彭海

（四川省交通建設集團股份有限公司 四川成都 610000）

1 瓦斯的危害

1.1 瓦斯的概念

在隧道施工時，圍巖和煤層中會溢出成分復雜的有毒有害氣體，這些氣體被統(tǒng)稱為瓦斯。這種地質(zhì)危害帶有一定的特殊性。瓦斯中的氣體如若發(fā)生災害，往往會引發(fā)重大災害，這些氣體包括一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、硫化氫（H2S）等。狹義上的瓦斯是指以甲烷（CH4）為主，其是一種無色無味的氣體，在標準狀態(tài)（溫度為0℃、大氣壓為101.3kPa）下比空氣輕（瓦斯的密度為0.716kg/m3，空氣密度為1.29kg/m3）。

在修建隧道時，往往采用鉆爆法施工，在爆破作業(yè)過程中，爆破面會急劇逸出瓦斯氣體。由于瓦斯氣體密度小，因此，如果隧道內(nèi)的空氣流通狀況不好，極易在隧道拱頂大量積聚［1］，一旦隧道內(nèi)空氣中瓦斯含量超過一定濃度，會變得極其不穩(wěn)定，一旦遇到火源或者高溫物體，很可能發(fā)生爆炸。

1.2 高速公路瓦斯隧道的分類

高速公路瓦斯隧道通常分為低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道3種類型。而分類的標準則取決于隧道內(nèi)瓦斯工區(qū)最高級。瓦斯工區(qū)是指在地層含有瓦斯的隧道施工區(qū)段，瓦斯隧道工區(qū)又分為非瓦斯、低瓦斯、高瓦斯及瓦斯突出工區(qū)4 類。依照瓦斯涌出量來判定等級。在衡量高、低瓦斯工區(qū)時，存在一個標準，即0.5m3/min［2］，如果全工區(qū)瓦斯涌出量不超過這個標準，即為低瓦斯工區(qū)，反之則為高瓦斯工區(qū)。瓦斯地層或瓦斯工區(qū)絕對瓦斯涌出量判定指標見表1。

表1 瓦斯工區(qū)絕對瓦斯涌出量判定指標

一旦在瓦斯隧道中某處發(fā)現(xiàn)了危險源或者風險區(qū)，則該地段則會被認定為瓦斯突出危險工區(qū)。判斷瓦斯是否突出的標準如下：瓦斯壓力P≥0.74MPa，瓦斯放散初速度ΔP≥10。

1.3 瓦斯的危害

瓦斯會帶來多種危害，如瓦斯爆炸、瓦斯窒息、瓦斯燃燒等，這些都會引發(fā)事故，往往會給施工作業(yè)人員帶來重大危險。

1.3.1 瓦斯窒息

甲烷這種氣體本身是無毒的，但是一旦空氣中甲烷的比例超過一定量時，就必然會導致空氣中的氧氣濃度迅速降低。一旦空氣中的氧含量降到17%時，人們就會感到呼吸困難；而當其下降到12%以下時，就會使人發(fā)生窒息甚至死亡。

1.3.2 瓦斯燃燒與爆炸

瓦斯發(fā)生爆炸會產(chǎn)生有毒有害氣體、沖擊波及高溫焰面。在隧道中，化學反應區(qū)和高溫氣體處于運動中，就會形成焰面。焰面的溫度非常高，基本可以達到2150～2650℃，速度非?？欤罡呖蛇_2500m/s，焰面所經(jīng)之處會發(fā)生嚴重火災，且災情會不斷擴大。瓦斯爆炸是瓦斯隧道施工中最嚴重的事故，一旦發(fā)生爆炸，就會造成作業(yè)人員嚴重傷亡。

1.3.3 巖與瓦斯突出大量瓦斯從隧道裂隙中噴出僅需要極短的時間，最多幾個小時，短則幾分鐘，瓦斯噴出時伴有巨大轟響，其中夾雜著巖塊或者煤塊。

2 瓦斯的防治及措施

2.1 瓦斯發(fā)生爆炸的條件

瓦斯爆炸必須同時滿足以下3 個條件：一是要有足夠高的瓦斯?jié)舛龋欢谴嬖诟邷鼗鹪?，能夠引燃瓦斯氣體；三是有充足的氧氣。

2.1.1 瓦斯?jié)舛?/p>

瓦斯爆炸對于濃度有一定的要求，瓦斯爆炸界限通常來說下限是5%，上限是16%［3］。若空氣中的瓦斯?jié)舛炔蛔?%，即便有火源也不會爆炸，但是會出現(xiàn)燃層；如果瓦斯含量達到了9.5%，此時瓦斯爆炸產(chǎn)生的威力是最大的；若瓦斯?jié)舛瘸^16%，也不會爆炸，但是遇到高溫火源會發(fā)生燃燒［4］。瓦斯?jié)舛瓤刂茦藴屎屯咚钩尢幚泶胧┮姳?。

表2 瓦斯?jié)舛瓤刂茦藴屎屯咚钩尢幚泶胧?/p>

2.1.2 引火溫度

引火溫度是指能夠引發(fā)瓦斯燃燒或者爆炸的燃點溫度。一般來說，引火溫度介于650～750℃之間，但是這一溫度區(qū)間并不是絕對的，它還會受到諸多因素的影響，如混合氣體壓力、瓦斯氣體濃度等。

由于瓦斯存在火延遲性，在瓦斯接觸高溫熱源時，并非馬上爆炸或者燃燒，中間還會有一個短暫的間隔時間，這個時間間隔被稱為感應期。感應期的長短受許多因素影響，如火源溫度、瓦斯?jié)舛?、混合氣體壓力等?；鹪礈囟群透袘跁r長呈現(xiàn)出反相關，而瓦斯?jié)舛群透袘诔尸F(xiàn)出正相關，合理利用這個感應期對安全生產(chǎn)有巨大的作用。例如，在使用炸藥爆破時，其初溫非常高，能夠達到2000℃，但是，由于高溫存在的時間非常短暫，通常只有千分之幾秒，它并不會引起瓦斯的爆炸，因此，可以選擇合適的雷管來控制爆破時間，以防止逸出的瓦斯發(fā)生爆炸。

2.1.3 氧的濃度

如果混合氣體中氧氣含量不足12%，瓦斯不會爆炸。在判斷火區(qū)是否會發(fā)生瓦斯爆炸時，可以靈活運用氧含量與瓦斯爆炸之間的關系，這一理論在密封或啟封火災區(qū)時具有指導意義。

2.2 瓦斯及有害氣體防治

防止瓦斯燃燒、爆炸，通常有如下幾種方法。（1）防止瓦斯聚集。在生產(chǎn)工作中，應該注意通風，避免瓦斯積聚導致隧道之中瓦斯?jié)舛冗^高。（2）防止瓦斯被引燃。配電箱等設備要帶有防爆功能，加強用火管理，嚴禁明火。（3）建立應急管理體系，防止事故發(fā)生和擴大。（4）加強瓦斯檢測。在監(jiān)測瓦斯?jié)舛葧r，采用兩套系統(tǒng)，采用人工與自動兩種方式相結合的檢測方式，一旦發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸瑯?，立即按照瓦斯管理辦法采取應急措施。

瓦斯積聚的部位主要為隧道拱頂、開挖凹陷處、隧道塌腔、隧道施工斷面變化處（襯砌施工端頭、模板臺車施工前后）、隧道洞室、及會車道、橫通道處、通風死角、大型機械經(jīng)常停留處。加強隧道通風，合理布設局扇位置，是防止瓦斯聚集的關鍵措施。

嚴格按照瓦斯及有害氣體監(jiān)測設計配置合適的監(jiān)測儀器，嚴格按照檢測標準和程序?qū)嵤┩咚箼z測，是確保瓦斯管控達標的重要手段。

2.2.1 做好超前預報工作

為保證隧道施工安全，應該認真分析瓦斯隧道地質(zhì)構造和地層特點，必須進行地質(zhì)預報工作。為了確保信息準確，需要選取多種探測方法進行驗證。根據(jù)預報的結果，要采取相應的方法治理瓦斯問題，把安全事故發(fā)生率降到最低。

2.2.2 防止瓦斯的積聚

防止瓦斯的積聚通常是加強隧道內(nèi)的通風，確保瓦斯隧道在整個施工時間內(nèi)風機不停止通風，通過大量新鮮風的送入，把隧道內(nèi)瓦斯排除隧道外，同時它也是排除隧道內(nèi)煙塵的主要手段。通風必須編制專門的通風方案，并配備專門的通風工程師，通風設備必須采用防爆風機并安裝備用風機和備用供電系統(tǒng)。同時，還需要保證備用電源和風機之間能夠自動切換，確保保持24h不間斷通風，當主電源斷電之后，備用電源必須在10min之內(nèi)向風機供電［5］。

2.2.3 嚴控火源

（1）要加強管理，樹立全員防火意識。在管理中，需要提高管理人員和作業(yè)人員的自身素質(zhì)，如果做不到這點，就無法杜絕在隧道中出現(xiàn)瓦斯點火源。因此，要加強作業(yè)人員的培訓，熟悉隧道的防火、防爆知識，嚴格落實相關規(guī)定，一旦發(fā)現(xiàn)問題，嚴格處理，這是防止火源出現(xiàn)的關鍵點。

（2）防止放炮火源。爆破作業(yè)要嚴格按照《煤礦安全規(guī)程》，使用專用炸藥，不允許使用普通乳化炸藥。嚴格按照管理制度規(guī)定，在爆破作業(yè)點必須做到“一炮三檢”及“三人連鎖放炮”，確保爆破前后的瓦斯?jié)舛仍诳煽胤秶鷥?nèi)。爆破的位置、裝藥量、炮眼深度都需要經(jīng)過專門設計，不允許采用裸露放炮線路，嚴禁使用明接頭。在執(zhí)行爆破作業(yè)時，必須嚴格按照方案操作，把炮眼填嚴實，填充炮眼的材料必須是水炮泥，不允許使用可燃性物質(zhì)，不允許放糊炮和明炮。

（3）防止電氣火源和靜電火源。靜電會產(chǎn)生火花，所以，進入瓦斯隧道中作業(yè)的人員一律不允許穿化纖服，進洞必須穿統(tǒng)一發(fā)放的棉工作服。使用塑料、橡膠制品等這類物品，表面電阻不得超過安全規(guī)定值。

（4）嚴禁明火進洞。作業(yè)人員嚴禁攜帶香煙、打火機等易燃易爆物品進入隧道。必須動火作業(yè)時，要經(jīng)過項目經(jīng)理的批準，并指定專職安全人員、瓦斯檢查人員蹲點值守。在隧道洞口20m 范圍內(nèi)不允許使用火源，也不允許在此范圍內(nèi)進行電氣焊作業(yè)。在隧道內(nèi)，嚴禁存放一切易燃易爆物，如柴油、木材、防水板等。

2.2.4 加強瓦斯的監(jiān)測、檢測工作

通過分析各種瓦斯隧道事故，不難找出造成事故的原因：既沒有嚴格監(jiān)測瓦斯信息，也沒有按照規(guī)范進行施工。為了避免在隧道施工出現(xiàn)安全事故，必須對瓦斯進行監(jiān)測。在隧道施工中，瓦斯?jié)舛鹊臋z測非常重要，這項工作的目的在于保證施工安全。在實施監(jiān)控過程中，必須做到雙管齊下，一方面使用人工監(jiān)測，一方面進行自動設備監(jiān)測，將這兩種模式結合起來，確保監(jiān)測的準確性，提高施工安全度。

（1）在爆破過程中，要從管理層面嚴格執(zhí)行“一炮三檢”及“三人連鎖放炮”制度。除了瓦斯檢查人員對瓦斯?jié)舛冗M行檢測之外，爆破工、班（組）長也需要進行檢測，檢測完成之后，進行核對，取3 人檢測的最大濃度值作為處理依據(jù)。

（2）瓦檢人員必須按照制度規(guī)定對瓦斯進行定期檢測，將檢測內(nèi)容填寫到專門的表格當中，在專用瓦斯檢測記錄牌上填寫結果，同時用防爆照相機拍下影像資料。

（3）專職安全管理人員必須對瓦斯檢查班報表進行審閱，不定時抽查瓦斯檢測情況，隨時掌握隧道內(nèi)瓦斯監(jiān)測情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應立即按照應急管理程序處理，并向項目經(jīng)理及時匯報。

（4）必須定期調(diào)試和校正用于安全檢測的儀器儀表。安全部門需要全面對隧道各工區(qū)使用的所有檢測儀器送有檢測資質(zhì)的相關單位進行檢驗，進行性能測試、校正，并按照相應管理要求存檔備查。

2.2.5 建立完善的管理制度

只有嚴格落實安全管理制度，才能保證安全生產(chǎn)。在施工前，需要專門制訂施工方案，建立完善的安全制度，如隧道通風、瓦斯檢測、隧道門禁系統(tǒng)、“一炮三檢”及“三人連鎖放炮”、動火審批制度等。施工人員進洞之前要穿上統(tǒng)一的工裝，值班人員對其攜帶的物品進行仔細檢查，不允許將手機、煙草、打火機等物帶入隧道之中。若從事電焊、氣割作業(yè)，必須事前獲得審批。如果需要將車輛駛入高瓦斯隧道，還需要安裝尾氣排放凈化器，否則尾氣可能成為危險源。

3 瓦斯災害的應急救援

（1）針對瓦斯災害，要編制應急救援預案，要求所有施工人員均參加學習預案［6］。同時，與當?shù)氐V山救援隊簽訂合作協(xié)議，每年定期舉行應急演練，增強事故發(fā)生時應急處理能力，做到預防為主、防消結合，確保隧道安全施工。

（2）一旦發(fā)生事故，要按照預案要求和步驟開展救援工作。瓦斯爆炸之后還有可能繼續(xù)爆炸，在救援過程中，不允許人員隨意進洞，一定要在保證安全的前提下進行科學救援，防止二次事故的發(fā)生。

4 結語

高速公路瓦斯隧道施工風險重大，為了保證安全生產(chǎn)，要加強超前預報，做到預防為主、防治結合。加強通風，把隧道中的瓦斯?jié)舛缺M可能降到最低；嚴禁火源；加強瓦斯監(jiān)控和檢測；在隧道中使用的設備必須經(jīng)過專業(yè)改裝；與此同時，還需要嚴格落實各項管理，確保安全生產(chǎn)。