武 磊

（1．中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037；2．瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400037）

0 引言

鐵路、公路等隧道工程在貫穿山體時(shí)，由于地質(zhì)條件原因，往往不可避免穿越煤系地層，瓦斯作為成煤過(guò)程中的伴生氣體，在隧道開(kāi)挖掘進(jìn)過(guò)程中，圍巖平衡被破壞，瓦斯等有毒有害氣體涌入開(kāi)挖空間，當(dāng)瓦斯達(dá)到一定濃度時(shí)遇到火花會(huì)發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸，造成較大的經(jīng)濟(jì)、人員損失及不良社會(huì)影響。

由于目前國(guó)內(nèi)公路高瓦斯隧道設(shè)計(jì)、施工管理尚無(wú)針對(duì)車輛防爆改裝的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。參建單位為確保瓦斯隧道施工安全，針對(duì)行走機(jī)械車輛防爆改裝主要借鑒以往瓦斯隧道的防爆改裝模式或引用煤炭行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但如何做好高瓦斯隧道具體的改裝細(xì)目、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求等，以滿足隧道安全施工需要，還需在工程實(shí)踐中研究并積累經(jīng)驗(yàn)。本文通過(guò)分析不同行走機(jī)械車輛防爆改裝方案的差異，以期為瓦斯隧道作業(yè)機(jī)械防爆改裝提供參考。

1 行走機(jī)械車輛防爆改裝分析

瓦斯隧道內(nèi)行走機(jī)械車輛防爆是防止以普通內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力的作業(yè)車輛在爆炸性氣體環(huán)境中作業(yè)時(shí)引燃爆炸性氣體發(fā)生事故。目前針對(duì)隧道行走機(jī)械車輛電氣防爆改裝在我國(guó)公路行業(yè)尚未出臺(tái)有關(guān)公路瓦斯隧道施工技術(shù)規(guī)范，主要參照煤炭行業(yè)MT／T 989—2006《礦用防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車通用技術(shù)條件》和MT 990—2006《礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)條件》等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)作業(yè)車輛進(jìn)行防爆改裝。車載瓦斯監(jiān)控改裝主要參照地方公路行業(yè)瓦斯隧道施工技術(shù)規(guī)范，如《貴州省高速公路瓦斯隧道施工技術(shù)指南》等。

2 電氣隔爆改裝分析

2.1 系統(tǒng)工作原理

電氣隔爆改裝主要依據(jù)煤礦行業(yè)的《礦用防爆柴油機(jī)無(wú)軌膠輪車通用技術(shù)條件》《礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)》、GB 19854—2005《爆炸性環(huán)境用工業(yè)車輛防爆技術(shù)通則》、GB 38362—2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》等，對(duì)車輛的柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、蓄電池等電氣系統(tǒng)進(jìn)行防爆改裝，通過(guò)改裝以實(shí)現(xiàn)消除引火源目的，行走機(jī)械車輛電氣隔爆改裝的保護(hù)項(xiàng)目如表1所示。

表1 保護(hù)項(xiàng)目及設(shè)定安全值

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.1 防爆電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)的防爆改裝主要涉及隔爆電瓶箱、隔爆控制箱、防爆燈具及經(jīng)過(guò)防爆處理的發(fā)電機(jī)和啟動(dòng)馬達(dá)（見(jiàn)圖1）。

圖1 防爆電氣系統(tǒng)

1）隔爆電瓶箱 采用隔爆電瓶箱的目的是將蓄電池及控制電路的控制元件全部封裝，保證在產(chǎn)生火花時(shí)與外界空氣隔絕，確保安全。

2）隔爆控制箱 采用隔爆控制箱的目的是將啟動(dòng)馬達(dá)的主令開(kāi)關(guān)及控制按鈕、照明開(kāi)關(guān)、工作指示燈等密封，保證在產(chǎn)生電火花時(shí)與外界空氣隔絕。

3）防爆燈具 采用防爆燈的目的是代替原車照明系統(tǒng)，保證車輛在隧道內(nèi)的有安全充分的照明環(huán)境。

4）隔爆啟動(dòng)馬達(dá)及發(fā)電機(jī) 采用隔爆啟動(dòng)馬達(dá)及發(fā)電機(jī)的目的是為防止在發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)火花，采用耐高溫型阻燃材料進(jìn)行塑封與外界隔絕。

2.2.2 尾氣處理系統(tǒng)構(gòu)成

尾氣的處理系統(tǒng)組成主要由雙層水冷排氣彎管、雙層水冷排氣波紋管、廢氣處理箱、防爆柵欄等組成，如圖2所示。

圖2 尾氣處理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1）排氣彎管和波紋管 采用雙層水冷排氣彎管和波紋管的目的是通過(guò)夾層中走水冷卻以降低排氣管表面溫度，并對(duì)尾氣進(jìn)行冷卻。

2）廢氣處理箱 采用廢氣處理箱的目的是消除尾氣火花，通過(guò)廢氣處理箱的水不但可熄滅火花、降低排氣溫度，同時(shí)各種有害氣體可溶解在水中，凈化尾氣，改善隧道內(nèi)工作環(huán)境。

3）防爆柵欄 采用防爆柵欄的目的是尾氣經(jīng)過(guò)廢氣處理箱再經(jīng)過(guò)防爆柵欄排出，完全杜絕火源，是尾氣處理過(guò)程中的補(bǔ)充阻火裝置。

3 車載瓦斯監(jiān)控改裝分析

3.1 系統(tǒng)工作原理

車載瓦斯監(jiān)控改裝主要通過(guò)安裝一套車載瓦斯監(jiān)控裝置，采集施工機(jī)械工作區(qū)域的環(huán)境瓦斯氣體濃度參數(shù)，根據(jù)設(shè)定的預(yù)警濃度值，在施工中實(shí)現(xiàn)施工設(shè)備預(yù)警和自動(dòng)斷電、熄火，使機(jī)械自動(dòng)停止工作并關(guān)閉總電源，實(shí)現(xiàn)閉鎖，防止機(jī)械工作中或不知情人員重新啟動(dòng)，因火花造成爆炸事故。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要有系統(tǒng)維護(hù)與配置管理中心、瓦斯監(jiān)控主機(jī)、瓦斯監(jiān)測(cè)傳感器、瓦斯監(jiān)控主機(jī)電源、檢測(cè)控制器組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1）系統(tǒng)維護(hù)與配置管理中心主要用于設(shè)置、調(diào)試系統(tǒng)配置參數(shù)和控制邏輯。

2）監(jiān)控裝置是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理和邏輯控制中心，負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，判定處理，同時(shí)具備通信下達(dá)指令等功能。

3）檢測(cè)控制器包括傳感器和報(bào)警器，傳感器主要是采集數(shù)據(jù)，如瓦斯、一氧化碳、二氧化碳等；報(bào)警器接收分站發(fā)來(lái)的報(bào)警信號(hào)，發(fā)出聲光報(bào)警提示，提前發(fā)出預(yù)警。

圖3 車載瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 不同改裝方案分析

通過(guò)分析不同行走機(jī)械車輛防爆改裝系統(tǒng)工作原理和結(jié)構(gòu)，電氣隔爆改裝和車載瓦斯監(jiān)控改裝在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)成本上存在很大的差異，具體分析如表2所示。

表2 隧道行走機(jī)械防爆改裝方案差異

5 梅花箐隧道行走機(jī)械車輛防爆改裝應(yīng)用

梅花箐隧道為畢都高速公路中的1座高瓦斯長(zhǎng)隧道，最大埋深約190m，設(shè)置為分離式，等級(jí)為雙線4車道公路隧道，單線雙車道設(shè)置，右線全長(zhǎng)1 922m，左線全長(zhǎng)1 887m。隧道圍巖類別有Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ級(jí)圍巖，最大開(kāi)挖斷面116．3m2（緊急停車帶III級(jí)圍巖段），最小開(kāi)挖斷面85．1m2。隧道施工方式為進(jìn)、出口獨(dú)頭相向掘進(jìn)。根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)及相關(guān)地勘資料，梅花箐隧道出口端ZK98＋540（YK98＋551）至出口之間為長(zhǎng)興、大隆組和龍?zhí)督M（P3l＋c＋d）含煤地層段，該地層段有煤層賦存，含煤及煤線30～40層，施工期瓦斯涌出量大。

由于我國(guó)公路高瓦斯隧道洞內(nèi)行走機(jī)械車輛防爆改裝技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)不完善，為確保工期、施工安全、經(jīng)濟(jì)成本及施工效率，項(xiàng)目部結(jié)合隧道實(shí)際情況，通過(guò)方案比較分析并咨詢相關(guān)專家意見(jiàn)，對(duì)施工機(jī)械防爆改裝采用車載瓦斯監(jiān)控改裝方案。施工期間安排專業(yè)人員定期維護(hù)管理，對(duì)防爆原件經(jīng)常檢查、調(diào)試或更換，保證元件不失效。通過(guò)1年的煤系地層施工，實(shí)現(xiàn)零瓦斯爆炸事故，杜絕行走機(jī)械車輛可能產(chǎn)生的不安全因素，確保隧道施工安全，創(chuàng)造良好的施工環(huán)境，并取得良好的應(yīng)用效果。

6 結(jié)語(yǔ)

1）隧道過(guò)煤系地層段瓦斯涌出量大，通風(fēng)不良或炮后容易發(fā)生瓦斯積聚超限，基于瓦斯性質(zhì)，常態(tài)難以覺(jué)察，必須借助專門儀器才能測(cè)定，安全隱患大。為避免施工機(jī)械車輛在隧道內(nèi)作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生火花導(dǎo)致瓦斯爆炸、保障安全施工環(huán)境及加強(qiáng)安全管理，應(yīng)對(duì)洞內(nèi)行走機(jī)械車輛進(jìn)行防爆改裝。

2）通過(guò)電氣隔爆改裝和車載瓦斯監(jiān)控改裝的差異分析，電氣隔爆改裝能從源頭上杜絕高溫和火花，安全系數(shù)高，但改裝后車輛工效降低、成本高、后期維護(hù)頻繁。因此，應(yīng)結(jié)合瓦斯隧道的工區(qū)等級(jí)優(yōu)化機(jī)械車輛配置，提高工效及減少成本。

3）梅花箐隧道車輛防爆應(yīng)用取得了良好效果，但我國(guó)公路隧道行業(yè)沒(méi)有統(tǒng)一的機(jī)械防爆改裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且瓦斯隧道所處區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜，車載瓦斯監(jiān)控改裝方案是否可推廣到所有的高瓦斯隧道有待研究。因此，亟需通過(guò)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累完善并細(xì)化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求。