浅谈三屯河水电站发电引水隧洞施工过程中出现硫化氢气体的处置措施

洪伟明

【摘要】三屯河中游段第三极水电站三屯河水电站在发电引水隧洞施工过程中，由于围岩断层中含有大量的硫磺矿物质，出现浓度较高的硫化氢气体（H2S）。经现场勘察和检测，硫化氢气体浓度严重超标，已达到100mg∕m3，掌子面施工部位已超过130mg∕m3以上.根据硫化氢气体的化学特性和检测结果制定了相应的处置措施，确保了发电引水隧洞的安全施工。

【关键词】发电引水隧洞；硫化氢气体（H2S）；处置措施

近年来，水电资源作为清洁能源，各地按照国家产业政策和当地水资源状况，积极建设水电站工程。昌吉市政府在2011年8月引进社会资本，利用三屯河流域年经流量3.6亿方水资源，开发建设三屯河中游段四级水电站，三屯河水电站为第三级。在三屯河水电站发电引水隧洞施工过程中，由于部分洞身段围岩中含有大量的硫化氢气体（H2S）。自2015年7月开工至今，施工人员出现头晕，恶心，鼻、眼、喉咙呼吸道不适等现象，为此还付出了两名施工人员的宝贵生命。

基于这一情况，我们组织力量通过现场踏勘、室内试验及区域地质調查等方法对隧道硫化氢气体的赋存特征进行了分析，结合施工实际情况，提出了隧道安全预警机制，为施工危害防治提出理论依据。本人想通过亲身经历，总结和归纳应对这一突发现象而采取的处置措施，供业内人士共同探讨与参考。

1、三屯河水电站开发项目简介 工程概况

三屯河位于新疆昌吉州昌吉市辖区的中部，是昌吉州境内第三大河流，发源于天山北坡中段的天格尔峰。位于三屯河流域中游段三屯河水库下游7公里处，是三屯河流域中游段水电规划中第三极水电站三屯河水电站。三屯河梯级水电站为混合式水电站，该水电站利用已建成的三屯河水库蓄水发电，三屯河水库相应库容1767.10万m3，可进行年调节。大坝为已建的浆砌石重力坝，坝高52 m，电站引水采用洞式引水进入右岸山体隧洞即发电引水隧洞，水电站主副厂房顺河东向西布置，尾水高程878 m，利用落差153 m，装机容量为42MW。

1.1引水隧洞设计布置内容

发电引水系统全长7119.743m，布置在三屯河右岸。主要由进口引渠段、进水口、压力引水道、调压井、压力钢管段（包括斜井段和下水平段）、出洞回填管、岔管及支管段组成。洞径4米，洞身的埋藏深度因利用围岩抗力，围岩厚度大于3倍开挖洞径级，根据地形条件洞身的埋藏深度在26至556米不等。

1.2主要工程地质条件

隧洞穿越三条规模较大的冲沟，沿线上覆岩体厚度52～556m，洞身段处于微风化及新鲜岩体内，岩性为侏罗系砂岩夹泥质粉砂岩、局部夹薄层砂质泥岩，层理发育，具薄层～中厚层状结构。带内以碎裂岩、糜棱岩为主，断层两侧岩石破碎。断面略呈舒缓波状，属压扭性逆断层，洞室开挖过程中，沿断出现渗水和涌水现象，对洞室稳定影响较大，该段以Ⅳ类围岩为主，局部（过沟段及断层带附近）为Ⅴ类围岩。

1.3 硫化氢气体的分布及成因分析

在隧道施工中产生的硫化氢气体一般作为在特殊的地层岩性，特殊的金属含矿异常带、区域性褶皱断裂组合情况下，某些化学反应和蛋白质自然分解过程的产物以及某些天然物的成分和杂质，隧道施工就是其中的一种。含硫地层物质在硫酸盐热化学还原情况下，产生硫化氢，并向上飘逸遇水溶解于地下水中，随地下水运移，在隧道开挖后，由于围岩体及地下水场受到扰动，破环了硫化氢存在的状态和硫化矿水解的原有平衡，硫化氢便会随之涌出。

2、硫化氢气体（H2S）

硫化氢气体（H2S）是无色气体，有特殊的臭味（臭鸡蛋味）。易溶于水，比重比空气大，易积聚在通风不良的污水管道、窑井、化粪池、污水池以及其它各类发酵和蔬菜腌制池等低洼处（含氯化合物，如蛋白质腐败分解产生）。硫化氢属窒息性气体，是一种强烈的神经毒物，硫化氢浓度在0.4 mg∕m3时，人能明显嗅到硫化氢的臭味，当浓度在70～150 mg∕m3时，吸入数分钟即发生嗅觉疲劳而闻不到臭味，浓度越高嗅觉疲劳越快，越容易使人丧失警惕，当浓度超过760 mg∕m3时，短时间内即可发生肺水肿、支气管炎、肺炎，可能造成生命危险。与浓硝酸、发烟硫酸或其它强氧化剂剧烈反应，发生爆炸。气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引起回燃 有毒，吸入会引起急性中毒反应

3、处置措施

制定《三屯河水电站发电引水隧洞有毒有害气体环境下的预防和安全生产的应急措施》。主要内容：

（1）、作业时指定专人监护，遇险时科学施救。现场安全监护人员负责检查作业人员佩戴防护用具和了解应急预案的情况，提前告知作业人员可能遇到的危险因素、紧急情况下的呼救方式和逃生方式，落实监督安全措施，及时制止不安全行为。

（2）、作业过程中，现场安全监护人不得擅自离岗。当发生硫化氢等有毒气体中毒时，要沉着应对，冷静处理，及时报警，寻求专业救护；救援者应佩带专业防护面具实施救援，禁止不具备条件的盲目施救，避免伤亡扩大。

（3）、隧洞上下游必有各自独立的通风系统，隧洞内的风道出口随着掘进进度，距离掌子面作业点在30米左右。隧洞出口要有明显的迎面出风的感觉。

（4）、隧洞内既有硫化氢气体又有岩体渗杂的硫磺粉，在隧洞一侧挖排水沟将融入水中的硫磺排出洞外并做好稀释处理。

（5）、加强对有毒气体浓度的检测手段。按照“掘前必探、先探后掘、长探短掘”的原则施工掘进，在有毒气体作业面放缓施工进度，确保安全施工。

（6）、给施工人员必须配备防护自救用具，如人手一条湿毛巾、口罩、隔绝式压缩自救器等，人员一旦出现异常，不要惊慌乱跑，迅速到通风口静坐呼吸新鲜空气缓解症状。

（7）、加强对洞内通风能力的检测手段，通风能力包括风量风速要满足降低硫化氢气体含量的技术要求。通过排气通风硫化氢浓度不能超过0.000666﹪；氧气不能低于16﹪；配备常规的检测仪器，随时检测，掌握第一手资料，确保万无一失。

（8）、每班组缩短作业时间，增加轮班次数。根据几年来的实践经验，每班连续作业时间不超过两个小时，采取轮班或出洞后至少休息40分钟后再进入洞内继续作业，让施工人员充分吸入新鲜空气缓解身体不适。

（9）选择和使用正确的检测仪器。

存在硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）等有毒气体，则要优先选择一个特定气体检测仪才能保证工作人员的安全。检测硫化氢（H2S）可购买单一性的便携式硫化氢检测仪，它可连续检测作业环境中硫化氢气体泄漏浓度。目前，针对隧道施工气体监测，也可选择便携式多气体（复合式）检测仪也是我们的最佳选择。

（10）开展科学施救的现场演练。根据硫化氢等有毒气体的特点，制定有针对性的应急预案，明确紧急情况下作业人员的逃生、自救、互救方法的演练。

4、结束语

根据硫化氢气体的化学特性和检测结果，经过分析和研究，制定科学的切实可行的处置方案、应急预案以及施工时的预防措施，其中重要的环节就是要对项目经理和安全员、现场施工人员进行预防和救护知识的专业培训，这是保障各种方案、预案、措施顺利实施的前提保障，更是在隧洞这样有限空间内作业，用科学的处置方法战胜有毒有害气体，是确保安全生产的有效保障。