浅谈兰渝铁路图山寺隧道瓦斯监测与安全管理

2011-02-06刘亚锋

山西建筑 2011年12期

刘亚锋

1 工程概况

兰渝铁路图山寺隧道全长3 216 m，设计为单线隧道，隧道进口、出口各设一座800 m的平导，平导与正洞间距为30 m，并与正洞连通，平导主要用于施工通风。该隧道位于川东浅层天然气发育地区，钻孔测试结果显示有天然气溢出，单孔天然气最高浓度为9 500 ppm，设计计算隧道天然气含量为6 087 m3，气体压力为0.2 kPa，天然气绝对涌出量为3.03 m3/min，属于高瓦斯隧道。

2 瓦斯隧道施工特点

本隧道按照新奥法原理施工，采取人工开挖钻爆法施工，爆破作业后隧道内瓦斯气体溢漏面急剧增大，洞内通风条件差，瓦斯浓度最易升高，也容易出现瓦斯突涌。加之隧道开挖未支护断面、模板台车附近、错车道、隧道洞室等容易形成瓦斯积聚。此外，由于施工中存在施工用电、机电设备操作以及车辆行驶、机械设备运转等这些都可能产生火源或火花。而瓦斯与空气混合到一定浓度时遇火源能燃烧或发生爆炸。

3 隧道瓦斯监测

结合本隧道施工特点，采用了自动监控系统和人工检测相结合的监控体系。瓦斯自动监控系统采用了KJ90自动监控系统，在开挖工作面、模板台车前后、洞内变压器前、错车道、横通道等地方分别布置瓦斯传感器。当自动监控系统检测到瓦斯浓度大于0.5%时，自动报警;检测到瓦斯浓度大于1%时，自动切断电源实施瓦电闭锁。瓦斯自动监控系统提供的数据是对隧道内瓦斯进行实时动态监测的结果，其结果受温度、爆破震动等因素的影响，监测中通过对数据进行分析、整理，为施工安全生产可提供正确的参考依据。人工检测实行24 h连续检测，每个开挖工作面每班安排2名～3名瓦斯检测工，采用光干涉式瓦检仪，实时对隧道开挖面和易形成瓦斯积聚的地方进行巡回检测。开挖掌子面一般检查五个点(见图1)，当瓦斯浓度在0.3%以下时，瓦检工每4 h检查一次;瓦斯浓度在0.3%以上时，20 min检查一次，并做好检测记录，对现场检测数据进行分析和判断，采取相应措施，指导施工安全生产。处理措施见表1。

4 瓦斯安全管理

1 )严格落实瓦斯隧道施工安全基本要求。在本隧道施工前，首先建立健全了安全生产管理机构，明确落实各级人员安全生产责任，完善了各项瓦斯安全管理制度，并要成立隧道瓦斯监测小组。同时，编制了瓦斯隧道专项施工方案和瓦斯爆炸安全应急救援预案。在隧道施工过程中，当检测到瓦斯浓度大于0.5%时报警;当检测到瓦斯浓度大于1%时命令切断作业区电源，工人停止作业;当检测到瓦斯浓度大于1.5%时撤出作业人员，立即采取通风等技术措施，及时对瓦斯浓度进行稀释处理。施工遇到紧急情况下，如当临时停电或检修时，主要通风机停止运转或通风系统运行不正常时，在恢复正常通风后，安排瓦斯检测人员对隧道内瓦斯浓度进行全面检测，确认瓦斯浓度在施工允许范围内时，恢复施工生产。由于本隧道属于高瓦斯隧道，施工中涉及的所有机电设备、施工机械设备等都采用了隔爆型设备或经过防爆技术改造处理。

表1 隧道内瓦斯浓度限值处理措施

2 )做好隧道瓦斯超前预报工作。本隧道施工中采用了TSP203、地质雷达、超前探孔、超前炮眼等多种预报手段对掌子面前方地质情况和围岩状况进行了探测。对TSP203判识确定的断层破碎带和其他不良地质地段，采用地质雷达预报每30 m进行一次验证。在不良地质地段隧道施工中，在掌子面布设5个加深炮眼，均匀分布于掌子面，炮眼加深长度大于5 m，并对加深炮眼进行检测。当加深炮眼探测到有瓦斯等气体后，在瓦斯涌出孔附近施作超前探孔对瓦斯提前进行释放，施工中超前主要在隧道开挖轮廓线上设置3个探孔，拱顶1个，隧道左右大腰位置各1个。超前探孔孔径为108 mm，每25 m施作一循环，每孔长30 m，各循环搭接长度不小于5 m。根据探孔检测的瓦斯情况，记录好瓦斯气体的涌出位置、浓度、压力等参数，根据检测情况对不良地质的瓦斯进行分析和判断，制定出相应的安全措施。

3 )隧道爆破作业管理。在本隧道施工中，开挖爆破采用煤矿许用3号炸药，有瓦斯突出地段选用了安全等级不低于三级的煤矿许用的含水炸药和煤矿许用电雷管(起爆雷管段控制在5段以内，最后一段的延期时间小于130 ms)，并采用了专用放炮器起爆。隧道爆破开挖时，严格控制装药用量，装药长度不超过炮眼长度的2/3，其余部分用炮泥全部填塞。爆破前将洞内所有人员撤离至洞外，并严格执行瓦斯隧道“三人连锁爆破制”(指放炮前放炮员将警戒牌交给班组长，班组长派人警戒准备下达放炮命令，然后将自己的放炮命令牌交给瓦斯检查员，经检查瓦斯浓度符合要求后，再将放炮牌交给放炮员)。

4 )加强隧道通风。本隧道施工先期采用压入通风，后期利用平导采用巷道式通风。根据瓦斯隧道施工规范，图山寺高瓦斯隧道采取独头开挖，开挖工作面风流中的瓦斯浓度小于0.5%，风速大于1 m/s进行监控;同时结合通风最不利点风量计算，隧道正洞进、出口端各配置1台SDF(c)-NO.13(2×132 kW)型轴流风机;隧道平导进、出口端各配置一台SDF-NO.11(2×110 kW)轴流风机，采用直径1.5 m抗静电、具有阻燃性的通风管，能够满足通风最不利点的风量需要。通风机装设在距洞口50 m处的新风流中，采用两路电源(动力电源和备用电源)，并装设风电闭锁装置，当动力电源停止供电时，可及时启动发电机发电保证通风机正常运转。隧道开挖工作面附近、模板台车衬砌地段及平导连接通道等设置射流风机进行局部通风，有效满足了施工通风要求。

5 )隧道机电防火安全管理。隧道洞内所有电气设备和施工机械设备均采用防爆型设备或经过防爆技术改装。隧道洞内输电线路使用密闭电缆，电缆在洞内接头处，采用特制的防爆接线盒进行连接。对于隧道衬砌地段的固定照明灯具，采用EMⅡ型防爆照明灯;隧道开挖工作面附近的固定照明灯具，采用ExdⅠ型矿用防爆照明灯;移动照明采用矿灯。同时，对所有进入隧道的人员严格进行安全检查，严禁将可能产生火花和自燃的物品带入洞内。隧道洞内严禁进行电焊、气焊等易产生高温和发生火花的作业。对于特殊和不可避免的焊接作业时，严格按照“特殊工序管理制度”执行，认真落实好防火安全措施，指定专人现场检查和监督，杜绝了各隧道洞内可能出现的各类火源或点火温度。

6 )建立应急保障体系。在隧道施工过程中，针对隧道瓦斯出现异常情况，组织开展了瓦斯事故应急预案演练，现场人员立即向瓦斯监控室值班人员、项目负责人报告瓦斯情况。接到报告后，启动应急救援预案，按照应急程序，实施抢险救援，组织撤离所有人员，停止超标区域所有作业，切断超标区电源，达到提高作业人员应对瓦斯异常情况的应急处理能力。