构造连通型非煤系瓦斯隧道瓦斯安全管控

构造连通型非煤系瓦斯隧道瓦斯安全管控

李涛

中铁二局集团有限公司610031

摘要：通过重庆至怀化线改建铁路黄草二线瓦斯隧道的管理，对构造连通型非煤系瓦斯隧道的特点进行了分析和归纳总结，并结合近年来施工的同类型隧道的瓦斯安全管控进行了系统分析，提炼出了重点，为同类型隧道的瓦斯提供了借鉴，有助于在安全管控中有的放矢，确保施工安全。

关键词：黄草二线瓦斯隧道；构造连通型非煤系瓦斯隧道；瓦斯安全管控；瓦斯专项教育；瓦斯预报；瓦斯监测；隧道通风；设备改装及闭锁

1引言

瓦斯是一种无色、无味的混合气体，其主要成分是烷烃，其中以甲烷为主，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮以及微量的惰性气体，密度比空气轻，瓦斯极易燃烧，当瓦斯与空气混合达到一定浓度条件并在一定温度的火源作用下，发生激烈复杂的化学反应，生成二氧化碳和水，并放出大量的热，而这些热量使气体体积迅速膨胀，形成以每秒数百米的冲击波，伴有响声，这就形成了瓦斯爆炸。瓦斯爆炸产生的破坏是毁灭性的，一旦发生将造成巨大生命和财产损失。

2工程概况

新建黄草二线隧道位于武隆县黄草乡境内和彭水县高谷镇境内，位于既有渝怀线右侧，两线线间距5～122m。隧道最大埋深约为736m，全长7131m。根据既有线同里程段施工揭示，隧道于DK218+215.5～DK219+340段施工过程揭示围岩中有瓦斯溢出，通风情况下瓦斯浓度0.1～0.3％，实测瓦斯压力0.258Mpa，为高瓦斯隧道。

黄草二线隧道是典型的构造连通型非煤系瓦斯隧道，其相比煤系瓦斯隧道的主要特点是隧道通过地段没有煤等瓦斯载体，其瓦斯来源于埋深大的贮气地层（气田，煤层），瓦斯通过各种断裂构造等向上扩散并在一定地质条件形成气囊，在隧道开挖揭露时释放到隧道中，对隧道施工危害巨大。其相比煤系瓦斯隧道主要特点有：

（1）瓦斯主要为游离瓦斯，瓦斯压力低而稳定；

（2）瓦斯涌出受能形成贮气气囊的张裂隙及岩体空隙率等控制，分布不均匀涌出的随机性强。

典型的构造连通型非煤系瓦斯隧道有重庆至怀化线黄草二线瓦斯隧道、达成铁路炮台山隧道；川东北油气产区范围内的兰渝铁路四方山隧道、肖家梁隧道、仲家山隧道等，且随着国家铁路建设的更加深入，此类隧道会越来越多，此类隧道因其特殊的瓦斯特点，如按一般瓦斯隧道或者煤矿的瓦斯安全管理来对隧道瓦斯进行管理对隧道成本和安全都是不适合的，对此类隧道瓦斯安全管理关键进行较为系统的总结可以同类型提供借鉴，在管理过程中有的放矢，在确保安全的情况下，降低工程成本。根据构造连通型非煤系瓦斯隧道瓦斯特点和近年来的施工经验和事故归纳总结，管控重点主要有：瓦斯安全专项教育、考核和应急处置、瓦斯预报、瓦斯检测、施工通风和设备改装及闭锁等五个方面。

4瓦斯安全专项教育、考核和应急处置

瓦斯爆炸的发生往往存在一个首要原因就是施工人员对瓦斯性质的不了解，对瓦斯爆炸的危害认识不足。在目前的施工安全管理中往往更加重视瓦斯管理的技术管理措施，但在此类隧道的发生的安全事故中往往是由于人的因素导致，如2015年2月24日龙泉驿区洛带镇五洛路1号隧道瓦斯爆炸就是由于停工后施工人员未经通风和瓦斯检测违规进入导致的。因此，要遏制瓦斯事故的发生就必须把瓦斯安全教育、考核和应急处置列在首要位置，通过对构造连通型非煤系瓦斯隧道安全教育培训的分析总结，重点在以下几个方面：

（1）瓦斯基础知识

要避免事故的发生，首先要对所有参加建设的管理人员，施工人员进行瓦斯的物理特性（如密度、排出途径等），聚集部位、燃烧特性、爆炸特性、爆炸危害等进行深入的学习。学习可以采用多种形式，对物理特性采用现场讲座和考核结合进行，对爆炸危害可以以瓦斯事故分析进行。

5瓦斯预报

由于非煤系瓦斯隧道的瓦斯来源于深层地层的煤层和气田，在隧道通过适合富集的地层聚集，在隧道通过时进入隧道，对隧道施工安全形成威胁。因此对地层的预报可以直接和间接的对瓦斯时行预报，黄草隧道采用了地质素描、TSP、超前水平钻孔、加深炮孔等的手段进行地质预报。根据非煤系连通型瓦斯隧道瓦斯聚集的不确定性和黄草隧道的实践，上述预报手段中超前水平钻孔是最实用和直接的，隧道施工中应当严格的执行。超前水平钻孔配合加深炮孔基本可以对隧道瓦斯情况进行准确的预报。

黄草隧道设计拱部设置1个超前水平钻孔、拱腰、拱脚分别设计两个超前水平钻孔，孔径Φ89mm，深度50m，搭接长度不小于5m。在黄草隧道的实际操作过程中由于拱部超前水平钻孔很难实施，加之隧道瓦斯来源于深层煤层，在上升运移过程中必定是从下往上的，故将拱部超前水平钻孔改到上台阶中部施作，对探测结果并无影响。在每次超前水平钻孔后在在孔口检测瓦斯的涌出量、浓度，确定天然气的涌出位置。如有需要则对瓦斯压力进行测定。并根据测定数据制定措施。加深炮孔在打孔作业中进行，深度为5米，布设在开挖轮廓线并设置一定的外插角，钻设后由值班瓦斯检测员对瓦斯进行检测并记录。

根据黄草隧道的瓦斯预测结果可知此类隧道以裂隙游离气囊瓦斯为主，压力小，浓度低（探孔浓度以0.3%~0.5%为主，偶有1.5%的浓度）。瓦斯程度不高，在保证隧道通风瓦斯不聚集的前提下瓦斯事故风险性较小，可依此对施工方案进行优化调整。

5瓦斯监测技术

5.1监测系统

构造连通型非煤瓦斯隧道瓦斯涌出具有随机性单独采用人工监测是不够的，因此黄草隧道采用了KJ101自动监测系统和瓦斯检测员组成的人工监测系统相结合的瓦斯监测方式。

对瓦斯溢出源头的掌子面、瓦斯易聚集的二衬台车处及隧道洞口瓦斯排出通道三个比较重要的部位采用人工监测和自动监测的双重监测模式。设置瓦斯监测探头不间断监测并安排瓦斯检测员定期监测瓦斯。

对其它成洞洞段则采用人工监测的方式，对避车洞、风机加宽段等变截面处等位置固定每班一次的瓦斯检测。

5.2监测位置及频率

（1）隧道瓦斯监测的主要地点

以掌子面和二衬台车附近为主，另外自动监测系统监测盲区，瓦斯易积聚的地方也是监测重点如：局部塌方点、专用洞室，动火作业点、机械电气设备附近等。

（2）隧道瓦斯监测位置

监测位置为拱顶，两侧壁及底部两侧，测点距离开挖面约20cm，其中以拱顶为监测重点。

（4）检查频次

瓦斯浓度在0.1%以下时每小时检查1次，瓦斯浓度在0.1%以上时每30分钟检查1次。预测有瓦斯涌（喷）出危险的开挖工作面和瓦斯涌出量较大、变化异常的工作面采取专人、专岗检查。

6隧道通风

黄草隧道前期主要采用压入式通风，通风是隧道瓦斯排出，防止瓦斯聚集的重要手段，可以说做好了通风工作，就是保障了隧道瓦斯安全，瓦斯隧道通风工作的重要性可见一斑。而要做好通风工作首先要根据隧道情况做好设备选型，然后在施工过程中做好通风管理工作。

6.1设备选型

以黄草隧道进口斜井向出口方面为例进行设备选型示例。隧道断面约60㎡，风速要求0.5m/s，通风长度约1500m，百米漏风量取1.5%，并结合贯通前和贯通后通风要求综合考虑进口斜井工区的风机选型。

经通风计算资料可得，根据计算所需风量2605m³/min，风压9623.3pa，考虑20%富余量，配置风机供风量需达到3126m³/min,风压需达到11548Pa。结合斜井转正洞往进口方向贯通前后的通风要求，选择2×132Kw(SDF(C)-NO12.5轴流风机最大供风量可达3300m³/min，全压930～5920pa，在洞身1500m位置串联风机1台，以增大风压，另外在瓦斯易聚集的二衬台车等部位布置局扇，可以满足通风稀释瓦斯的要求。

根据隧道断面以及性能稳定性与风机配套选择直径1.5m的防静电、阻燃螺旋风管，可以满足通风需要。

6.2通风管理

通风设备选型是隧道通风效果的硬件条件，而通风管理就是用好这些硬件的软件要求，两者相辅相成缺一不可。

（1）通风系统布置

通风系统主要由风机、风管、风管拉线及局部风扇组成。风机设置在距洞口20米以外，采用稳固的型钢风机支架水平安装，进风口无影响进风的障碍物，风机出风口高度与风管高度一致。风管安装前要根据确定的高度对拉线基础测量放线，确保拉线和风管顺直。在通过二衬台车、防水板台车等施工台车时风损最大，处理不好将严重影响通风质量，因此在台车制造时要充分考虑风管的通过需要，预留足够的通过空间和过渡措施。安装风管出口距离掌子面约15米，能有效避免爆破损伤，也能确保掌子面通风效果。

（2）通风管理

成立专业的通风班，配备升降车等设备，满足日常的通风系统维护和快速抢修要求。另外要制定严格的通风管理制度，实行“双人双锁”风机开关措施减小风损，合理和足量供风；并形成不供风就停工的管理红线。

7设备改装及闭锁装置

7.1设备改装

现代隧道施工机械化程度高，机械多。目前设备改装有主动防御措施和被动防御措施两种手段，从安全、成本并结合黄草隧道瓦斯情况进行综合考虑，如果全部进行改装是不合理的，因此有必要进行合理的优化。

黄草隧道施工中对掌子面长期作业的挖掘机和装载机等进行了主动防爆改装。而其它设备可不进行设备改装，在设备防爆安全上可为操作人员配置手持式瓦斯检测仪并进行操作和相应瓦斯浓度的应急处置培训考核。

7.2闭锁装置

黄草隧道KJ101瓦斯自动监测系统实现了风电闭锁和瓦电闭锁。风电闭锁实现了在隧道通风停止的情况下自动切断动力电源；瓦电闭锁实现了瓦斯浓度超过预警值时自动切断动力电源。这两种闭锁在隧道出现停风和瓦斯超限的异常情况时可以即时掐断电源保证施工安全。

8结语

通过黄草隧道施工的瓦斯安全管理可知此类隧道瓦斯有量少、随机性大、压力低等特点。无论从安全方面还是成本方面其瓦斯安全管理都要和普通煤系瓦斯隧道区别开来。通过黄草隧道成功的瓦斯管理经验，要以瓦斯安全专项教育、考核及应处置培训、瓦斯预报、瓦斯监测、隧道通风及设施改装和闭锁五个方面作为非煤系构造连通型瓦斯隧道的安全管控重点并严格实施可以保证隧道瓦斯安全。

参考文献

[1]TB10120-2002，铁路瓦斯隧道技术规范［S］．北京：中国铁道出版社，2002.

[2]煤矿安全规程［S］．北京：煤炭工业出版社，2009.

[3]《黄草隧道实施性施工组织设计》.

[4]《黄草二线隧道邻近营业线施工安全专项方案》.