预防水电工程隧洞施工中的瓦斯爆炸事故

1、预防水电工程隧洞施工中的瓦斯爆炸事故胡大山（中国三峡总公司向家坝建设部 四川宜宾 644600）摘要:水电工程隧道施工中遭遇瓦斯虽然不是什么新鲜事，然而从近来发生的几起事故来看，应该得到更大重视。本文从瓦斯爆炸原理和防治措施两个方面进行阐述，希望可以为减少水电项目施工过程中瓦斯爆炸事故尽一份力。关键词：水电工程；瓦斯爆炸；安全管理；技术措施；1 引言一般认为，瓦斯爆炸事故多发生在煤矿开采过程中，但是最近在水电工程施工过程也发生了几起瓦斯爆炸事故，如2008年12月13日，向家坝左岸一施工廊道发生瓦斯爆炸事故，造成死亡1人，3人受伤；2009年2月16日湖北省恩施土家族苗族自治州建始县野三河电站

2、一在建隧道发生瓦斯爆炸，致1人死亡6人受伤。水电工程隧道施工过程中遇到瓦斯并且短时间形成积聚的情况并不多见，施工单位往往没有采取有效的预防措施，加之现场施工人员缺乏相关的安全知识，这就造成了瓦斯爆炸事故时有发生，为此有必要加强对水电工程隧道施工中瓦斯爆炸事故的预防工作。2 瓦斯爆炸的机理和条件2.1 瓦斯爆炸机理瓦斯爆炸是一种热链式反应（也叫链锁反应）。当爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源给予的热能）后，反应分子的链即行断裂，离解成两个或两个以上的游离基（也叫自由基）。这类游离基具有很大的化学活性，成为反应连续进行的活化中心。在适合的条件下，每一个游离基又可以进一步分解，再产生两个或两上以上

3、的游离基。这样循环不已，游离基越来越多，化学反应速度也越来越快，最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。所以，瓦斯爆炸就其本质来说，是一定浓度的甲烷与空气中的氧气在一定温度的作用下产生的剧烈的氧化反应。 2.2 瓦斯爆炸的条件瓦斯爆炸的条件是：瓦斯浓度在爆炸极限内、点火源的存在和充足的氧气。    （1）瓦斯浓度 瓦斯爆炸有一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限，一般认为，瓦斯爆炸极限为515。当瓦斯浓度低于5时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为9.5时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在15以上时，失去其

4、爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。 瓦斯爆炸极限范围并不是固定不变的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃性气体、惰性气体的混入等因素的影响。 （2）点火源 瓦斯的引火温度，即点燃瓦斯的最低温度。一般认为，瓦斯的引火温度为650750，但因受瓦斯的浓度、点火源的性质及混合气体的压力等因素影响而变化。当瓦斯含量在78时，最易引燃；当混合气体的压力增高时，引燃温度随即降低；在引火温度相同时，火源面积越大、点火时间越长，越易引燃瓦斯。 高温火源的存在，是引起瓦斯爆炸的必要条件之一，抽烟、电气火花、违章放炮、煤炭自燃、明火作业等都易引起瓦斯爆炸事故。（3）氧的浓度 实践证明，空气中的氧气浓度降低时，瓦斯爆

5、炸极限范围随之缩小，当氧气浓度减少到12以下时，瓦斯混合气体则会失去爆炸性。当氧气浓度升高时，瓦斯的爆炸极限范围会变宽，例如在纯氧中瓦斯的爆炸极限在5%61%。 3 瓦斯爆炸事故的原因3.1 地质勘探中的遗漏水利工程隧道施工前往往会先进行地质勘探，方法有两种：一是超前钻探法，也就是根据钻孔台车从隧道掌子向前打孔时速度的变化，并结合岩粉和泥浆的颜色来预测打孔深度范围内的地质情况。另一种方法则是超前平导法，即在隧道的中线附近利用平行导坑先期贯穿一个综合性地质探洞，以便对主洞作出准确的地质超前预报，同时为主洞的施工起到输水、排水、通风、运输等作用。尽管如此，地质勘察也难免出现遗漏，导致爆炸事故。由于

6、勘测的范围限制，施工区并没有瓦斯，但是周围却蕴藏着瓦斯，这样会造成施工过程中并没有发现瓦斯，施工结束后瓦斯从排水孔或缝隙中析出的现象。3.2 通风系统设计不合理水电站建设，尤其是地下厂房的前期施工中，很难形成有效的通风系统，大多采取是压入式通风。通风设计中往往没有考虑瓦斯的析出，再加上放炮过程中飞石很容易损坏风筒导致漏风，这样设计风量就不能满足实际的需要；另外，由于风筒出口位置设置不当，容易产生通风的死角，为瓦斯的聚集了提供条件。3.3 安全管理不到位安全管理不到位主要表现在没有严格按照规定执行，例如违章放炮没有严格执行“一炮三检”制度，没有在放炮前、放药前、放炮后检测瓦斯；通风管理不规范，存

7、在无计划开停风，恢复施工前没有先检测瓦斯浓度确保是否在安全范围内。安全管不到位还表现在安全培训不到位，由于农民工流动性大，普遍缺乏安全知识，如果不进行预防瓦斯爆炸专题安全培训，会导致农民工在有瓦斯遂洞中不禁火，发现了瓦斯也不知道如何处理等问题，为瓦斯爆炸事故埋下了巨大的隐患。3.4 电气火花引爆瓦斯引爆瓦斯的火源有爆破火花、电气火花、摩檫撞击火花、静电火花、人为火花等等。电气火花是引爆瓦斯的重要因素，在瓦斯爆炸事故中由电气引发的占到了一半。水电项目施工过程中往往没有安装瓦斯监测系统，电线大多也不会设计成屏蔽电缆，没有采用防爆灯和防爆风机等设备，也没有使用防爆开关，甚至有的电线接头直接裸露，这是

8、很危险的，一旦有瓦斯积聚后果不堪设想。实际上，引爆瓦斯并不需要很大的能量，准确的说是很小的能量，一般在大于0.28mJ就可以了，即下图中A点的横坐标。图1 点火能对甲烷爆炸极限的影响关系图理论上，点火源的火花能量越大，加热面积越大，作用时间越长，爆炸极限范围也越大。图1是电火花能量对甲烷和空气的混合气体爆炸极限的影响。从图中可以看出，当点火能达到某一值时，爆炸极限范围受点火能影响较小，如图1中当点火能量大于10J时，其爆炸极限范围就趋于稳定，即为5%15%。所以一般情况下，爆炸极限均在较高的点火能下测得。4 预防瓦斯爆炸的措施4.1 超前预报根据隧道准确的地质条件，来预防瓦斯爆炸事故是本质安全

9、的第一步，只有弄清楚瓦斯的分布情况才能制定有效的技术措施来消除瓦斯的危害，预报瓦斯的主要方法如下：（1）采用地质素描和超前钻孔实施掌子面瓦斯观测； （2）采用HSP声波反射实施掌子面前方的断层、破碎带预报； （3）选用专用的瓦斯检测仪监测瓦斯浓度。 4.2 合理通风根据瓦斯爆炸的必要条件，首先我们应该尽量避免隧道中瓦斯的积聚，使工作面的进风风流中不超过0.5%，回风风流不超过1%，总回风量不超过0.75%；其次，对通风系统进行检查和维护，对于损坏了的风筒应该予以更换；最后，不得擅自开停风机，恢复施工前应该先监测瓦斯。4.3 杜绝点火源参照煤矿安全规程配备有瓦斯隧道电气，对电气设备要进行定期检查

10、和维护，对于不符合要求的设备应该立即予以已更换。施工过程中应使用电缆线，并且接头不得为“鸡爪子”“羊尾巴”型，也不得有明接头，照明灯选取药符合规定。放炮作业时，必须由专职炮工按规定装药放炮，炮眼必须按照要求封足水炮泥、炮泥，严禁放明炮、糊炮，严格执行“一炮三检”和“三人联锁”的放炮制度。动火作业，必须按照相关规定执行，不得擅自携带火源或制造火源。4.4 加强管理，重视培训对于发现瓦斯的隧洞，应建立相关的预防监测制度，施工过程中严格按照规定执行。严禁施工人员在隧洞中抽烟，擅自动用电焊、火焊，穿化纤衣服等等；认真执行瓦斯专向检查和“一通三防”的隐患排查及责任追究制度，确保预防瓦斯爆炸事故的工作落到

11、实处。另一方面，定期对施工人员进行安全培训，增强他们对于瓦斯的安全预防和处理能力，提高安全意识，切实体现安全工作必须以人为本，以施工人员为根本。5 结语与煤炭行业比较水电工程施工中的遭遇瓦斯并不多见，但是事故发生概率却比较大，究其原因是相关单位对于瓦斯危害重视程度不够，认为瓦斯爆炸危险只是存在于煤矿中，从而没有采取有效的预防和控制措施；也有存在侥幸心理的因素，认为低浓度瓦斯不会发生爆炸。实际上，瓦斯爆炸事故常在不经意间发生，并且瓦斯爆炸事故一旦发生往往是比较严重的，即不出事故则已，一出则是大事故，所以任何时候，任何施工过程中遇到瓦斯都需要严格对待，不可以掉以轻心。瓦斯爆炸事故的预防是一项系统安全工程，除了可靠的安全预防技术措施外，还必须加大强安全监督检查力度，重视人员的安全培训，提高安全意识。只有这样才能从根本上预防瓦斯爆炸事故的发生。参考文献1李苍松，何发亮.关于瓦斯隧道施工地质超前预报的探讨第二届全国岩土与工程学术大会论文集（上册）北京：科学出版社2006.3036.2朱永全，宋玉香.隧道工程M.2005.9第一版2005.9第一次印刷.北京：中国铁道出版社，2005.121 129 ，163188.3何发亮，李苍松，陈成宗.隧道地质超前预报.成都：西南交通大学出版社，2006.