瓦斯隧道施工管理及技术要点(终))

1、隧道施工安全技术培训,低瓦斯隧道安全施工技术,黔张常铁路项目部,主,要,内容,1,有关瓦斯知识,2,铁路和公路瓦斯隧道与煤矿巷道的不同特点,3,瓦斯隧道几种灾害,4,瓦斯隧道设计、施工的有关规范及参考资料,5,瓦斯隧道及工区分类,6,低瓦斯隧道安全施工技术,概,述,根据瓦斯逸出量的多少和瓦斯压力的高低，可把瓦斯,隧道分为高瓦斯隧道、低瓦斯隧道和瓦斯突出隧道三,个类型，无论哪种类型，都要搞好安全生产。既使是,低瓦斯隧道，也存在安全陷患，搞得不好就会出大事,故甚至特大事故。因此掌握瓦斯隧道安全施工技术非,常重要。,一、有关瓦斯知识,?,1,定义,广义,凡从围岩或煤层渗入隧道的有害气体，均,称为瓦斯

2、。其主要成分为甲烷（沼气,CH4,）、二氧,化碳（,CO2,）、氮气（,N2,），还有少量的硫化氢,（,H2S,）、一氧化碳（,CO,）、氢气（,H2,）、二氧化,硫（,SO2,）及其它碳氢化物和稀有气体。,狭义,单指甲烷（,CH4,），包括煤层甲烷和石油,甲烷。,2,瓦斯,生成、成分及性质,瓦斯生成,?,植物及其它生物在高温缺氧条件下，有机物化学分解生成瓦斯。,在植物变成煤的过程中，随着煤的变质，生成的瓦斯越来越多。,其过程是：,泥炭褐煤无烟煤,?,化学反应式,：,纤维素,4C,6,H,10,O,5,微生物,烟煤,甲烷,二氧化碳,水,烟煤,7CH,4,+8CO,2,+3H,2,O+C,9,H

3、,6,O,水,?,无烟煤,甲烷,?,3C,9,H,6,O 2C,13,H,4,+CH,4,+3H,2,O,广义瓦斯主要成分,四部分组成：,?,（,1,）,沼气（,CH4,）及同系物，,H2,，,H2S,等可燃,气体；,?,（,2,）,CO,、,NO,、,H2S,、,NH3,含硫气体、乙醛等,有毒气体；,?,（,3,）,CO2,、,N2,、,Ar,（氩气）等，基本上为化学,不活泼的惰性气体；,?,（,4,）,Rn,（氡）、,Tn,（钍）、,Ac,（锕）等放射,性气体；,?,上述四部分中沼气（,CH4,）是最主要成分，其它,气体含量极少。,沼气物理性质,?,?,?,无色、无味、无臭、无毒；,密度,

4、0.716 kg/m3(,空气为,1.2 kg/m3);,微溶于水,(20,时,100 m3,能溶解于,3.5 m3);,?,?,?,?,比空气轻,渗透能力比空气强,能很容易透过裂隙岩体,;,特殊场合,:,混有乙烷、丙烷时有麻醉性，产生头昏现象；,混有,H2S,时有臭鸡蛋味；,混有芳香族气体时有苹果味。,3.,瓦斯爆炸与燃烧,瓦斯爆炸及燃烧先决条件：,适当的浓度,；,火源；,氧浓度。,瓦斯爆炸化学反应式：,CH,4,+2O,2,CO,2,+H,2,O+198.4,千卡,/,克分子,1,份瓦斯,+2,份氧时反应最充分，但在空气中含氧仅,20%,所以,1,份瓦,斯,+10,份空气反应最充分,所以,

5、最猛烈的瓦斯爆炸发生在瓦斯浓度,1,11,时,即,9.1%,(,说明,:,瓦斯燃烧点、爆炸点与空气中氧浓度,火源温度有关,上图只,是一般的通常值,),4.,煤尘爆炸,?,煤是可燃的,煤的粉尘,(,极小颗粒,),由于与空气接触面积,大,更易燃烧,燃烧的速度快、温度高，空气急速膨胀，,就形成爆炸，煤尘爆炸判别式：,V,daf,100,?,A,d,?,M,ad,?,?,?,?,?,?,?,10,%,Va=,时，有爆炸危险,式中：,V,daf,煤的挥发分，,%,；,A,d,灰分，,%,；,M,ad,水分，,%,。,（均为煤样化验测定值）,当巷道空气中煤尘含量小于,3040g/m3,时，不会发生爆,炸。

6、,二、铁路和公路瓦斯隧道与煤矿巷道的不同特点,相同点,?,（,1,）,都是地下工程；,?,（,2,）,都进行钻爆作业；,?,（,3,）,巷道中有煤或瓦斯存在，都有危险,性。,不同点,?,（,1,）,工程目的不同,。,铁路和公路隧道的修建是形成通道，而煤矿建设的目的是进,入煤体采煤。,?,（,2,）,工程范围内煤与瓦斯的数量不同,煤与瓦斯是不良地质现象，所以交通隧道定线时都是尽量避,绕煤层，避不开一定要穿过煤层时，尽量使隧道轴线垂直于煤层，,以最短长度穿越。所以，很多瓦斯隧道洞身只有极小长度有煤，,有时只是很薄的煤层（煤线或鸡窝煤），隧道长度的绝大部分是,岩石，煤层只占极小比例，而且有时煤质低劣

7、，无开采价值，含,瓦斯也不多；而煤矿则不同，不是避绕而是哪儿有煤往哪开巷道；,很多巷道直接在煤层中，而且煤质一般较好，所以煤矿的瓦斯含,量一般都比较大。比如：低瓦斯矿的标准是瓦斯涌出量小于,40,m3/min,，而低瓦斯隧道的标准是,0.5 m3/min,同样都是属于低瓦斯,等级，煤矿的瓦斯涌出量是交通隧道的,80,倍。,?,?,?,?,?,（,3,）,煤层巷道灵活性大,，而交通隧道一旦线路位置确定之后，,隧道的平面位置和标高都基于固定，不能随便移动。,煤矿的运输大巷多在岩石中，但它的位置灵活，可以选择最有利,的位置和方向；而交通隧道不同，有时位置很不利，如南昆线家,竹箐隧道，隧道与煤层夹角只

8、,14,，既使不厚的煤层，隧道穿煤,长度也很大，如,17#,煤层真厚度,10.7 m,但隧道穿煤长度,84.8 m,增,加了施工难度。,（,4,）,交通隧道断面大，煤矿巷道断面小,。公路隧道可达,100,多,m2,，,则煤矿巷道大多数很小，只几个,m2,，既使通过架线机车的运输大,巷道也只有,20,多,m2,。,（,5,）,交通隧道有支护，有衬砌，能封闭瓦斯,，而煤矿巷道大多,数不支护，允许长期放出瓦斯。,（,6,）,交通隧道施工时严防坍塌,，一旦坍方处理代价高、时间长；,煤矿巷道施工时也避免坍方，但一旦坍方，断面小，处理的代价,也小。煤矿有时还人工制造小坍方，比如揭露瓦斯压力大的煤层,时，采

9、用震动放炮，加大药量，人工诱导小型突出。,?,（,7,）,通风系统不同,煤矿通风系统很复杂，煤矿巷道多，而且不在一个平,面上，煤矿的通风是网路通风，而交通隧道只是一根,管道，通风较为简单。,（,8,）,瓦斯防灾经验和施工装备不同,煤炭部门有多年的防止瓦斯灾害经验，规章制度比较,健全，正规的煤矿施工设备都是防爆的。在组织机构,上，配备通风专业人员和机电专业人员、有矿山救护,队，这些都有利于防灾救灾。而铁路和公路施工单位,大多是多数临时组建综合性的建筑单位，关于瓦斯的,经验不多、设备不完善，组织机构不固定（项目经理,部人员变化大）。这些，不利于瓦斯防灾,。,?,小结,交通隧道有利之处是大多数隧道通

10、过煤层少、,瓦斯涌出量小，而且衬砌及时，可以封闭瓦斯,减少逸出，通风巷道管路也比较简单。但不利,之处也不少，如开挖断面大，隧道与煤层的相,对关系不允许随意改变，施工装备防爆性能差，,施工队伍不是专门化，技术管理和技术教育不,够等等。我们交通隧道的施工要发扬优势、纠,正劣势，以最小的代价保证生产安全。,三、瓦斯隧道几种灾害,瓦斯隧道施工时，可能发生,7,种灾害：,?,（,1,）,煤与瓦斯突出,在地应力和瓦斯压力的共同作,用下，很短的时间中破碎的煤、岩和瓦斯从洞壁突然,抛出，伴有猛烈的声响和巨大的动能，同时释放出大,量的瓦斯。有时伴随瓦斯爆炸，造成二次破坏。“突,出”事故的伤亡和损失一般都是很渗重

11、的。,?,（,2,）,煤突然倾出,在重力作用下松软的煤层突然坍,下，同时有大量瓦斯释放，坍下的煤以煤块形式堆积。,?,（,3,）,煤突然压出,一部分煤在构造应力或放炮振动,影响下，整体抛出，但位移距离不大，压出的煤或呈,小块状，或呈有大量裂隙的大块状。,?,（,4,）,岩石与瓦斯突出,原因与煤与瓦斯突出相似，有时还加,上掘进放炮的的振动作用。大多数发生在破碎的砂岩中，放炮时，,发生岩石破坏，抛出的现象，在抛出的砂岩岩块中含有大量的砂,粒和粉尘，洞壁上形成空洞（不一定与爆破洞穴同一位置），与,此同时，洞内瓦斯大量增加。,（,5,）,瓦斯爆炸,达到爆炸浓度的瓦斯（一般在,5%16%,之间）,与火源

12、接触（一般需要,512,以上），并且坑道内有氧气存在（含,量,12%,以上），就会发生猛烈爆炸，有时会造成大量伤亡。,?,?,（,6,）,煤尘爆炸,当煤质中挥发物占总可燃物（固定炭加挥发,物）,10%,以上，且形成的小颗粒煤尘悬浮在空气中，当空气中煤,尘含量较多（,30g/m3,以上），遇,700,以上的火源，即会发生煤,尘爆炸，煤尘爆炸的后果比瓦斯爆炸更严重，因为煤层爆炸会产,生大量一氧化碳（,CO,）使人中毒，很多人不是炸死而是被毒死。,（,7,）,巷道坍塌,煤系地层除少数外，大多数强度很低，尤其,是煤中的软分层，用手即可捻成粉碎，所以巷道稳定性差，容易,产生坍塌事故。,?,名词,?,瓦斯

13、涌出,：掘进放炮以后，瓦斯从洞壁暴露面，,从爆下的岩块和煤块中均匀释放的现象。,(,在邻,近煤层的掌子面附近经常有瓦斯涌出。,),?,瓦斯喷出,：在,20 m,长的巷道范围内，从洞壁裂,隙、孔洞或炮眼中涌出大量瓦斯，当喷出强度,达到,1 m3/min,，喷出时间,8 h,以上时，称之谓瓦,斯喷出。,瓦斯事故教训,?,贵昆线岩脚寨铁路隧道。,隧道长,2 714 m,，铁道兵六师施,工，穿过,7,层煤，薄者,0.1 m,厚者,8.92 m,瓦斯涌出强度,150 m3/h,压,力,0.4 MPa,。,1959,年,1,月,27,日下导坑掘进距洞口,242 m,处,火雷管点,火及电灯接线引起二次瓦斯爆

14、炸,并形成坍方,共死,34,人,伤,65,人；,同年,6,月,26,日，电闸拉火又引起瓦斯爆炸,坑道坍方,7,处。从,1,月,27,日,6,月,26,日半年中，共发生瓦斯爆炸,6,次，由于处置不当，死伤,惨重（总计死伤,220,人）。,?,达成铁路炮台山隧道,。,全长,3 078 m,，位于成都郊区的金堂,县境内，铁,15,局施工，全隧道不通过煤层，但隧道下方,2 0003,000 m,处有煤，瓦斯沿地层裂隙上升到地表浅层，形成储气构造。,1994,年,4,月,3,日平导掘进到距洞口,808 m,处，灯炮爆裂引发瓦斯燃烧，,死,1,人，伤,3,人。次日，汽车进洞运风管，由于汽车打火，又引起,瓦

15、斯爆炸，死,12,人。事故后实测，隧道瓦斯逸出强度为,3.54 m3/h,。,?,都汶高速公路董家山隧道,。双洞,长,4 111 m+4 081 m,中铁,一局施工进口，中铁二局施工出口。该隧道多次通过煤层，但煤,层都很薄，瓦斯压力,0.1720.67 MPa,勘测资料认定为低瓦斯隧道，,施工中又委托煤炭专业单位鉴定，仍定为低瓦斯隧道，因此施工,中允许使用非防爆设备，采用汽车进洞出碴、进料。,2005,年,12,月,上旬，隧道右洞进口掌子面发生坍方（如下图）。由于该处位于,背斜核部、裂隙发育、裂隙中含有煤层瓦斯，坍方又促使瓦斯大,量涌出。,12,月,22,日，衬砌台车上的不防爆插座打火，引起瓦

16、斯爆,炸，当场死,44,人，伤,11,人。爆炸气流充满,1500,巷道并冲出洞口，,并将洞外几十吨重台车推动几十米。,四、瓦斯隧道设计、施工的有关规范及参考资料,?,?,?,?,1.,铁路瓦斯隧道技术规范,TB10120-2002,2.,铁路隧道施工规范,TB10204-2002,3.,公路隧道施工技术规范,JTJ024-94,4.,煤矿安全规程（国家安全生产监督管理局、国家,煤矿安全监察局,2005,年）,5.,防治煤与瓦斯突出细则（煤炭工业出版社,1995,年）,6.,煤矿安全规程读本（煤炭工业出版社,2005,年）,?,?,五、瓦斯隧道及工区分类,瓦斯隧道,：,凡隧道通过的地层中预计含有

17、瓦斯或检出瓦斯、即属,于瓦斯隧道,（与瓦斯地段长度占全隧道比例大小无,关）。,工区分类,非瓦斯工区,(,工区内不出现瓦斯,),?,瓦斯工区,?,低瓦斯工区,(,预计或实测全工区瓦斯涌出小,于或等于,0.5 m3/min),高瓦斯工区（预计或实测全工区瓦斯涌出强,度大于,0.5 m3/min,）,瓦斯突出工区,(,预计可能或实际已发生煤与,瓦斯或岩石与瓦斯突出,),说明：低瓦斯工区与低瓦斯煤矿不同，低瓦斯煤矿瓦斯涌出量,的上限是,40 m,3,/min,，而铁路隧道低瓦斯工区瓦斯上限是,0.5,m,3,/min,，仅是前者,1/40,。所以，判断是否属于低瓦斯隧道的标,准是很严格的，只有隧道通过

18、煤很少、煤不厚、瓦斯含量也,低的隧道才能列入低瓦斯隧道，在公路和铁路隧道中，这种,情况很多。过去对瓦斯隧道不分高瓦斯还是低瓦斯，一律要,求采用防爆设备，如一个,3 000 m,的隧道，只通过一次煤线而,且瓦斯不严重，也要求采用全套防爆设备。,2002,年以后，铁,道部新颁布的瓦斯隧道规范把低瓦斯隧道分出来，允许在一,定安全措施的前提下，使用不防爆机具设备，这对于降低造,价、提高修建速度是很有意义的。,六、低瓦斯隧道安全施工技术,1.,搞好低瓦斯隧道安全施工的重要性,（,1,）,低瓦斯隧道在铁路和公路的瓦斯隧道中，数量最,多、比例最大；,（,2,）,低瓦斯隧道中瓦斯涌出量小，洞内瓦斯浓度低，有,

19、时甚至量不出来。不论设计方还是施工方，容易忽,视；,（,3,）,铁路规范规定，低瓦斯隧道不要求使用防爆的机具,和电气设备，很多人以为与普通隧道没有区别；,（,4,）,低瓦斯隧道一般不会出事故、在南昆线以后，内昆、,水柏、渝怀等很多铁路的低瓦斯隧道都正常施工，,没有出事故，已经产生了麻痹思想，但低瓦斯隧道,搞不好一样会爆炸，一样会出事故，有必要强调它,的安全生产重要性，有必要针对低瓦斯隧道的特点,研究其安全生产技术。,2.,低瓦斯隧道灾害事故种类,?,低瓦斯隧道在通过煤系地层（即含煤地层，包括煤线、,鸡窝煤、薄层煤以及煤层前后的含瓦斯岩层,一般,为砂岩、泥岩、页岩等沉积岩）时，易发生的事故只,有

20、三种：,（,1,）,瓦斯爆炸；,（,2,）,瓦斯燃烧；,（,3,）,巷道坍方。,?,?,3.,瓦斯浓度管理标准,（,1,）,工区内任何地点、任何时刻的瓦斯浓度不大于,0.3%,；,?,（,2,）,任何地点瓦斯浓度达到,0.4%,时，应即刻报警，,找出原因，及时处理；,?,（,3,）,任何地点瓦斯浓度超过,0.5%,，应在前后,20 m,范,围内立即停工，切断电气设备电源，查找原因并加强,通风，观测浓度变化；,?,（,4,）,开挖面瓦斯涌出，且浓度超过,0.5%,时，掌子面,至二次模筑衬砌起点之间立即断电、停工撤人，如加,强通风后浓度仍降不下来，则全工区停电撤人立即研,究处理办法。（两个方案：,

21、a,、如瓦斯涌出强度超过,0.5 m3/min,，改按高瓦斯工区处理、设备换装；,b,、增,加通风设备，加强通风，等待瓦斯涌出衰减）。,低瓦斯隧道的瓦斯浓度正常值是,0.3%,，上限值,是,0.5%,，与瓦斯爆炸下限浓度,5%,相比，小得,很多，这是因为：,（,1,）,5%,是理想条件下的数据，由于隧道中条件复,杂，瓦斯爆炸下限有时会有所降低，比如：空气,中煤尘浓度达到,5 g/m3,时，瓦斯爆炸下限可降为,3%,；有电火花发生时，因其温度较一般火焰高，,700,可引爆浓度,3.25%,瓦斯；,（,2,）,测定人员有读数误差，仪表本身也有一定误差；,（,3,）,隧道中的瓦斯泄漏点及浓度千变万化

22、无一定规,律，而且泄漏的速度也不均匀，检测浓度不一定,是最高浓度；,?,（,4,）,一般规定，凡事故严重，可能产生人员,伤亡时，安全系数应大一些（比如：竖井人员,提升钢绳安全系数规定为,9,），,5%,的爆炸浓度,取安全系数为,10,，即得到低瓦斯隧道施工的上,限浓度,0.5%,；,（,5,）,上限浓度,0.5%,适合低瓦斯工区的非防爆,装备（,0.5%,浓度瓦斯遇火源不会燃烧和爆炸），,同时一般的通风设备也很容易使低瓦斯工区的,瓦斯降到安全浓度（如风机供风量,500 m3/min,时，瓦斯稀释后的浓度为,0.5/500=0.1%,小于,0.5%,）,?,4.,洞内易引起瓦斯爆炸的危险地点,（

23、,1,）,煤层附近的掌子面,（,2,）,拱顶坍穴,（,3,）,拱顶以下,3040 cm,范围,（,4,）,巷道转角,（,5,）,避人洞、避车洞、横通道,（,6,）,停留的大型设备背风处,5.,瓦斯检测,（,1,）,瓦斯检测设备,?,瓦斯自动断电报警器（如：,AWJ-6,型）；,?,便携式瓦检仪（光干涉如：,SWJ-A,型、催化型,如,AZJ-91,型）；,?,凡重要地点（如开挖面、煤层附近、衬砌台车,前方等），人员难于攀登地点（如坍穴顶部），,均应设置自动断电报警器的探头。,（,2,）,检测地点,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,开挖工作面风流中；,未成洞段及已成洞段的拱顶下沿；,衬

24、砌台车前方；,塌方、凹陷、裂隙、风流死角；,地质破碎、地层变化、溶洞；,进洞汽车、装碴机车头上,(,机头上固定设置瓦测仪,),；,停放的大型设备后方风流死角；,洞内电焊地点；,洞电通风机、电机及开关附近；,避人车洞、横通道内；,其它通风不良处,（,3,）,检测频率,开挖面在打眼后，放炮前、放炮后各检,测一次（即“一炮三检测”）；,?,其余时间及地点每班至少,2,次；,?,有异常现象时每小时,1,次；,?,特殊情况时应旁站不间断量测。,?,（,4,）,检测设备标定及检修,每,5,天校正便携式报警器或瓦斯传感器（探头）一次；,?,每,7,天校正瓦斯自动断电报警器一次；,?,每,15,天校正光干涉瓦

25、斯测定仪一次；,?,每天应对照各种不同类型瓦检仪表读数，其误差不应,超过允许值。,?,每次通过煤层，应测量总回风风速及瓦斯浓度，计算,出洞内瓦斯涌出总量（其它时间每月至少测量一次），,并重新判定工区的瓦斯等级。,?,?,?,6.,关于瓦电闭锁和风电闭锁,在设计时判定隧道是否属于低瓦斯隧道的依据是地质,勘察资料，但由于技术水平和设备限制，地质工作往,往存在或大或小的误差。为了确保隧道开挖时即使突,然出现大量瓦斯，仍不会发生爆炸事故。在隧道中安,装“两闭频”是非常必要的，所谓“两闭频”即“瓦,电闭锁”和“风电闭锁”。,?,“,瓦电闭锁,”,前已述，洞内重要位置均应布置探,头，长期不间断监测瓦斯。当

26、探头测得风流中瓦斯浓,度超标时，可立即自动启动断电报警器，切断规定范,围的电器设备电源，并产生声光报警。,?,“,风电闭锁,”,当隧道内通风机由于某种原因不能,运转供风时，自动切断停风区全部电气设备电源。,7.,隧道内过煤层前的超前探测,?,?,定义：,20 m,范围内瓦斯涌出强度大于,0.5,m3/min,的地段为高瓦斯区,为防止隧道掘进时误穿高瓦斯区，在距煤层设计位置,20 m,（垂距）时，打超前钻孔三个，并取岩芯，钻孔,直径不小于,76,。,通过开挖面的超前钻孔，可以了解：煤层位置、煤样,的吨煤含瓦斯量、瓦斯溢出速度、瓦斯压力，瓦斯动,力现象（顶钻、夹钻、喷孔等），判断将要揭露的煤,层是

27、否与设计资料一致。如一致，可正常掘进；如不,一致，应向设计、监理、业主方提出研究处理办法,?,8.,过煤层钻爆作业,按照规范，低瓦斯工区有以下特殊要求：,?,?,（,1,）,全工区采用煤矿许用炸药；,（,2,）,全工区采用煤矿许用瞬发或毫秒电雷管；,最后一段延时不大于,130 ms,。,9.,灯具及电缆,根据铁路瓦斯隧道技术规范,8.1.1,条，低瓦斯工区,的电气设备和作业机械可使用非防爆型，但对于照明,灯具，又规定采用防爆型（,8.3.3,条），似乎有些矛盾。,据我在一些隧道实地观察，觉得可以这样处理：,?,（,1,）,靠近掌子面的未成洞地段，是洞内瓦斯浓度最高,段落，应采用,EXDI,型矿用防爆照明灯，防止掌子面掘,进时突然涌出大量瓦斯，发生事故。,?,（,2,）,已成洞地段，瓦斯已封闭，衬砌中溢出瓦斯量甚,少，可采用一段非防爆灯具，但在成洞地段地点的起,点（模板台车前方），应设置瓦电闭锁探头，一旦瓦,斯浓度超