瓦斯隧道的特征及其防治

【摘要】本文主要对瓦斯隧道特点进行总结，同时结合相关条款及实例进行分析。通过瓦斯的成分、性质、涌现方式进行了分析并通过董家山隧道工程事件，阐述了瓦斯隧道的施工和安全措施。

【关键词】瓦斯隧道；混合气体；防治措施

一、前言

近年来随着我国交通部建设事业和铁路建设事业的快速发展，城市隧道、铁路隧道和山岭隧道的建设进入了高速发展期，虽然有先进的隧道气体检测技术可有效降低瓦斯事故，由于瓦斯隧道地质条件十分复杂，在施工过程中和有毒气体扩散的气体是未知的，经常给工程建设带来困扰。在施工过程中需要清楚地层中瓦斯的发分散、规模等情况，为工程建设采取有效安全措施以保证工程进度。

二、瓦斯隧道特征

（一）瓦斯的主要成分

瓦斯气体主要含有烷烃，其中气体多数是甲烷，还含有少量的乙烷气体、丙烷气体以及丁烷气体。

一般情况下，瓦斯燃烧温度为650℃～750℃。燃烧温度会受到瓦斯气体的浓度、火源特性以及压力等方面的影响。瓦斯气体的含量处于百分之七至百分之八时，非常容易引燃；对于混合气体来说，当它们的压力上升的时候，引燃的温度会受到影响而下降；在同一温度下，火区较大，与更多的时间和更容易引燃煤气点火。

当浓度降低至5%时，天然气遇到火不爆炸，但可以形成在燃烧层中的火层以外；当浓度为9.5%时，天然气爆发力最大；浓度为16%的气体则爆炸性丧失，但在遇到空气和明火时则会燃烧。瓦斯爆炸的界限并不是一个固定值，它还会受到很多方面的影响，如温度、压力、煤尘等。

（二）瓦斯在媒层中存在的方式

瓦斯在煤层是以溶解、游离、吸附三种方式存在。在一般情况下，游离天然气含量占煤层现有瓦斯包含量的百分之八十至九十，与煤体中空间、瓦斯压力与围岩温度的大小相关。处于吸附状态下的瓦斯，其含量与煤的碳化程度和架构特征有关。

如果天然气处在游离和吸附条件中，其状态是不断变化的，会形成动态平衡；如果煤体的结构被毁坏或者温度提高、外部压力下降，则瓦斯将会从吸附状态转换为游离状态；反之，温度下降或外在压力上升时，游离状态的瓦斯将转换为吸附状态的瓦斯；这种局部的瓦斯含量发生转变的情形分别为解吸和吸附。

（三）瓦斯涌现的方式

天然气的涌现有两种形式，一种形式为一般涌出，另一种则是异常涌出。由于开采的作用，煤岩层原始形态受到损坏，透气性提升，在压力作用之下处于游离状态的天然气会流向采掘空间，从而形成瓦斯涌现。

三、瓦斯隧道的防治措施

在隧道中的工作人员必须遵守“加强透风、勤测瓦斯、禁止火源”三项原则。预防天然气爆炸的主要措施有以下两点：其一是在早期识别出其在隧道的里程，位置；其二防止瓦斯气体大量聚集，并且要注意降低瓦斯气体的浓度；自隧道进洞时开始，则需要各种必要的防范设施，如灭火器、自救器等，同时使用瓦斯电闭锁系统和瓦斯自动连续检测监控进行检测，并且需要相应的管理制度和应急预案。一经发现瓦斯，即刻管理升级，加密监控网点，增加防范措施，严防瓦斯事故发生。按照国家的技术规范来对瓦斯隧道进行严格管理，以防事故的发生。

铁路瓦斯隧道技术规范（TB10120_2002）1）隧道通过的地层层序、年份、岩层类别及地层的分布，煤层顶，底板的数量、功能和位置，煤层厚度，倾角，通过煤里程长隧道；（2）主要煤层的指标和工业成分分析的物理性能，包括硬度，颜色，气味，重量，灰分，光，水，固定碳，气体压力，气体含量和天然气涌出初速度等；3）确定天然气地质形成区域，包括油页岩和煤的结构和天然气生产，储存和运输的区域，密封环境等因素的影响，瓦斯隧道除应按照勘探工作的总体布局，应适当增加钻井，煤和天然气作为分析样品，并应完成瓦斯气体和天然气含量、压力和涌出量测试。

《瓦斯隧道施工技术规范》1）燃气隧道入口应经过专业培训具备瓦斯监测人员，每60分钟一次检测；2）若开挖工作面风流中气体的浓度超出1%，则工作人员应当中止钻孔；若气体的浓度超出1.5%，应立即中止作业，隔离电源，相关人员立刻撤离，以进行处置；3）若气体累积的体积超过0.5m3，或者浓度超出2%时，方圆20米内必须立刻中止作业，隔离电源，同时相关人员立刻撤离，以进行处置。

《瓦斯隧道施工安全技术措施》1）由停电或透风设备等因素所造成的透风运转中止，恢复正常的通风后，对于坍塌洞穴、隧道上部、避车洞等瓦斯易集聚、通风不良的地点，天然气浓度不能超出2%。若检查超过，必须中止作业，切断电源，并令相关人员撤离，终止电动机的运转以及电器的开启。进行局部通风，由气体监视器来检测，要证实的气体浓度低于容许浓度，确认安全后允许恢复施工；2）一旦出现天然气喷涌出等异常情况，须立即采取措施，首先考虑隔绝一切有可能的火源，如断电等，加强通风，并且同时疏散所有人员，对隧道采取警戒，进一步考虑研究和采取具体措施来抽排瓦斯。

四、工程实例

董家山隧道工程位于四川都汶高速公路发生了瓦斯爆炸事故―12.22”董家山隧道位于汶公路都江堰和杨秀双管隧道之间，右侧洞长4081米，左洞长4111米，隧道中心线约39米的间距。进口由中铁一局进行施工，出口由中铁二局进行事后。该隧道工程通过许多次煤层，但通过的煤层厚度均不大，隧道内天然气的压力为1.72～6.7个大气压，经过勘测确定改隧道为低瓦斯隧道，并且委托煤炭专业单位对隧道在作业过程中的情况进行了鉴定，结果为低瓦斯隧道。施工过程当中允许使用非防爆设备，出碴、进料均是由汽车进行。掌子面处发生的塌方导致了天然气的异常涌现，从而导致模板台车的周围的天然气浓度超过爆炸界限，并且挂在模板台车的配电箱处的三芯插头发生短路且发出火焰，最终引发了瓦斯爆炸。

五、结论

近年来城市、铁路和山岭隧道的建设，随着我国交通部的建设事业以及铁路建设事业的迅速发展，进入了快速发展期。地质情况导致瓦斯隧道十分纷乱，施工过程中瓦斯及有毒气体分散不明，经常给工程建设带来困扰。瓦斯的主要成分为烷烃，在气体的浓度、火源特性、压力、温度等方面达到一定条件时，很容易燃烧爆炸。所以在施工时必须要遵守“加强透风、勤测瓦斯、禁止火源”三项原则，尽早查清隧道中瓦斯流出的里程和部位，并且防止瓦斯的大量聚集，还要尽量降低瓦斯气体浓度，同时应当建立、健全相应的监督管理制度，制定各种应急预案。一经发现瓦斯，即刻管理升级，加密监控网点，增加防范措施，严防瓦斯事故发生。按照国家的技术规范来对瓦斯隧道进行严格管理，以防事故的发生。

参考文献

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