拱顶、拱腰两侧及拱底两侧距隧道周边20 cm处，取最大值做为该断面瓦斯浓度。32 自动监测321 监测系统选择配置应考虑的几个方面 隧道施工使用瓦斯监测系统的目的是为了通过采用新技术来改进掘进过程中的安全状况，即隧道无论是采用简单的检测手段还是采用复杂的瓦斯监测系统，其目标都是：改善隧道内的环境与安全条件，提高开挖进度，保证隧道按时完工。为此，监测系统的选择主要应从以下几个方面考虑。(1)瓦斯隧道灾害情况如隧道瓦斯涌出量(是否突出)、煤层自然发火、冲击地压及地温地热等灾害及程度都是确定建立隧道瓦斯监测系统类型的依据。(2)瓦斯隧道的实际施工情况要根据隧道施工中开挖面的数量、机电设备安装地点、数目等需要监测地点的数量来确定瓦斯监测系统的装备容量，并应在此基础上再考虑2030的备用量。(3)系统的功能选择隧道瓦斯监测系统时应优先配用计算机系统进行数据处理，不仅软件功能要强，而且要易于开发、有足够的容量、能够用于数据统计、计算及报表编制工作。在计算机的选型上应优先使用兼容机种，要能方便和工区计算机联网。(4)综合技术、经济方面在进行隧道瓦斯监测系统的选型时应从技术的先进性、性能的稳定性、安全和经济效益、使用维护方便性等方面进行综合技术经济分析，以作为选择隧道瓦斯监测系统的依据。322 监测系统的选型原则上，被监测信息量是确定系统大小的依据。一般来说，大型矿井应该选择KJ一2、KJ一4等系统，中小型矿井可选择KJ一90、TF一200、Al、A一2等系统。以前的TF一200、Al、A一2瓦斯监测系统基本上已很少用，结合象山隧道三工区出口的实际情况，象山隧道三工区出口是否决定选用KJ90型瓦斯监测系统。KJ一90自动监测系统采用分部式网络化结构，一体化嵌入式设计，具有红外遥控设置，独特的三级断电控制和超强异地交叉断电能力，可实现计算机远程多级联网集中控制和安全生产管理。该系统由洞外计算监控中心、洞内分站、洞内风速传感器、低浓度瓦斯传感器、远程断电仪和自动报警器组成，工作原理如图1所示。图1 KJ90一体化监控系统原理示意象山隧道三工区目前有瓦斯自动监测报警器1台、该系统瓦斯监测范围：04CH4，瓦斯检测反应速度30 s；风速监测范围：0315 ms。在监控系统的设计中，掌子面拱顶下应布置1台低浓度瓦斯传感器，分站布置在距掌子面5001 000m的的地方，随着隧道不断掘进，应该设有分站和掌子面两台同时前移。长距离独头掘进的隧道，每5001 000 m之间增设一组。具体操作如图2所示。图2 象山隧道三工区瓦斯监控系统平面布置图323 信息传输系统电缆选用及布置要求监测系统传输电缆要专用，以提高可靠性。监测系统所用电缆要具有阻燃性。监测系统中各设备之间的连接电缆需加长或作分支连接时，被连接电缆的芯线应采用接线盒或具有接线盒功能的装置，用螺钉压接或插头、插座插接，不得采用电缆芯线导体的直接搭接或绕接的方式。具有屏蔽层的电缆，其屏蔽层不宜用作信号的有效通路。在用电缆加长或分支连接时，相应电缆之间的屏蔽层应具有良好的连接，而且在电气上连接在一起的屏蔽层一般只允许一个点与大地相连。所有传输系统直流电源和信号电缆尽量与电力电缆沿隧道两侧分开敷设，若必须在同一侧平行敷设时，它们与电力电缆的距离不宜小于05m。324 分站的安装要求分站应安装在便于工作人员观察、调度、检验、支护良好、无滴水、无杂物地方。其距离地面的高度不应小于03 m，并加垫木或支架牢固固定。独立的声光报警箱悬挂位置应满足报警声能让附近的人听到的要求。325 传感器的布置安装要求各种传感器的安装应符合传感器说明书的要求。象山隧道三工区的传感器布置应满足下列要求。(1)开挖工作面传感器布置要求低瓦斯隧道掘进工作面设低浓度瓦斯传感器，报警浓度为l0CH4，瓦斯断电浓度为15CH4，复电浓度为小于10CH4，断电范围为开挖工作面中全部非本质安全型电气设备。在实际施工过程中，使用瓦斯自动检测报警断电仪的开挖工作面，只准人工复电。人工复电前，必须进行瓦斯检查，确认瓦斯浓度达到铁路瓦斯隧道技术规范的规定后，方可人工复电。(2)回风区传感器布置要求低瓦斯隧道回风区，报警浓度为075CH4，瓦斯断电浓度为075CH4，复电浓度为小于075CH4，断电范围为回风区全部非本质安全型电气设备。(3)安设传感器的其他注意事项传感器应自由悬挂在拱顶下300 mm处，其迎风流和背风流O5 m之内不有阻挡物。传感器悬挂处支护要良好，无滴水，走台架过程等不会损坏传感器。326 洞口中心站的布置要求中心站电源应由在线式不间断电源或交流稳压器加后备式不间断电源供给。中心站机房应采用空调设施及抗静电地板。4 瓦斯监测实施隧道瓦斯检测采用人工检测和自动监测两种手段。人工检测瓦斯时，报警点定为10；自动瓦斯监控系统报警点和断电点均设置为l0。当瓦斯自动监控系统报警时，瓦检员通知通风人员将风机转速提高，加大风机供风量；同时瓦检员加强对报警点及附近20 m的瓦斯浓度检测。当瓦斯浓度继续增大并不大于l0时，瓦检员通知瓦斯报警点的施工负责人安排该工作面工作人员将洞内施工机具整理好，并有秩序的撤出洞外。当瓦斯浓度上升较快并迅速超过1O时，瓦检员立即通知工作面施工负责人，立即将工作面工作人员有秩序的撤出；若风机加大转速增大供风量后，瓦检员再次检测的瓦斯浓度下降，则通知该工作面的施工负责人，可以继续工作，同时瓦检员加大对该工作面瓦斯浓度的检测频率，密切注意瓦斯浓度的变化。当瓦检员携带的便携式瓦斯检测仪报警时，则立即通知该工作面施工负责人，该处立即停工，并及时通知通风人员加强通风。若是局部瓦斯积聚的地点瓦斯检测仪报警，瓦斯浓度未达到20，瓦检员通知通风人员对该地点加强通风(开启局部通风机等措施)，并继续加强瓦斯浓度检测，该地点可继续施工，但应绝对避免火源的产生；当局部瓦斯积聚的地点瓦斯浓度大于2O时，瓦检员通知该工作面的施工负责人，该地点及附近20 m立即停工，并切断该处电源，撤出工作人员，同时通知通风人员加强通风措施，瓦检员加强瓦斯浓度的检测。检测频率：当瓦斯浓度在05以下时，瓦检员每小时检查一次；瓦斯浓度在05以上时，应随时检查，检查作业不得离开该工作面；瓦检员必须保证“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”。检测地点：隧道内各工作面(掌子面开挖、初期支护、仰拱开挖、仰拱混凝土施工、防水板挂设、二次衬砌立模、二次衬砌混凝土灌注、隧道散水治理)；瓦斯可能产生积聚的地点(二衬台车部位、隧道内避车洞室和综合洞室的上部、隧道内具有明显凹陷的地点)；隧道内可能产生火源的地点(电机附近、电气开关附近、电缆接头的地点)；瓦斯可能渗出的地点(地质破碎地带、地质变化地带、煤线地带、裂隙发育的砂岩、泥岩及页岩地带)；在隧道进行超前钻孔前，必须在超前钻孔附近进行瓦斯检测；被特批允许的洞内电气焊接作业地点、内燃机具、电气开关、电机附近20 m范围内必须进行瓦斯检测。当两台瓦斯检测仪对瓦斯浓度检测结果不一致时，以浓度显示值高的为准。瓦检员应在8 h内将瓦斯检测仪器送技术室校准。瓦检员应当加强对便携式瓦斯检测仪的充电与维护管理工作，使用前必须检查便携式瓦斯检测仪的零点是否漂移过大和电压欠压。不符合要求的瓦斯检测仪，不得使用。零点漂移过大的瓦斯检测仪需及时送试验组校准。瓦检员瓦斯浓度检测信息反馈：瓦检员应作好人工瓦斯检测记录，并每天按时交技术室存档。5 监测数据的收集与分析51 监测数据的收集在象山隧道的施工中，严格要求，经常进行阶段性检查，使瓦斯检查员能够严格按照岗位职责，做好检测数据的记录、收集工作，积累大量的原始数据，通过对数据的分析，为施工管理人员指导安全生产提供了可靠的依据。52 数据分析洞内CH4浓度大小是安全施工的最大隐患，为突出重点、简单明了地分析瓦斯在洞内的变化情况，仅用甲烷代替瓦斯，对数据进行分析。为了更清楚地反映开挖工作面最大瓦斯浓度变化情况，把数据做成图表，具体变化情况如图3、图4和图5所示。图3开挖工作面最大瓦斯浓度变化曲线图4开挖工作面最大瓦斯浓度变化曲线图5开挖工作面最大瓦斯浓度变化曲线假如通过对以上隧道瓦斯监测数据的分析，可以得出以下的结论。任一时刻瓦斯浓度，掌子面顶部最高，该部位在任何时间都将是最危险的地方，全体施工人员必须严格执行瓦斯隧道施