高俊

中鐵六局集團(tuán)天津鐵路建設(shè)有限公司 天津 300000

1 前言

在高瓦斯隧洞施工中如果發(fā)生瓦斯窒息、爆炸、燃燒，則會(huì)極具危害性，而發(fā)生瓦斯燃燒或爆炸所必須具備的三個(gè)條件：瓦斯要達(dá)到一定濃度、有一定溫度的引火源、氧氣濃度達(dá)到一定數(shù)值。通風(fēng)是降低瓦斯?jié)舛?，防止瓦斯爆炸的最主要措施，通風(fēng)主要有兩個(gè)目的，一是沖淡和稀釋瓦斯，二是防止瓦斯在角隅和洞頂滯留。前者主要與風(fēng)量有關(guān)，而后者主要與風(fēng)速有關(guān)。瓦斯隧道一般使用壓入式風(fēng)機(jī)通風(fēng)，通風(fēng)時(shí)風(fēng)速大于1m/s，為了保證洞內(nèi)瓦斯?jié)舛炔怀^允許標(biāo)準(zhǔn)值，施工期間需保證24小時(shí)不間斷通風(fēng)。瓦斯檢測(cè)監(jiān)控是瓦斯隧洞施工的“眼睛”，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦斯逸出情況，是否存在瓦斯積聚濃度超標(biāo)，以便于及時(shí)采取措施，保證施工安全[1]。

2 工程概況

工程主體為引水隧洞，主洞全長12256.514m，隧洞為有壓隧洞，開挖斷面為圓拱斜墻，襯砌后成洞斷面為圓形，成洞直徑為3.9m。隧洞開挖鉆眼過程中發(fā)生瓦斯逸出，造成施工停止。工程區(qū)位于華北古陸東北部的金嶺寺——羊山盆地中部，盆地內(nèi)堆積了侏羅系和白堊系火山沉積地層，斷層和褶皺構(gòu)造發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育。斷裂構(gòu)造是瓦斯運(yùn)移的主要通道。根據(jù)地層生成和沉積條件，工程區(qū)內(nèi)具備油層氣生、儲(chǔ)、蓋的條件。瓦斯氣體生層主要為侏羅系下統(tǒng)北票組地層的沉積巖，儲(chǔ)層主要為侏羅系上部沉積的砂巖、砂礫巖，蓋層為白堊系的火成巖，綜合判定該洞段為高瓦斯工區(qū)，掌子面單位時(shí)間瓦斯最大涌出量估算值預(yù)測(cè)為0.72m/min。

3 高瓦斯隧洞通風(fēng)

3.1 通風(fēng)方式

本標(biāo)段C1#高瓦斯隧洞，斜井長度1632m，主洞上游施工長度1292m，計(jì)算得出獨(dú)頭掘進(jìn)最長距離2924m。按照正常施工安排，主洞上、下游會(huì)產(chǎn)生必不可避免的交叉，造成相互干擾，所以在下游起點(diǎn)位置安裝封閉門，暫停下游施工，達(dá)到獨(dú)頭掘進(jìn)、通風(fēng)的效果。

圖1 瓦斯洞段通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已具備的施工條件，為確保高瓦斯隧道通風(fēng)達(dá)標(biāo)，通過通風(fēng)量計(jì)算，考慮場(chǎng)地制約的因素，最終確定通風(fēng)方式為壓入式通風(fēng)。在距離斜井入口25m位置安裝2臺(tái)功率75kW的壓入式軸流通風(fēng)機(jī)，并設(shè)置1套備用，風(fēng)筒采用直徑1m的高性能抗靜電阻燃通風(fēng)管，風(fēng)機(jī)口70m范圍內(nèi)風(fēng)管需具備剛性骨架，風(fēng)管安裝在隧道拱頂，從斜井口延伸直至作業(yè)面5m范圍內(nèi)，為了減小掌子面爆破產(chǎn)生的飛石對(duì)風(fēng)筒造成的損壞，將末端10m范圍內(nèi)的風(fēng)筒更換為橡膠材質(zhì)。

風(fēng)機(jī)將風(fēng)壓入后，回風(fēng)沿著主洞上游、斜井排放至洞外，最終達(dá)到壓入風(fēng)量與回風(fēng)量相同的目的，此通風(fēng)方式簡單經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)固可靠。對(duì)于斜井避車洞及主洞調(diào)車洞等瓦斯易于積聚至高濃度的部位，增加功率10kW的射流風(fēng)機(jī)來增加通風(fēng)量。

按照上述的通風(fēng)排放方式進(jìn)行施工，保證隧道通風(fēng)效果達(dá)標(biāo)，瓦斯?jié)舛鹊陀跒?zāi)害濃度。

3.2 臨時(shí)封閉門

高瓦斯隧洞按照正常施工安排，主洞上、下游會(huì)產(chǎn)生必不可避免的交叉，造成相互干擾，在下游起點(diǎn)位置安裝封閉門，暫停下游施工，達(dá)到獨(dú)頭掘進(jìn)、通風(fēng)。臨時(shí)封閉門采用型鋼和鋼筋骨架，敷設(shè)1mm鐵皮，與巖面接觸四周采用泡沫膠進(jìn)行封閉。

3.3 備用電源

隧道供電線路為農(nóng)網(wǎng)改造，為避免施工過程中停電致使洞口通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，在斜井口安裝備用電源，備用電源為500kVA的發(fā)電機(jī)一臺(tái)，線路連接雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，配備1名專業(yè)電工進(jìn)行日常維護(hù)、保養(yǎng)、試運(yùn)行，并做好相應(yīng)記錄。發(fā)生供電線路故障停電后，確保在10分鐘內(nèi)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，恢復(fù)通風(fēng)機(jī)及洞內(nèi)照明等設(shè)備運(yùn)行，保證隧道內(nèi)供風(fēng)量。

3.4 備用通風(fēng)機(jī)

備用一套2×75KW同等性能的備用通風(fēng)機(jī)，并保持良好的使用狀態(tài)，在主風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)將通風(fēng)管換到備用通風(fēng)機(jī)上保證施工通風(fēng)正常進(jìn)行，同時(shí)搶修主通風(fēng)機(jī)。

3.5 局部特殊區(qū)域通風(fēng)

3.5.1 風(fēng)筒分支排放法

針對(duì)塌方部位，在風(fēng)筒上增加‘三通’，或安裝一根直徑小于原風(fēng)筒的分支當(dāng)做內(nèi)筒，向塌方部位空洞內(nèi)持續(xù)送風(fēng)，防止瓦斯積聚導(dǎo)致濃度超標(biāo)。

3.5.2 壓風(fēng)排除法

在原有高壓風(fēng)管上連接若干個(gè)支管，每個(gè)支管上安裝噴嘴，噴嘴可吹出高壓風(fēng)，利用噴嘴吹出的高壓風(fēng)將積聚的瓦斯吹散稀釋。當(dāng)掌子面發(fā)生塌方或涌水造成塌腔時(shí)，也可以采用此方法防止瓦斯積聚[2]。

4 高瓦斯隧洞檢測(cè)監(jiān)控

高瓦斯隧洞施工期間，設(shè)置瓦斯檢測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)，瓦斯檢測(cè)監(jiān)控、系統(tǒng)分為兩部分，包括瓦斯自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)與人工檢測(cè)測(cè)系統(tǒng)，將檢測(cè)與監(jiān)控列為重要施工工序進(jìn)行管理，由施工現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人主管，根據(jù)瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速/風(fēng)量雙指標(biāo)組織安全施工管理。

4.1 檢測(cè)儀器配備、布置及管理

隧道內(nèi)按規(guī)定安裝瓦斯自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警斷電系統(tǒng)，實(shí)行瓦斯電閉鎖。

（1）手持式

①光干涉瓦斯檢測(cè)儀

由瓦檢員配備，定期進(jìn)行檢測(cè)。

②便攜式瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀

由班組長、司機(jī)、入洞檢查管理人員配備，隨時(shí)檢測(cè)。

③有害氣體檢測(cè)儀

與便攜式瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀配合使用。

（2）固定式

①甲烷傳感器（瓦斯自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警斷電裝置）

垂直懸掛在隧道拱頂，距離拱頂不大于30cm，距離側(cè)墻不小于20cm。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)

在掌子面安裝低濃度瓦斯傳感器，設(shè)定好報(bào)警點(diǎn)，持續(xù)檢測(cè)瓦斯?jié)舛?，?dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，傳感器、地面中心站同時(shí)發(fā)出聲光警報(bào)；當(dāng)濃度超過設(shè)定好的斷電指標(biāo)時(shí)，通過饋電斷電器自動(dòng)控制洞外的磁力開關(guān)實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)斷電。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)傳感器布置

主洞距開挖掌子面5m處布設(shè)甲烷傳感器3個(gè)（分別布設(shè)在拱頂及拱腰位置）；距開挖掌子面15m處布設(shè)甲烷傳感器1個(gè)；開挖洞段支洞每500m左右、主洞每200m左右拱頂下設(shè)甲烷傳感器1個(gè)。隨著隧洞不斷掘進(jìn)傳感器同時(shí)前移增設(shè)。

（5）傳感器的布置安裝要求

各種傳感器的安裝應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》及《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，并應(yīng)滿足下列要求：

①開挖工作面?zhèn)鞲衅鞑贾靡?/p>

a.甲烷傳感器報(bào)警濃度：0.5%CH4。

b.自動(dòng)斷電濃度：1.5%CH4。

c.允許復(fù)電濃度：0.5%CH4。

d.斷電范圍：開挖工作面中全部電氣設(shè)備。

使用該設(shè)備斷電的開挖工作面，只允許人工復(fù)電。人工進(jìn)行復(fù)電前，必須由瓦檢員進(jìn)行瓦斯?jié)舛葯z查，確定瓦斯?jié)舛仍谠试S范圍之后，方可由專業(yè)電工進(jìn)行人工復(fù)電。

②回風(fēng)區(qū)傳感器布置要求

瓦斯隧洞回風(fēng)區(qū)，報(bào)警濃度為0.5%CH4，瓦斯斷電濃度為1.5%CH4，復(fù)電濃度為0.5%CH4，斷電范圍為回風(fēng)區(qū)全部電氣設(shè)備。

③其它：傳感器應(yīng)自由懸掛于距拱頂不大于0.3m處，其迎風(fēng)流和背風(fēng)流0.5m之內(nèi)不有阻擋物；傳感器懸掛處支護(hù)要良好，無滴水，臺(tái)車、機(jī)械行走過程等不會(huì)損壞傳感器。

（6）設(shè)備管理

①所有檢測(cè)設(shè)備必須定期進(jìn)行調(diào)試、校正，每月至少1次，由煤礦專業(yè)部門人員進(jìn)行調(diào)試與校正。甲烷傳感器、便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀等采用載體催化元件的甲烷檢測(cè)設(shè)備，每隔7日進(jìn)行一次校準(zhǔn)氣樣和空氣樣調(diào)校，并按照甲烷超限狀態(tài)測(cè)試斷電功能。如發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障，及時(shí)進(jìn)行維修，設(shè)備故障期間采取相應(yīng)的安全措施。

②將檢測(cè)設(shè)備及電纜的檢查列為日常工作，每日必須仔細(xì)檢查，對(duì)比便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀或便攜式光學(xué)甲烷檢測(cè)儀與甲烷傳感器讀數(shù)，判斷二者誤差，若大于允許誤差，暫時(shí)以濃度大的讀數(shù)作為當(dāng)前濃度采取相應(yīng)措施，并在6小時(shí)能完成設(shè)備調(diào)校，確定問題設(shè)備并維修。

③便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀日常充電、收發(fā)及維護(hù)必須由專人負(fù)責(zé)并記錄，每次檢查前將隔爆罩上的灰塵、雜物清理干凈，發(fā)放給檢測(cè)人員之前，須檢查便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀的零點(diǎn)和電壓或電源欠壓值，如有異常嚴(yán)禁發(fā)放使用。

（7）傳感器的移動(dòng)及保護(hù)

掌子面?zhèn)鞲衅鞅仨氹S掘進(jìn)開挖而跟隨移動(dòng)以保證合適的吊掛位置，掌子面開挖掘進(jìn)時(shí)必須將掌子面?zhèn)鞲衅骱笠埔欢ǖ木嚯x并加以保護(hù)，掘進(jìn)完成后要及時(shí)將掌子面的傳感器復(fù)位。掌子面?zhèn)鞲衅鞯囊苿?dòng)及復(fù)位工作由當(dāng)班電工負(fù)責(zé)，在移動(dòng)掌子面照明燈具時(shí)同時(shí)完成。

4.2 瓦斯檢測(cè)程序

（1）瓦斯檢測(cè)流程

隧洞內(nèi)檢測(cè)人員按規(guī)定頻率進(jìn)行瓦斯?jié)舛葯z測(cè)，隨時(shí)隨地抽檢洞內(nèi)瓦斯?jié)舛?，在掘進(jìn)前、掘進(jìn)過程中、掘進(jìn)完成后均進(jìn)行檢查。

圖2 隧洞內(nèi)瓦斯檢測(cè)流程圖

（2）瓦斯檢測(cè)步驟

瓦斯檢測(cè)步驟分為4步：

（3）瓦斯重點(diǎn)檢測(cè)地點(diǎn)

①掌子面及掌子面附近30m范圍內(nèi)的風(fēng)流；

②斷面尺寸變化的交界處，其上部容易積聚瓦斯的地方；

③洞內(nèi)風(fēng)機(jī)20m范圍內(nèi)的風(fēng)流中；

④總回風(fēng)流中；

⑤避車洞等擴(kuò)大洞室；

⑥機(jī)械、電氣設(shè)備及其開關(guān)附近20m范圍內(nèi)；

⑦局部通風(fēng)不良地段。

（4）數(shù)據(jù)的收集、分析、應(yīng)用

隧洞施工中，要做好檢測(cè)數(shù)據(jù)的記錄、收集工作，積累大量的原始數(shù)據(jù)，為施工人員通過數(shù)據(jù)的分析，指導(dǎo)安全生產(chǎn)提供可靠的依據(jù)。

4.3 瓦斯檢測(cè)頻率和范圍

（1）增加瓦斯檢測(cè)頻率，加強(qiáng)打炮眼、安放炸藥、引爆前及引爆后等階段的瓦斯巡回檢測(cè)。

（2）根據(jù)隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛劝才艡z測(cè)頻率，瓦斯?jié)舛鹊陀?.5%時(shí)，每隔0.5～1小時(shí)檢查一次；瓦斯?jié)舛雀哂?.5%時(shí)，全程檢查，瓦檢員不得離開掌子面，檢測(cè)數(shù)據(jù)異常及時(shí)組織人員撤離并報(bào)告。

（3）當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛雀哂?%時(shí)，需加強(qiáng)通風(fēng)，稀釋空氣中瓦斯含量，在其降低至安全允許值以下后，方可安排瓦檢員進(jìn)入隧道內(nèi)檢查；瓦檢員檢測(cè)時(shí)需佩戴全套安全防護(hù)裝備。

（4）對(duì)隧道內(nèi)瓦斯?jié)舛认拗祰?yán)格按照超限處理措施執(zhí)行。

（5）施工過程中，專職檢測(cè)人員均現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)瓦斯?jié)舛?，?dāng)開挖面及其后方的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.5%時(shí),則發(fā)出警報(bào),隧洞內(nèi)即處于警戒防爆作業(yè)狀態(tài)；當(dāng)瓦斯?jié)舛壬仙?%時(shí),切斷開挖面處除風(fēng)機(jī)以外的一切設(shè)備電源；當(dāng)洞內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時(shí),作業(yè)隊(duì)長須立即下達(dá)停工和全員撤出待避的命令。為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理情況，要求工班長、瓦斯檢測(cè)安全員、爆破工配備便攜式瓦斯檢測(cè)儀。

5 實(shí)施效果

高瓦斯引水隧洞開挖施工過程中根據(jù)施工條件獨(dú)頭施工、獨(dú)頭通風(fēng)，2臺(tái)75KW軸流通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)，風(fēng)速、風(fēng)量均能滿足施工要求，實(shí)現(xiàn)通排風(fēng)簡單、穩(wěn)定、可靠，降低洞內(nèi)瓦斯?jié)舛?，同時(shí)采用人工和自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備相結(jié)合的方式對(duì)洞內(nèi)瓦斯逸出情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，確保了工程安全順利施工，高瓦斯洞段按期完成開挖施工任務(wù)。

6 結(jié)語

高瓦斯引水隧洞開挖時(shí)通風(fēng)是關(guān)鍵，不管是低瓦斯隧道、高瓦斯隧道還是瓦斯突出隧道，如果能夠保證足夠的風(fēng)量和風(fēng)速，保證洞內(nèi)任何瓦斯易積聚角落瓦斯?jié)舛染陀?.5%，則絕對(duì)不可能發(fā)生任何的瓦斯安全事故。通風(fēng)降低瓦斯?jié)舛?，是排除瓦斯安全隱患的最根本、最徹底的解決措施。監(jiān)測(cè)監(jiān)控是重點(diǎn)，施工過程中存不存在瓦斯安全隱患，實(shí)行何種施工方案，最終都需要瓦斯監(jiān)測(cè)的結(jié)果來說明。根據(jù)瓦斯監(jiān)測(cè)的濃度，來判斷瓦斯逸出情況，采取相應(yīng)的措施，制定應(yīng)急預(yù)案和管理制度。瓦斯監(jiān)測(cè)在空間上要全面、準(zhǔn)確，在時(shí)間上要及時(shí)、持久。高瓦斯引水隧洞通風(fēng)與檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)對(duì)類似工程有一定借鑒指導(dǎo)意義和推廣價(jià)值。