齐鲁交通大讲堂设计院分讲堂2017年第四讲——隧道瓦斯防治技术及装备
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瓦斯不就是做饭用的“煤气罐”？
殊不知，隧道中也有瓦斯。
云南宜毕高速扎西隧道就是我院设计的第一条瓦斯隧道！
8月24日下午，为进一步提高瓦斯隧道设计水平，充分借鉴其它瓦斯隧道设计经验，我院举办齐鲁交通大讲堂设计院分讲堂2017年第四讲——隧道瓦斯防治技术及装备。主讲人为中煤科工集团重庆研究院瓦斯分院院长助理李秋林。李秋林对隧道瓦斯进行了概述，并结合具体工程案例详细讲解了隧道瓦斯燃烧爆炸和隧道煤与瓦斯突出的防治措施。
我院技术人员近30人参加了讲座。
让我们一起上课吧！
隧道瓦斯基础知识
隧道空气
隧道内空气主要成分除氧气、氮气、二氧化碳、水蒸汽外，还混入各种有毒有害气体，如沼气 、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮、氨气和粉尘等。
隧道瓦斯
广义上指矿井空气中有毒有害气体的总称，包括从煤（岩）涌入隧道的自然瓦斯，掘进过程中形成的瓦斯，空气与有用矿物、围岩、支架和其它材料间化学反应、生物化学反应所形成的瓦斯。
狭义上则仅指甲烷(CH4)。
隧道瓦斯性质
▲瓦斯通常指甲烷，无色无味。看不到，尝不出，闻不出，所以很危险。
▲甲烷比空气轻，其相对密度为0.554。低风速情况下常积聚在隧道拱部、冒落区顶部等处。
▲甲烷扩散速率是空气的1.34倍。如从一处涌出，会随隧道内空气流动扩散到任何易积聚的位置。
▲甲烷不易溶于水，渗透性强。能穿过煤层或岩层的微小孔隙。
▲甲烷无毒，但浓度增高会导致氧气浓度降低。甲烷浓度为43%时，氧气浓度降至12%，人会感到呼吸困难；甲烷浓度为57%时，氧气浓度降至9%，人会处于昏迷状态。
▲甲烷有燃烧性和爆炸性。甲烷在空气中达到一定浓度后遇到高温热源会燃烧爆炸。
瓦斯赋存状态
游离/自由状态瓦斯：以完全自由的气体状态存在于较大的裂缝、孔隙或空洞中。游离瓦斯的多少取决于储存空间的容积、瓦斯压力及围岩温度等因素，通常只占现有瓦斯含量的10%～20%。
吸附状态瓦斯：瓦斯分子受与固体颗粒间分子引力作用吸附在孔隙表面，形成一层瓦斯薄膜。它不服从气体定律，不能自由运动。现有瓦斯含量中绝大部分(80%～90%)都是吸附瓦斯。
瓦斯涌出
普通涌出：瓦斯从隧道开挖暴露面通过细小孔隙缓慢放出，是隧道瓦斯涌出的主要形式，涌出范围广，时间持续长，数量相对稳定。
特殊涌出：隧道煤层或岩层中含有大量瓦斯，开挖时可能会短时间内突然大量涌出，称为瓦斯喷出(地质构造、溶洞、地压裂缝喷出）。若喷出瓦斯中伴有煤粉、煤块或岩石，则叫做煤（岩）与瓦斯突出（突出、压出、倾出）。瓦斯特殊涌出范围是局部的，时间一般比较短，涌出数量可能很大，且由于发生突然性，往往危害极大。
影响隧道瓦斯涌出量因素
▲煤层与围岩瓦斯含量
▲隧道断面
▲开挖工序（落煤大于其它工序，爆破低于机械化）
▲地面大气压力的变化(大气压降低，涌出量大）
▲通风方法（抽出比压入大）
▲隧道周边封闭质量
瓦斯主要危害
▲瓦斯燃烧：浓度小于5％或大于16％
▲瓦斯爆炸：浓度5％～16％
▲瓦斯窒息：浓度大于50％
▲瓦斯突出：高压瓦斯在地应力作用下从煤体突然抛出大量煤粉和大量高浓度瓦斯
▲瓦斯喷出：高压瓦斯瓦斯从煤、岩裂隙或裂缝中突然涌出
隧道瓦斯燃烧爆炸
瓦斯爆炸原因
▲引爆火源：电火花、放炮火花、撞击、摩擦火花、明火等
▲瓦斯积聚：局部通风机停止运转、风筒断开或严重漏风、风量不足、局扇出现循环风、瓦斯异常涌出等
▲管理不善，人员失职
隧道瓦斯燃烧爆炸防治技术措施
监控体系自动化，人工检测不能落
隧道通风要及时，防止瓦斯常聚集
电气机械需齐全，作业管理要完善
电缆线路注连接，机电设备当保护
开挖短距弱爆破，装药少量分段多
消防设施状态好，易燃火源严禁靠
入洞人员装备全，遇到危险懂救援
自动化与人工检测结合的监测监控体系
通风系统
电气作业机械齐全，管理完善
钻爆作业
过煤系地层和煤层时开挖原则：短开挖、弱爆破、强支护、护，采用密钻眼、少装药、多分段，衬砌紧跟开挖掌子面，尽量形成封闭环。
防火安全
消防设施齐全，严格管理火源与易燃品。
进洞人员
▲必须在洞口进行登记
▲严禁携带烟火、手机，穿着易于产生静电的服装、非防爆照明
▲进人瓦斯突出工区的作业人员必须携带隔离式自救器
隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施
限值
地 点
超限处理措施
0.5%
低瓦斯工区任意处
超限处20m范围内立即停工，查明原因，加强通风监测
2.0%
局部瓦斯积聚
(体积大于0.5m³)
超限处附近20m停工，断电，撤人，进行处理，加强通风
1.0%
开挖工作面风流中
停止电钻钻孔
1.5%
开挖工作面风流中
超限处停工，撤人，切断电源，查明原因，加强通风等
1.0%
回风巷或工作
面回风流中
停工、撤人、处理
1.0%
放炮地点附近
20m风流中
严禁装药放炮
1.0%
煤层放炮后
工作面风流中
继续通风、不得进人
0.5%
局扇及电气开关
10m范围内
停机、通风、处理
1.5%
电动机及开关
附近20m内
停止运转、撤出人员，切断电源，进行处理
0.5%
竣工后洞内任何处
查明渗漏点，进行整治
隧道煤与瓦斯突出
煤与瓦斯突出
煤与瓦斯突出(包括煤与二氧化碳、岩石与二氧化碳突出)是发生在煤矿井下采掘过程中一种极其复杂的瓦斯动力现象，是在很短时间（几秒到几分钟）内，在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象，并伴随产生不同程度的动力效应，可造成设施破坏和人员伤亡，是隧道施工最严重的灾害之一。
由于发生的突然性，突出抛出的煤和高浓度瓦斯可以使人被埋、窒息伤亡，遇火则发生次生瓦斯燃烧或爆炸。同时，隧道过突出孔洞将面临诸多困难和问题。
煤与瓦斯突出预兆
▲有声预兆：掌子面深部岩层或煤层破裂声明显、响煤（岩）炮、机枪声、闷雷声、劈裂声、掉碴、支护严重变形折断声等。
▲无声预兆：煤层结构层理紊乱，煤变软、光泽变暗，煤层由薄变厚，倾角由小变大，煤层顶、底板出现断裂、波状起伏；掌子面煤体和支架压力增大，煤壁外鼓；掌子面瓦斯增大或忽大忽小，温度降低，闷人有异味等。
出现上述煤与瓦斯突出预兆时，应立即报警，停止工作，撤出人员，切断电源，并上报有关部门。
安全防护措施
▲减少工作人员在落煤时与工作面的接触时间，主要措施有远距离爆破等。
▲突出后工作人员应有一套完整的生命保证系统，主要有避难所、隔离式自救器、压风自救装置、急救袋、逃生管等。
▲突出后防止灾害扩大装置，主要有反向风门、防护档栏等。
施工图与施工中应注意的问题
▲尽快开展瓦斯参数测定工作，为瓦斯抽采和防突设计提供可靠的科学依据。
▲尽快开展补堪工作，尤其是水文地质，为隧道掘进提供可靠的科学依据。
▲施工中应对瓦斯地段采用3-5m径向注浆，形成封闭圈，防治瓦斯向隧道涌出。
▲瓦斯隧道运营中，瓦斯浓度在任何时间、任何地点都不得大于0.5%；高瓦斯和瓦斯突出隧道，应采用自动检测；自动检测系统应具有瓦斯超限报警、通风机自动控制等功能，系统可采用洞口或远程计算机集中控制。
小编友情提示
在日常生活与生产工作中
提高安全意识
丰富安全知识
保障生命安全
友谊的小火花随便擦
瓦斯周边万万不能擦
