瓦斯隧道施工引发瓦斯爆炸的隐患及预防对策

收录时间：2009-06-10 12:22 来源：建筑中文网作者：陆春昌阅读：0次评论：0 条我要评论

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内容提示：以袍子岭隧道成功穿越煤层瓦斯富含地段的施工实践为例，探讨了煤系地层隧道掘进爆破引发瓦斯爆炸灾害的原因、预防措施，并从瓦斯测定、开挖、爆破技术等措施上提出了见解。

摘要：以袍子岭隧道成功穿越煤层瓦斯富含地段的施工实践为例，探讨了煤系地层隧道掘进爆破引发瓦斯爆炸灾害的原因、预防措施，并从瓦斯测定、开挖、爆破技术等措施上提出了见解。
关键词：瓦斯隧道；施工；瓦斯爆炸；预防措施

1 对隧道穿越煤层瓦斯地段的总体开挖施工措施

在袍子岭隧道穿越煤层瓦斯地段的掘进爆破施工中，总的原则是“早封堵、短进尺、多循环、快封闭”，防止有害气体的溢出。
在隧道刚进入瓦斯地层时，采用的是全断面一次开挖法，以求达到迅速钻眼、爆破、喷射混凝土实现及时封闭的效果。实际上在进入煤层7m处，隧道掌子面正常爆破时，由于瓦斯、一氧化碳等有害气体大面积突溢，发生瓦斯气体燃烧，燃烧面积达5.8m3。随即启动应急预案，在10分钟内迅速完成人员和设备的撤离，并封闭洞口，防止了更大事故的发生。分析原因：隧道开挖掌子面前方为乐平煤系构造的破碎岩层，贯通节理、孔隙；一次开挖断面面积过大，煤层裸露面积大，封闭时间长；采用压入式通风，容易在爆破掌子面形成回风流，造成突溢瓦斯局部浓度上升。
预防对策：通风，使用正洞压入式通风，平行导坑在横通道处采用局部抽出风式通风，形成进风巷与回风巷，避免回风流的产生，防止瓦斯的局部积蓄；掘进方法上，由原来的全断面一次开挖法改为侧壁导坑法开挖，即把60m2的开挖断面面积改为两个30m2的开挖断面面积错台5m开挖，以减少瓦斯溢出的直接接触面积；爆破通风后，出渣前，连开挖掌子面也及时地进行喷射混凝土封闭；开挖掌子面前方采用细水泥沙浆（必要时掺入一定量的水玻璃浆液）进行全断面（有80环形外飘角）帷幕注浆预固结乐平煤系构造的破碎岩层、贯通节理、孔隙，阻断瓦斯溢出孔道；加速二次混凝土衬砌与掌子面的跟进距离，跟进距离控制在20m以内，在隧道一、二次衬砌间加设全封闭隔气板；初期支护、二次衬砌采用密性混凝土(不透气性比普通混凝土高1000倍)，以杜绝已衬砌隧道段的瓦斯泄漏。
在袍子岭隧道后来成功穿越DK213 948～ DK214 150瓦斯段的隧道施工与瓦斯浓度的测定数据证明：这是一套安全、迅速穿越煤层瓦斯富含地段的隧道掘进工法。

2 瓦斯浓度的测定、控制技术措施

根据袍子岭隧道煤壁瓦斯涌出规律，为了准确测定、控制瓦斯浓度，在隧道越煤层瓦斯地段的掘进爆破施工中，探讨制定了实施性的瓦斯浓度测定、控制预防对策。
对瓦斯浓度的测定，实际采用8台光干涉瓦斯检测仪（KG9701）和一台高精度光干涉瓦斯检测仪。测定瓦斯浓度点，设在隧道风流的上部进行，距离煤壁200mm处。即将光干涉瓦斯检测仪（KG9701）的二氧化碳吸收管进气口置于隧道风流的上部边缘进行采气，连续测定三次，取其最大值。爆破后定期测定各测点的风量和瓦斯浓度。2004年3月27日与4月2日，袍子岭隧道实际掘进与瓦斯浓度采集数据(见表1)。
瓦斯隧道施工引发瓦斯爆炸的隐患及预防对策
从袍子岭隧道实际掘进与瓦斯浓度采集数据表中也可以证明：前面采用的侧壁导坑法及其采取相应预防瓦斯的对策是十分必要的。
袍子岭隧道实际掘进与瓦斯浓度采集数据检测结果采用测量结果的最大值（ρ）来绘制质量控制图。按每次测取连续三个掘进循环的18个数据计算，绘制袍子岭隧道实际瓦斯质控图(见图2)。
瓦斯隧道施工引发瓦斯爆炸的隐患及预防对策

瓦斯隧道施工引发瓦斯爆炸的隐患及预防对策

3 瓦斯隧道爆破施工的技术对策
(1)炸药，雷管的控制。
炸药爆炸产生的空气冲击波、炽热的固体微粒和爆炸生成的高温气体可能引爆瓦斯，变质的炸药因爆炸不完全而产生游离氧、氧化氮、一氧化碳等不良气体可以缩短瓦斯氧化的感应期而起催化作用；普通岩石炸药爆炸后其所含的铝、镁等金属粉末的增温作用很大，超过瓦斯的最小点燃能量和长于感应期，能引发瓦斯爆炸。因此，在袍子岭隧道实际爆破中选用煤矿许用安全炸药，禁止使用普通岩石炸药，更不能使用变质炸药。
雷管的起爆能不足，将导致炸药爆炸不完全产生不良气体；如雷管的延期时间过长，超过130ms，更容易引起爆炸。在瓦斯环境中必须选择符合部颁标准的煤矿许用电雷管，即选用适应各级瓦斯浓度等级的毫秒延期电雷管第一系列的前五个段和第二系列的前九个段。而且一次爆破中，只能用同厂、同批生产的雷管，并逐个作全电阻检查，电阻差不应大于0.25Ω。禁止在瓦斯环境中使用火雷管和非电塑料导爆管。
(2)掘进爆破的钻眼、堵塞技术对策。
在中隔墙法施工瓦斯隧道中，钻眼采用湿钻，严禁采用冲击钻或干钻。炮孔的堵塞质量对提高爆破效率，减少有害气体和防止炸药爆炸时火花包泄起很大作用，因此，装药完毕必须充填符合安全要求长度的泡泥，并捣实。实际用1︰3的泥沙混合泡泥，湿度为18~20%。这种泡泥既有良好的可塑性，又具有较大的摩擦系数，炮孔深度超过1m时，要求堵塞长度不小于0.3m。对起爆母线、支线、端线和脚线的使用按煤矿炮采时爆破的要求进行了控制。
(3)起爆电源和网络联接方式的技术对策。
起爆电源在含瓦斯的隧道环境中爆破，通电时间必须小于6ms，使用线路电源放炮，由于无法控制通电时间，电路被炸断时可能产生电火花，引爆瓦斯。因此只能采用MFBB型煤矿发爆器作为起爆电源。
发爆器的钥匙必须由爆破工随身携带，严禁插在发爆器上或转交他人；有煤尘与瓦斯爆炸危险的掌子面，严禁同时使用两台发爆器；串联电路受母线电阻的影响不大显著，需要的总电流小，符合发爆器起爆的特点，在含瓦斯的隧道环境中使用较安全，但是串联网络联接时的起爆雷管个数在100发以下，这也是前面开挖方法中采取小断面开挖的措施之一。因此袍子岭隧道爆破采用串联起爆网络，要求各接头密贴、结实，并用电工胶布将接头处包裹严实。网络联接方式见串联电爆网络(见图3)。（参考《建筑中文网》）

瓦斯隧道施工引发瓦斯爆炸的隐患及预防对策
1-电源，2-导线，3-雷管

(4)起爆技术对策。
侧壁导坑法开挖中的左右侧导坑必须留5m的错台，而且必须防止左右侧导坑出现一次装药分次爆破的操作发生。因为先爆炮孔使末爆炮孔周围产生较大的裂隙，同时，瓦斯含量升高，局部通风死角的瓦斯浓度在短时间内不能降致安全范围，后爆孔的炸药爆炸产生的火焰从裂隙中喷出，可能引爆瓦斯，所以左右侧导坑的钻眼爆破工序应相互错开。单侧导坑的爆破，要严格执行一次装药一次起爆，并在爆破前检查距掌子面20m内的瓦斯浓度，对不符合袍子岭隧道实际瓦斯质控图二中瓦斯控制线的规定，即当ρ≥1.5时（瓦斯浓度体积百分比），不允许爆破。
(5)爆破中控制空气冲击波及其辅助技术对策。
由于爆破激起的空气冲击波的温度和压力都很高，但作用时间较短，不能将瓦斯加热到爆发温度，可是空气冲击波经过反复迭加，则有引起瓦斯爆炸的危险。因此，掘进掌子面不得有阻塞断面三分之一以上的物体，隧道中的凿岩台车、装载机、运输机等大型机械在爆破前应退离到距掌子面后20m以外。
在瓦斯隧道中要求供电系统、照明系统及设备符合《煤矿安全规程》规定外，工作人员不允许穿化纤衣服进入隧道，化纤衣服与人体摩擦产生并积聚一定量的电荷，也可能引爆雷管和瓦斯。

参考文献
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