低瓦斯隧道安全施工技术Word文档格式.docx

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植物与其它生物在高温缺氧条件下，有机物化学分解生成瓦斯。

在植物变成煤的过程中，随着煤的变质，生成的瓦斯越来越多。

其过程是：

泥炭→褐煤→无烟煤

化学反响式：

纤维素甲烷二氧化碳水烟煤

4C6H10O5-----微生物7CH4↑+8CO2↑+3H2O+C9H6O

烟煤无烟煤甲烷水

3C9H6O---2C13H4+CH4↑+3H2O

广义瓦斯主要成分

四局部组成：

〔1〕沼气〔CH4〕与同系物，H2，H2S等可燃气体；

〔2〕CO、NO、H2S、NH3含硫气体、乙醛等有毒气体；

〔3〕CO2、N2、Ar〔氩气〕等，根本上为化学不活泼的惰性气体；

〔4〕Rn〔氡〕、Tn〔钍〕、Ac〔锕〕等放射性气体；

上述四局部中沼气〔CH4〕是最主要成分，其它气体含量极少。

沼气物理性质

无色、无味、无臭、无毒；

密度0.716kg/m3（空气为1.2kg/m3）;

微溶于水（20℃时,100m3能溶解于3.5m3）;

比空气轻,渗透能力比空气强,能很容易透过裂隙岩体;

特殊场合:

混有乙烷、丙烷时有麻醉性，产生头昏现象；

混有H2S时有臭鸡蛋味；

混有芳香族气体时有苹果味。

3.瓦斯爆炸与燃烧

〔1〕瓦斯爆炸与燃烧先决条件：

适当的浓度；

火源；

氧浓度。

瓦斯爆炸化学反响式：

CH4+2O2→CO2+H2O+198.4千卡/克分子

1份瓦斯+2份氧时反响最充分，但在空气中含氧仅20%,所以1份瓦斯+10份空气反响最充分

所以,最猛烈的瓦斯爆炸发生在瓦斯浓度1∶11时,即9.1%

（说明:

瓦斯燃烧点、爆炸点与空气中氧浓度,火源温度有关,上图只是一般的通常值）

4.煤尘爆炸

煤是可燃的,煤的粉尘（极小颗粒）由于与空气接触面积大,更易燃烧,燃烧的速度快、温度高，空气急速膨胀，就形成爆炸，煤尘爆炸判别式：

Va=时，有爆炸危险

式中：

Vdaf——煤的挥发分，%；

Ad——灰分，%；

Mad——水分，%。

〔均为煤样化验测定值〕

当巷道空气中煤尘含量小于30~40g/m3时，不会发生爆炸。

二、铁路和公路瓦斯隧道与煤矿巷道的不同特点

一样点

〔1〕都是地下工程；

〔2〕都进展钻爆作业；

〔3〕巷道中有煤或瓦斯存在，都有危险性。

不同点

〔1〕工程目的不同。

铁路和公路隧道的修建是形成通道，而煤矿建设的目的是进入煤体采煤。

〔2〕工程X围内煤与瓦斯的数量不同

煤与瓦斯是不良地质现象，所以交通隧道定线时都是尽量避绕煤层，避不开一定要穿过煤层时，尽量使隧道轴线垂直于煤层，以最短长度穿越。

所以，很多瓦斯隧道洞身只有极小长度有煤，有时只是很薄的煤层〔煤线或鸡窝煤〕，隧道长度的绝大局部是岩石，煤层只占极小比例，而且有时煤质低劣，无开采价值，含瓦斯也不多；

而煤矿那么不同，不是避绕而是哪儿有煤往哪开巷道；

很多巷道直接在煤层中，而且煤质一般较好，所以煤矿的瓦斯含量一般都比拟大。

比如：

低瓦斯矿的标准是瓦斯涌出量小于40m3/min，而低瓦斯隧道的标准是0.5m3/min,同样都是属于低瓦斯等级，煤矿的瓦斯涌出量是交通隧道的80倍。

〔3〕煤层巷道灵活性大，而交通隧道一旦线路位置确定之后，隧道的平面位置和标高都基于固定，不能随便移动。

煤矿的运输大巷多在岩石中，但它的位置灵活，可以选择最有利的位置和方向；

而交通隧道不同，有时位置很不利，如南昆线家竹箐隧道，隧道与煤层夹角只14°

，既使不厚的煤层，隧道穿煤长度也很大，如17#煤层真厚度10.7m,但隧道穿煤长度84.8m,增加了施工难度。

〔4〕交通隧道断面大，煤矿巷道断面小。

公路隧道可达100多m2，那么煤矿巷道大多数很小，只几个m2，既使通过架线机车的运输大巷道也只有20多m2。

〔5〕交通隧道有支护，有衬砌，能封闭瓦斯，而煤矿巷道大多数不支护，允许长期放出瓦斯。

〔6〕交通隧道施工时严防坍塌，一旦坍方处理代价高、时间长；

煤矿巷道施工时也防止坍方，但一旦坍方，断面小，处理的代价也小。

煤矿有时还人工制造小坍方，比如揭露瓦斯压力大的煤层时，采用震动放炮，加大药量，人工诱导小型突出。

〔7〕通风系统不同

煤矿通风系统很复杂，煤矿巷道多，而且不在一个平面上，煤矿的通风是网路通风，而交通隧道只是一根管道，通风较为简单。

〔8〕瓦斯防灾经验和施工装备不同

煤炭部门有多年的防止瓦斯灾害经验，规章制度比拟健全，正规的煤矿施工设备都是防爆的。

在组织机构上，配备通风专业人员和机电专业人员、有矿山救护队，这些都有利于防灾救灾。

而铁路和公路施工单位大多是多数临时组建综合性的建筑单位，关于瓦斯的经验不多、设备不完善，组织机构不固定〔项目经理部人员变化大〕。

这些，不利于瓦斯防灾。

小结

交通隧道有利之处是大多数隧道通过煤层少、瓦斯涌出量小，而且衬砌与时，可以封闭瓦斯减少逸出，通风巷道管路也比拟简单。

但不利之处也不少，如开挖断面大，隧道与煤层的相对关系不允许随意改变，施工装备防爆性能差，施工队伍不是专门化，技术管理和技术教育不够等等。

我们交通隧道的施工要发扬优势、纠正劣势，以最小的代价保证生产安全。

三、瓦斯隧道几种灾害

瓦斯隧道施工时，可能发生7种灾害：

〔1〕煤与瓦斯突出——在地应力和瓦斯压力的共同作用下，很短的时间中破碎的煤、岩和瓦斯从洞壁突然抛出，伴有猛烈的声响和巨大的动能，同时释放出大量的瓦斯。

有时伴随瓦斯爆炸，造成二次破坏。

“突出〞事故的伤亡和损失一般都是很渗重的。

〔2〕煤突然倾出——在重力作用下松软的煤层突然坍下，同时有大量瓦斯释放，坍下的煤以煤块形式堆积。

〔3〕煤突然压出——一局部煤在构造应力或放炮振动影响下，整体抛出，但位移距离不大，压出的煤或呈小块状，或呈有大量裂隙的大块状。

〔4〕岩石与瓦斯突出——原因与煤与瓦斯突出相似，有时还加上掘进放炮的的振动作用。

大多数发生在破碎的砂岩中，放炮时，发生岩石破坏，抛出的现象，在抛出的砂岩岩块中含有大量的砂粒和粉尘，洞壁上形成空洞〔不一定与爆破洞穴同一位置〕，与此同时，洞内瓦斯大量增加。

〔5〕瓦斯爆炸——达到爆炸浓度的瓦斯〔一般在5%~16%之间〕与火源接触〔一般需要512℃以上〕，并且坑道内有氧气存在〔含量12%以上〕，就会发生猛烈爆炸，有时会造成大量伤亡。

〔6〕煤尘爆炸——当煤质中挥发物占总可燃物〔固定炭加挥发物〕10%以上，且形成的小颗粒煤尘悬浮在空气中，当空气中煤尘含量较多〔30g/m3以上〕，遇700℃以上的火源，即会发生煤尘爆炸，煤尘爆炸的后果比瓦斯爆炸更严重，因为煤层爆炸会产生大量一氧化碳〔CO〕使人中毒，很多人不是炸死而是被毒死。

〔7〕巷道坍塌——煤系地层除少数外，大多数强度很低，尤其是煤中的软分层，用手即可捻成粉碎，所以巷道稳定性差，容易产生坍塌事故。

名词

瓦斯涌出：

掘进放炮以后，瓦斯从洞壁暴露面，从爆下的岩块和煤块中均匀释放的现象。

（在邻近煤层的掌子面附近经常有瓦斯涌出。

）

瓦斯喷出：

在20m长的巷道X围内，从洞壁裂隙、孔洞或炮眼中涌出大量瓦斯，当喷出强度达到1m3/min，喷出时间8h以上时，称之谓瓦斯喷出。

我国瓦斯灾害的发生是频繁的，尤其是近几年在采煤行业，经常发生瓦斯爆炸。

去年一年煤矿各种事故死亡人数5986人，其中由瓦斯爆炸和突出死亡2157人。

在铁路和公路隧道方面，安全形势好得多。

其主要原因，除了施工单位比拟正规，管理也比拟正规之外〔煤矿是私人小煤窑多〕，铁路和公路隧道通过煤层少，而且大多数是薄煤层、煤层，瓦斯不严重是主要原因。

建国以来，交通隧道〔主要是铁路隧道〕的瓦斯事故不多，较大的有：

①贵昆线岩脚寨铁路隧道。

隧道长2714m，铁道兵六师施工，穿过7层煤，薄者0.1m,厚者8.92m,瓦斯涌出强度150m3/h,压力0.4MPa。

1959年1月27日下导坑掘进距洞口242m处,火雷管点火与电灯接线引起二次瓦斯爆炸,并形成坍方,共死34人,伤65人；

同年6月26日，电闸拉火又引起瓦斯爆炸,坑道坍方7处。

从1月27日~6月26日半年中，共发生瓦斯爆炸6次，由于处置不当，死伤沉重〔总计死伤220人〕。

②达成铁路炮台山隧道。

全长3078m，位于##郊区的金堂县境内，铁15局施工，全隧道不通过煤层，但隧道下方2000~3000m处有煤，瓦斯沿地层裂隙上升到地表浅层，形成储气构造。

1994年4月3日平导掘进到距洞口808m处，灯炮爆裂引发瓦斯燃烧，死1人，伤3人。

次日，汽车进洞运风管，由于汽车打火，又引起瓦斯爆炸，死12人。

事故后实测，隧道瓦斯逸出强度为3.54m3/h。

③都汶高速公路董家山隧道。

双洞,长4111m+4081m,中铁一局施工进口，中铁二局施工出口。

该隧道屡次通过煤层，但煤层都很薄，瓦斯压力0.172~0.67MPa,勘测资料认定为低瓦斯隧道，施工中又委托煤炭专业单位鉴定，仍定为低瓦斯隧道，因此施工中允许使用非防爆设备，采用汽车进洞出碴、进料。

2005年12月上旬，隧道右洞进口掌子面发生坍方〔如下列图〕。

由于该处位于背斜核部、裂隙发育、裂隙中含有煤层瓦斯，坍方又促使瓦斯大量涌出。

12月22日，衬砌台车上的不防爆插座打火，引起瓦斯爆炸，当场死44人，伤11人。

爆炸气流充满1500巷道并冲出洞口，并将洞外几十吨重台车推动几十米。

四、瓦斯隧道设计、施工的有关规X与参考资料

1.《铁路瓦斯隧道技术规X》TB10120-2002

2.《铁路隧道施工规X》TB10204-2002

3.《公路隧道施工技术规X》JTJ024-94

4.《煤矿安全规程》〔国家安全生产监视管理局、国家煤矿安全监察局2005年〕

5.《防治煤与瓦斯突出细那么》〔煤炭工业1995年〕

6.《煤矿安全规程》读本〔煤炭工业2005年〕

施工铁路隧道时，当然以铁路规X为准。

施工公路隧道时，以设计文件和公路规X为准。

其它的只是参考。

前面已说明，由于交通隧道与煤矿巷道和条件有很大的不同，所以煤矿部门的规定只能作为参考。

五、瓦斯隧道与工区分类

瓦斯隧道：

凡隧道通过的地层中预计含有瓦斯或检出瓦斯、即属于瓦斯隧道〔与瓦斯地段长度占全隧道比例大小无关〕。

工区分类：

说明：

低瓦斯工区与低瓦斯煤矿不同，低瓦斯煤矿瓦斯涌出量的上限是40m3/min，而铁路隧道低瓦斯工区瓦斯上限是0.5m3/min，仅是前者1/40。

所以，判断是否属于低瓦斯隧道的标准是很严格的，只有隧道通过煤很少、煤不厚、瓦斯含量也低的隧道才能列入低瓦斯隧道，在公路和铁路隧道中，这种情况很多。

过去对瓦斯隧道不分高瓦斯还是低瓦斯，一律要求采用防爆设备，如一个3000m的隧道，只通过一次煤线而且瓦斯不严重，也要求采用全套防爆设备。

2002年以后，铁道部新颁布的瓦斯隧道规X把低瓦斯隧道分出来，允许在一定安全措施的前提下，使用不防爆机具设备，这对于降低造价、提高修建速度是很有意义的。

六、低瓦斯隧道安全施工技术

1.搞好低瓦斯隧道