瓦斯隧道施工安全专项方案Word格式文档下载.docx

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5）《安全生产许可证条例》（国务院令第397号）。

6）《铁路瓦斯隧道技术规范》TB10120-2002

7）作业施工、通风方案及施工管理严格按设计要求施作，并要符合《煤矿安全规程》、《防治煤与瓦斯突出规定》。

1.2编制目的和目标

为了确保西安岭隧道3＃斜井施工安全与质量，防止重大安全事故发生。

通过提前制定西安岭隧道3＃斜井煤系地层专项施工方案以应对瓦斯、煤层的出现，及时调整施工方案，确保工程顺利进行。

1.3适用范围

本方案适用于中铁五局蒙西至华中铁路MHSS-5标段项目部西安岭隧道3号斜井低瓦斯隧道施工。

2工程概况

2.1工程简介

西安岭隧道3＃斜井位于线路前进方向的右侧，交右线于YDK775+879.6，与线路前进方向平面交角为41°

1′53″,采用无轨运输双车道断面。

斜井长度起点从斜井与正洞侧壁交点计算，斜井平长2655m，综合坡度为9.42%。

西安岭隧道3#斜井衬砌类型主要为V级整体式衬砌、Ⅳ级锚喷衬砌、Ⅲ级喷锚衬砌。

3#斜井工区承担正洞施工任务为左线DK775+095～DK776+840，全长1745m，右线YDK775+010～YDK776+830，全长1820m。

根据设计图纸，西安岭隧道为低瓦斯隧道，其中3#斜井工区施工的西安岭隧道左线DK776+000～DK776+840，右线YDK775+970～YDK776+830段为低瓦斯区段，位于中生代三叠煤系地层属三级瓦斯地段。

2.2地形地貌

西安岭隧道线路穿越熊耳山山脉，隧道进口端位于三门峡市卢氏县横涧乡，出口端位于三门峡市卢氏县五里川镇。

隧道设计为双洞单线隧道，最大埋深约715m。

2.3地层岩性

剥蚀中低山区，地势起伏变化大。

隧道出口相对浅埋段，围岩地层主要为T3a板岩、长石石英砂岩，为软硬岩互层，局部夹炭质板岩等极软岩。

岩体节理裂隙发育，岩体多破碎～较破碎，隧道易坍塌掉块，局部较完整。

T3a含煤系地层段局部存在瓦斯气体，需加强超前地质预报及通风，必要时采取适当工程措施，保证施工及工程安全。

2.4地质构造及地动参数

西安岭隧道洞身穿越大小断层23条，且下穿河道较多，地下水发育；

F9（瓦穴子）、F21（朱阳关）断层为本隧道重点断层，断层宽度较大且导水，存在突涌水可能；

隧道埋深较深，局部存在岩爆和发生软岩大变形可能；

隧道DK780+250～DK782+050（1800m）段主要为白云石大理岩地层，节理裂隙等较发育，局部岩溶较发育，易坍塌、变形；

隧道洞身有主要不良地质有：

断层破碎带、岩爆、软岩大变形、涌水突泥、瓦斯、岩溶等。

2.5水文地质特征

地表水：

地表水多为沟谷水，测时流量较小，且随季节性变化较大。

地下水：

地下水弱发育。

预测X3DK2+300～+652段单位长度最大涌水量为0.76m（3）/d·

m，为弱富水区。

2.6工程地质条件评价

（1）在外力作用下，T3a板岩、长石石英砂岩，为软硬岩互层，局部夹炭质板岩等极软岩，呈碎屑状剥落，局部形成浅表层坍滑。

（2）有毒有害气体。

（3）T3a含煤系地层段局部存在瓦斯气体，为低瓦斯隧道。

3瓦斯的定义

瓦斯是隧道从地层中涌出的以甲烷为主的各种有害气体的统称，由gas音译而来，其成分比较复杂，它含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气、和数量不等的重烃以及微量的稀有气体等，但主要成分是甲烷（CH4，俗称沼气），占80%～90%。

沼气无色、无味、无毒，难溶于水，比空气轻，遇火即燃烧或爆炸。

铁路瓦斯隧道遇到瓦斯多出现在煤系地层。

瓦斯无色、无味。

但若与其它芬芳族气体混合，则发出类似苹果的香味。

其熔点为-182.5℃，沸点为-164℃，在标准状态下，密度为0.716kg/m3，相对于空气的比重为0.554，因此易积聚在坑道,渗透性高，扩散速度大，容易透过裂隙发达，结构松散的岩石。

瓦斯微溶于水，溶解度为3.5%；

极易燃烧，但不能自燃，当与空气混合到一定浓度时，遇火源能燃烧或爆炸，瓦斯无毒，但其成分中的乙烷，丙烷等气体具有麻醉性，容易使人头晕目眩、头痛，甚至昏迷，瓦斯浓度过高时，相对降低空气中氧气含量能使人窒息。

3.1瓦斯的特性

3.1.1爆炸性

瓦斯本身是不会自燃和爆炸的，但当和空气（氧气）以一定比例混合均匀并达到一定浓度后，遇到火源，才会燃烧和发生爆炸。

3.1.2渗透性

瓦斯的渗透性极高，扩散速度快，其扩散性比空气高1.6倍，容易透过裂隙发达、结构松散的岩石或煤层，渗透到隧道开挖空间里。

3.1.3不稳定性

瓦斯在煤体和围岩中以游离状态和吸着状态存在。

两种状态的瓦斯是处在不断变化的动平衡中，当温度、压力等外界条件变化时，平衡就被打破。

压力升高温度降低时，部分瓦斯将由游离状态转化为吸着状态，反之，压力降、温度升时，又会有部分瓦斯由吸着状态转化为游离状态。

3.1.4窒息性

瓦斯是无毒、无色、无味的，但不适合呼吸。

瓦斯浓度升高，空气中氧气浓度急剧下降，会引起人员窒息。

煤矿许多瓦斯伤亡事故中，有很大部分是瓦斯窒息造成的。

3.2瓦斯爆炸的必要条件

瓦斯爆炸必须具备三个条件：

一定的瓦斯浓度，一定温度的引火源和足够的氧气。

3.2.1瓦斯浓度

瓦斯爆炸之所以产生，是瓦斯氧化反应剧烈发展的结果。

如果生成的热量超过周围介质的吸热和散热的能力，即形成热量的积聚，促使氧化进一步发展，结果就会酿成爆炸。

瓦斯爆炸是有一定的浓度范围的，在新鲜空气中，当甲烷浓度低于5%界限时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，此燃烧层呈浅兰色或淡青色；

浓度高于16%界限时，在遇火源时不爆炸也不燃烧。

一般情况下，瓦斯在空气中的浓度为5%～16%时，才可能发生爆炸。

当然，瓦斯的爆炸界限不是固定不变的。

当瓦斯中混入某些可燃性气体时，不仅增加了爆炸性气体的总浓度，而且会使瓦斯爆炸的下限降低。

当隧道空气中含有煤尘时，也会使瓦斯的爆炸下限降低，增加爆炸的危险性。

此外，瓦斯混合气体的初温越高，爆炸界限就越大。

所以，当隧道发生火灾时，高温会使原来不具备爆炸条件的瓦斯发生爆炸。

但如有惰性气体混入，可在一定程度上降低瓦斯爆炸的危险性。

少量加入惰性气体可缩小瓦斯爆炸界限，多量加入甚至能使瓦斯混合气体失去爆炸性。

3.2.2引火源

瓦斯爆炸的第二个必要条件是高温火源的存在。

一般，瓦斯的引火温度为650～750℃左右。

明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的安全灯网罩、吸烟、甚至撞击或摩擦产生的火花等，都足以引燃瓦斯。

不同浓度的瓦斯引火温度不同，高温也可能引燃低浓度的瓦斯。

由于瓦斯的热容量很大（约空气的2.5倍），当其遇火后并不立即发生反应，需要迟延一个很短的时间后才能燃烧和爆炸，这种现象称为延迟引火现象。

其延迟引火的时间称为感应期，这种现象对隧道的安全生产有着重要作用。

在使用安全炸药进行爆破时，即使爆温能高达2000℃左右，但由于爆焰存在的时间极短（通常仅为千分之几秒），也不致将附近的瓦斯引爆。

3.2.3足够的氧气

大量实验证明，当含瓦斯的混合气体中氧浓度降低时，瓦斯的爆炸界限随之缩小，当氧浓度低于12%时，瓦斯混合气体即失去爆炸性，即使遇到明火也不会发生爆炸。

3.3瓦斯突出

瓦斯突出是施工过程中，发生的一种瓦斯的突然剧烈运动并造成十分巨大的动力效应现象，其机理较为复杂，但破坏性极大，易引起瓦斯爆炸等突发性自然灾害。

一般认为饱含瓦斯的煤层或地质构造，在构造力、地层静压力等的综合作用下积蓄了较大的弹性能量并处于平衡状态，当隧道施工影响造成该平衡状态下瓦斯压力体系的破坏时，巨大的弹性能量和游离瓦斯突然释放，在极短的时间内大量瓦斯混合物喷射到施工空间，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸。

瓦斯突出与地质构造、瓦斯含量与地层压力等密切相关。

3.3.1瓦斯涌出形式

普通涌出：

煤系地层或岩层中瓦斯缓慢、均匀、长时间地向坑道内释放，这是瓦斯涌出的基本形式。

瓦斯喷出：

含瓦斯煤系地层的地质破碎带、空洞或裂隙中积存有大量的高压瓦斯，当坑道开挖接近时，瓦斯突然以喷出形式大量释放。

煤岩与瓦斯突出：

存在于地层中具有一定压力的气体和固体混合物，冲破煤岩覆盖层后，大量的煤和岩石被抛出，并释放出大量的瓦斯。

3.3.2瓦斯突出的一般规律

煤岩与瓦斯突出前后，都有地应力、瓦斯和煤岩的地质构造与力学性质的种种异常表现。

归纳起来发生突出有三个主要因素：

地应力、瓦斯和煤岩结构，而地应力和煤岩中瓦斯的存在是引起突出的主要因素。

其突出的一般规律为：

（1）突出最易发生在地质构造带及其附近，如断层、褶曲、扭转地带、火成岩侵入区、煤层倾角骤陡、走向拐弯、层厚变化异常等地段。

（2）在开挖形成的应力集中区，应力增大，突出危险性随应力增大而增大，如坑道的上隅角，相向开挖接近区、坑道开挖分支处等。

（3）突出次数和强度，随煤层厚度和煤层倾角放散初速度高、瓦斯含量大、层理紊乱，无明显节理、光泽暗淡、容易粉碎、有分枝型节理等特征。

（4）突出前常出现各种预兆，如坑道支撑压力增大；

岩块迸出、掉碴、外鼓或移动加剧；

煤岩与支架发生破裂声、闷雷声、折断声等；

瓦斯涌出量忽大忽小；

煤尘增多；

煤体及工作面温度略有下降或升高；

煤质变软、干燥；

顶钻夹钻等。

（5）绝大多数突出发生在掘进工序，尤其在爆破时，突出的危险性随着对煤体的震动而加剧。

（6）突出具有延时性，其迟延时间从几分钟到几十个小时。

3.3.3突出与地质构造的关系

绝大多数瓦斯突出发生在地质构造带内，如:

断层、褶曲、向斜、扭转、背斜和火成岩侵入区。

在地质构造带内，煤层受着强大的地质构造力的作用而积蓄大量的能量，同时破坏了的煤体形成了贯通裂隙，促使瓦斯积聚，给突出创造了条件。

当开挖工作接近这一区域时，在地压的参与下，煤岩中所积蓄的潜能突然释放，瓦斯突然涌出，就造成瓦斯的突出。

就地质构造来讲，向斜的轴部，扭转地带的突出危险要大于背斜。

3.3.4突出与瓦斯压力的关系

煤层中或岩体中的瓦斯含量与瓦斯的压力是突出的重要因素之一，瓦斯含量与瓦斯压力越大，突出危险越大，一般瓦斯突出发生在瓦斯压力大于10Mpa的情况。

3.3.5突出与地压的关系

地压力越大，突出的危险性越大。

埋深增加时，突出的次数和强度都有可能增加。

此外，在应力集中区，瓦斯突出的危险性也大幅度增加。

3.3.6突出与地层的关系

在软弱煤层或岩层中，瓦斯突出的危险性较高。

若煤层顶底板为坚硬而致密的岩层且厚度较大时，其弹性与集中应力较大，瓦斯不易释放，其突出危险也较大。

此外，瓦斯突出与隧道的开挖方向和煤层的走向也有一定的关系，一般两者垂直时，瓦斯易突出。

3.3.7突出与水文地质的关系

煤层比较湿润，隧道涌水量大时，突出的危险性小，反之则大。

4低瓦斯隧道灾害的预测及特点

4.1灾害的预测

施工中采取加深炮眼、超前钻孔进行探测，探明掌子面前方瓦斯、天然气情况。

加强不间断连续施工通风，防止瓦斯积聚的风速不宜小于1m/s，保证洞内瓦斯浓度在0.5%以下，防止有害气体浓度超限危害作业人员身体健康及发生天然气爆炸事故。

4.2灾害可能发生的原因和位置

4.2.1可能发生的原因

瓦斯爆炸的主要原因是由于瓦斯积聚，通风不当导致而成。

一方面爆破作业后，因爆破作业后瓦斯溢漏面急剧增大，洞内通风条件差，瓦斯浓度最易升高，另一方面是瓦斯突涌。

还有引起爆炸的原因是电力线短路、电气焊防火不当以及车辆、机械设备保养不及时等原因产生火花引起爆炸。

4.2.2可能发生的位置

隧