浅谈瓦斯隧道施工控制要点.doc

浅谈瓦斯隧道施工控制要点杨 勇摘要：随着国家西部大开发战略的不断深入，西部交通正在发生着日新月异的变化。而西部多个省市正是我国主要的产煤地，这就不可避免的造成在隧道施工中瓦斯隧道的增多。本文主要就瓦斯隧道施工方面需要控制的要店进行简要分析。关键字：瓦斯 隧道 施工 要点1 概述1.1 什么是瓦斯地下空气的有害气体，根据其危害性及其特性，大致可分为三种类型：1)可燃烧和爆炸的气体,主要是沼气;2)具有窒息性气体,主要是二氧化碳;3)具有毒性的气体,主要上一氧化碳、硫化氢、二氧化碳和二氧化氮。上述这些有害气体，在矿井中总称为瓦斯，由于从煤（岩）层涌出的有害气体主要是沼气，习惯地将沼气称为瓦斯。1.2 瓦斯隧道分类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、高隧道工区、瓦斯突出工区共四类。低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定。当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m/min时，为低瓦斯工区；大于或等于0.5m/min时，为高瓦斯工区。瓦斯隧道只要有一处有突出危险，该处所在工区即为瓦斯突出工区。判定瓦斯突出必须满足下列4个指标：1）瓦斯压力P0.74MPa2）瓦斯放散初速度P103）煤的坚固系数f0.54）煤的破坏类型为类及以上2 瓦斯隧道施工准备2.1 隧道瓦斯管理制度隧道瓦斯管理制度是隧道瓦斯管理不可缺少的内容，是保证隧道安全生产的基本措施制度，是规范人们行为的措施，没有制度就没有统一的行为标准。隧道施工生产是在极其复杂和恶劣的环境中进行作业，如果出现某一个人的行为不规范，就有可能导致事故的发生。因此，为使通风与瓦斯管理工作能够得到正常的开展，杜绝瓦斯事故的发生。必须结合隧道的实际情况，建立健全隧道瓦斯管理的有关规定和制度。隧道瓦斯管理制度的主要内容应包括：健全专业机构，配足检查人员，定期培训和不断提高专业人员技术素质的规定，安全检查人员（包括瓦斯检查员）区域分工巡回检查汇报制度、交接班制度，项目负责人抽检瓦斯日报的规定；塌方区和密闭启封等有关瓦斯管理的规定；爆破与隧道贯通时的瓦斯管理规定；隧道瓦斯排放的有关规定及瓦斯监控装备的使用、管理的有关规定；隧道瓦斯抽放、防止煤与瓦斯突出的规定。在建立健全规章制度的同时，还应制定相应的奖罚制度，以保证有关规定、制度的贯彻落实。2.2 瓦斯隧道机、电设备要求2.2.1 进入隧道的施工机械及电气设备应具有防爆和隔爆性能，机具外表应有明显的防爆标志。2.2.2严禁洞内配电变压器中性点直接接地，严禁由地面中性点直接接地的变压器或发电机直接向洞内供电。2.2.3 坑道内不得带电检修、搬迁电气设备(包括电缆和电线)。2.2.4瓦斯隧道供电应配置两套电源，隧道内应采用双源线路，其电源线上不得分接隧道以外的任何负荷。除贯通高压电外再在洞外建一座柴油机发电站，当外部电源发生故障，要求电站在10min内可开动供电，其负荷可考虑与安全有关的少数重要的用电。2.2.5隧道内敷设的高压电缆应使用有屏蔽的监视型橡套电缆，低压电缆应使用不延燃橡套电缆，各种电缆和分支连接，必须使用与电缆配套的防爆连接器，接线器和插销。2.2.6 为保证正常工作照明及险情时人员的安全撤出和险情处理，采用单独的照明系统。2.3 施工人员培训工作进行职工安全教育及上岗培训:1）凡从事瓦斯隧道工作的技术干部、工人都必须进行瓦斯的安全技术培训，并经考试合格后发给安全工作合格证。未经培训或是培训未取得合格证人员，技术干部不许指挥生产，工人不准上岗作业；2）电工、爆破工、瓦斯检测人员，电器设备防爆检查员及仪器、仪表校正人员和突出措施效果检查人员等特别作业人员，必须经地方劳动局、煤矿矿务局等有关部门培训，取得合格证后，方准上岗。3）调换工种人员及参与技术革新的有关人员，必须重新进行安全技术培训。 4）结合揭煤施工和安全教育，每揭一道突出煤层前，必须对干部工人进行防突防爆教育，工程队每周安全检查进行周安全教育，组织学习事故案例，分析事故发生原因及预防措施，提高防止事故的能力2.4 进洞检查及急救设施在洞口外必须设置安检设备、火种储存点及应急仓库。工作人员进入隧道前,必须进行登记和接受洞口值班人员进入隧道前,必须进行登记和接受洞口值班人员的检查,不准将火柴、打火机、损坏的烊灯及其它易燃物品带入洞内。严禁穿化纤衣服进洞。仓库内必须配备各种应急物资及各种药物。并应定期检查，以保证其良好的使用状态3 瓦斯隧道施工要点3.1 瓦斯工区钻爆作业3.1.1 必须采用湿式钻孔。3.1.2 炮眼深度不应小于0.6m，炮眼应清除干净，炮眼封泥不严或不足不得进行爆破。3.1.3 必须采用煤矿需用炸药。3.1.4 必须采用电力起爆，并使用煤矿许用电雷管；使用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得大于130ms；严禁使用秒或半秒级电雷管。3.1.5 严禁反向装药。3.1.6 爆破网路必须采用串联连接方式，严禁将瞬发电雷管与毫秒雷管在同一串联网路中使用。3.1.7 必须采用防爆型起爆器作为起爆电源，一个开挖面不得同时使用两台及以上起爆器起爆。3.1.8 在非瓦斯突出工区进行爆破作业时，爆破15min后应巡视爆破地点，检查通风、瓦斯、煤尘、瞎炮、残炮等情况，如有危险必须立即处理；在瓦斯突出工区，揭煤爆破15min后，应由救护队员配戴防毒面具或自救器到工作面对爆破情况、瓦斯浓度等进行检查，确认安全后方可通知送电、开动局部通风机，通风30min后，由瓦检人员监测工作面、回风道瓦斯浓度；在瓦斯浓度小于1%，二氧化碳浓度小于1.5%后，方可解除警戒，允许工作人员进入开挖工作面。3.2 隧道通风3.2.1 通风计算瓦斯隧道需要的风量，必须按照爆破排烟、同时工作的最多人数以及瓦斯绝对涌出量分别计算，并按允许风速进行检验，采用其中的最大值。隧道进（出）口通风计算：1） 根据同一时间，洞内工作人员数计算Q1=K.M.QnK风量备用系数，采用1.2M同时在洞内工作人数Qn每人工作人员所需新鲜空气，取4 m/min2） 按照爆破作业确定风量风管采用阻燃、抗静电软风管，直径1.5m，百米损耗率p100=1%，则风管漏风系数p =1.16， A掘进巷道的断面面积，考虑超挖情况。 风流有效射程l4 则由 ，可查表得沿程系数K，G同时爆破的炸药量（kg），临界长度L=12.5 淋水系数，取0.8b炸药爆炸时的有害气体生成量t通风时间（min），取30代入以上数据，Q2= 3）按照独头工作瓦斯涌出量计算所需风量：Q3=QCH4K(BgBg0)QCH4按瓦斯最大涌出量0.12 m/minK瓦斯涌出的不均衡系数，取1.6；Bg工作面允许的瓦斯浓度，取0.5%；Bg0 送入风流中的瓦斯浓度，取0。4）根据风速要求计算风量参照我国煤矿的有关规定和同类隧道规定的标准，对瓦斯隧道最低风速取1m/s设计，为防止瓦斯积聚，对塌腔、模板台车、加宽段、避车洞等处增加局扇进行解决，对于一般段落采用射流风机卷吸升压以提高风速，从而解决回风流瓦斯的层流问题。QV60A5）风机风量计算：取以上风量的最大值，则风机风量为：Qm=PQ据此选择风机型号。3.2.2 通风注意事项1） 非瓦斯工区的施工通风宜采取压入式和混合式。低瓦斯工区的施工通风应采用压入式或巷道式。2） 高瓦斯工区和瓦斯突出工区的施工通风宜采用巷道式。3） 施工过程中防止瓦斯积聚的风速不宜小于1m/s。对瓦斯易于积聚处，应实施局部通风。4） 瓦斯工区的通风机应设两路电源，并装设风电闭锁装置。当一路电源停止供电时，另一路应在15min内接通，保证风机正常运转。5） 必须有一套同等性能的备用通风设备，并经常保证良好的使用状态。6） 必须采用抗静电、阻燃风管。3.3 隧道供电设备的“三专”、“两闭锁”3.3.1 “三专”专用变压器、专用开关、专用线路。3.3.2“两闭锁”指“瓦电闭锁”与“风电闭锁”“瓦电闭锁”：瓦斯隧道施工中，在煤系地段因为通风不良或其它原因，会在短时间内大量瓦斯集聚超限，此时如操作电气和机械设备，可能会因漏电、短路、操作电弧等原因产生火花、引燃，引爆瓦斯，故采取在区域供电主开关处设置瓦斯断电仪，将共探头设在有瓦斯突出及工作面适当 地点，当瓦斯超限时，该探头能发出警报信号，同时经断电仪控制迅速切断供电主开关，瓦斯浓度未降到要求标准时，断电仪能控制主开关不能合闸送电，从而保证了施工和人身安全，也即实现瓦斯超限时与供电主开关的闭锁功能。“风电闭锁”：瓦斯隧道施工中，因停电、放炮等原因各局扇及机电设备要停止使用，这时可能某些部位瓦斯会聚集超限，当恢复供电后，如同时启动机电设备和局扇，或在局扇之前启动机电设备，均可能会因机电设备，电缆线路的漏电、短路、操作产生火花电弧，引燃引爆瓦斯，因此必须是局扇先行启动供风，稀释瓦斯达到标准后，动力设备才能启动操作，在局部和动力设备主开关间没有电气闭锁线路，即“风电闭锁”，任何情况下，局扇停止，则动力设备即停止工作，风扇启动时，其它动力设备不会同时启动，以保证安全。3.4 隧道瓦斯检测3.4.1采用“双保险”监测措施。即建立遥控自动化监测系统与人工现场监测相结合。遥控自动化系统由洞口监测中心（配置主控计算机）和洞内的控制分站以及在洞内各工作面，各巷道、塌方空洞，巷道转角等处瓦斯浓度设探头，风速探头，自动报警器，远程断电仪组组成。通过各探头，洞口和监测中心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。各工作面和瓦斯情况可及时地被监控人员掌握，提高对事故的应变能力，特别是揭煤放炮期间，监测人员能立即观察到炮后瓦斯浓度变化曲线和涌出量，节省施工间隙。但设置自动监测系统的探头须离开挖面有一定的距离，还要人工配合检查。人工检测频率为：1）开挖面在打眼前，装药前，放炮后各检测一次（即“一炮三检测”）；2）例行检查为每2小时一次；3）有异常现象时每1小时1次；4）特殊情况时应旁站不间断量测。瓦斯检查员必须严格按瓦斯检测频率要求执行。每次检查的结果必须认真准确地记入瓦斯检查手册和记录牌上，并通知现场作业人员。瓦斯浓度超过规定时，瓦斯检查员有权责令现场人员停止作业，将人员撤到安全地点，采取措施进行处理。处理不了或超过处理权限时，应在瓦斯超限地点的通道入口设置栅栏、揭示警标，并及时向洞口值班室报告。3.4.2 检测地点1）开挖工作面风流中；2）未成洞段及已成洞段的拱顶下沿；3）衬砌台车前方；4）塌方、凹陷、裂隙、风流死角；5）地质破碎、地层变化、溶洞；6）进洞汽车、装碴机车头上(机头上固定设置瓦测仪)；7）停放的大型设备后方风流死角；8）洞内电焊地点；9）洞电通风机、电机及开关附近；10）避人车洞、横通道内；11）其它通风不良处。3.4.3 瓦斯检查员进隧道时必须带便携式光学甲烷检测仪，仪器必须完好，精度符合要求，同时备有长度大于1.5m的胶管（或瓦斯检查棍）、温度计等。工程技术人员、爆破工、流动电钳工、工班长进隧道时，必须携带便携式甲烷检测仪。安全监测人员必须携带便携带式甲烷检测报警仪或便携带式光学瓦斯检定器。3.4.4 甲烷检测仪的使用和调较1）光学甲烷检测仪使用光学甲烷检测仪测定瓦斯前应检查甲烷检测仪是否完好。检查药品性能检查水分吸收管中氯化钙（硅胶）和外接的二氧化碳吸收管中的钠石灰是否失效。如果药品失效，吸收剂变色，应更换新药品。打开吸收管便可换装新药品，新药品的颗粒直径应在25之间，不可过大或过小，颗粒大小不合格会影响侧定的结果。药品颗粒过大不能充分吸收通过气体中的水分或二氧化碳；颗粒过小又易于堵塞气流，甚至将药品粉末吸入气室内。换装新药品后把仪器重新装好。检查气路系统首先，检查吸气橡皮球是否漏气，用手捏扁吸气橡皮球，另一手捏住吸气橡皮球的胶管，然后放松吸气橡皮球，若吸气橡皮球不胀起，则表明不漏气。其次，检查仪器是否漏气，将吸气橡皮球胶管同检定器吸气孔连接，堵住进气管，捏扁吸气橡皮球，松手后球不胀起为好。最后，检查气路是否畅通，即放开进气管捏放吸气橡皮球，以吸气橡皮球瘪起自如为好。 检查光路系统按光源电门，由目镜观察，并旋转日镜筒，调整到分划板刻度清晰时为止；再看干涉条纹，如不清晰，取下光源盖，拧松光源灯泡后盖，调动灯泡后端小柄，并同时观察目镜内条纹，直至条纹清晰为止，拧紧光源灯泡后盖，装好仪器。若电池无电应及时更换新电池。 对仪器进行校正国产光学甲烷检测仪的校正办法是将光谱的第一条黑纹对在“0”上，如果第5条纹正在7的数值上表明条纹宽窄适当，可以使用否则应调整光学系统。光学甲烷检测仪的验定、较正光学甲烷检测仪的验定、较正，必须定期按专门的验定、较正部门进行检验较正。2）便携式甲烷检测报警仪便携式甲烷检测报警仪在每次使用前都必须充电，以保证其可靠工作。使用时首先在清洁空气中打开电源，预热15min，观察指示是否为零，如有偏差，则需调整零电位器使其归零。测量时，用手将仪器的传感器部位举至或悬挂在测点处，经直几秒的自然扩散，即可读取瓦斯浓度的数值 ；也可由工作人员随身携带，在瓦斯超限发出声、光报警时，再重点监视环境瓦斯或采取相应措施。3）在使用仪器时应注意以下几点：要保护好仪器，在携带和使用过程中严禁猛烈摔打、碰撞；严禁被水浇或浸泡。使用中发现电压不足时，应立即停止使用，否则将影响仪器的正常工作，并缩短电池使用寿命。热催化（热效）式瓦斯检定器不适宜在含有H2S的地区以及瓦斯浓度超过仪器允许值的场所中使用，以免仪器产生误差或损坏。对仪器的零点、测试精度及报警点应定期（一周或一旬）进行校验，以便使仪器测量准确、可靠。必须定期按专门的验定、较正部门进行检验较正。3.4.5 根据铁路隧道工程施工技术指南隧道内瓦斯浓度限制值及超限措施应符合表3.4.5的规定表3.4.5 隧道内瓦斯浓度限制值及超限措施序号地 点限值超 限 处 理 措 施1低瓦斯工区任意处0.5%超限处20m范围内立即停工，查明原因，加强通风检测2局部瓦斯积聚（体积大于0.5m）2.0%附近20m停工，撤人，断电，进行处理，加强通风3开挖工作面风流中1.0%停止电钻钻孔4煤层爆破后工作面风流中1.0%超限时继续通风不得进人5局部通风机及电气开关20m范围内0.5%超限时应停机并不得起动6钻孔排放瓦斯时回风流中1.5%超限时撤人，停电，调整风量7竣工后洞内任何处0.5%超限时查明渗漏点，并向设计单位反映，增加运营通风设备3.5预防瓦斯（煤）突出的措施3.5.1存在煤与瓦斯突出的围岩有如下特点：1）瓦斯压力大；2）大多发生在地质变化较大的地区；3）煤层松散，暗淡和干燥的煤层；4）涌出现象一般是距地表200250m深度以下才开始出现。3.5.2 瓦斯突出前，有预兆，分有声和无声两类：1）有声预兆：如远处雷声、爆竹声、机枪声等；2）无声预兆：顶板来压，片帮、掉碴，工作面有凉风感，煤尘飞扬。3.5.3 瓦斯的预测预报进行水平超前钻探，超前钻探分两次进行。第一次超前钻探：距煤层3050m，打23个钻机，确定煤层位置，并测试瓦斯压力和浓度。第二次超前钻探：距煤层1015m，打23个钻孔穿透煤层，测出瓦斯浓度，瓦斯压力(p)，采集煤样测定煤的坚固系数和瓦斯放散初速度。瓦斯预测预报采用综合指标法，公式如下：D=(0.0075H/f -3)(P-0.74)K=p/f式中: D 煤层的突出危险性综合指标 K 煤层的突出危险性综合指标 H 指煤点距地表垂直深度(m) P 煤层瓦斯压力(Pa或kg/cm2),水平钻孔中实测 f 煤垢坚固性系数,水平钻孔中取样实测 P 煤层瓦斯放散初速度,表示煤的破坏程度根据实测资料,求出D或K的值,进行判断:D2.5 K15有突出危险D2.5 K 15 有非突出危险3.5.4 排放孔设计和施钻控制1）排放范围和排放半径排放范围是指开挖断面轮廓线以外的排放控制范围，“防突细测”规定为石门周界以外4m。排放半径：主要考虑煤层透气性系数和排放时间，暂定0.75m，排放孔直径=75mm。在排放范围内，无论是开挖断面内或开挖断面外，在纵向和横向都采用均匀布孔方式。2）施钻控制，确保各个排放孔位置正确，钻孔密度均匀，不致漏钻，少钻。a、为便于钻工操作和检查控制，将钻孔工作面喷砼找平，根据钻孔位置、高度和钻孔方位，计算出各个钻孔在工作面上的孔口位置，用红油漆将各个孔口在工作面上点画出来，并标上编号，以确保孔位正确。b、施钻顺序：先上部和两侧、后中间和下部，在钻进中，如遇喷孔、顶水、顶钻时，采用“慢退”“慢进”来回钻进的方法，钻孔达到预定