4瓦斯危害及隧道瓦斯防治

4瓦斯危害及隧道瓦斯防治瓦斯危害概述瓦斯的性質(zhì)瓦斯是指以甲烷CH為主的有毒、有害氣體的總稱(chēng)。瓦斯是各種氣體的混合4物，其成分是很復(fù)雜的，它含有甲烷、二氧化碳、氮和數(shù)量不等的重?zé)N以及微量的稀有氣體等，但主要成分是甲烷。甲烷（CH4）是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)嗅的氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度為0℃、大氣壓為101.3kPa）下，瓦斯密度為0.716kg/m3（空氣密度為1.29kg/m3）。瓦斯由于含有其它氣體而具有特殊的氣味。由于瓦斯較輕，故常積聚在隧道的頂部、斷面變化處、隧道塌腔內(nèi)、模板臺(tái)車(chē)等處。瓦斯的危害⑴瓦斯窒息甲烷本身雖然無(wú)毒，但空氣中的甲烷濃度較高時(shí)，就會(huì)相對(duì)降低空氣中的氧氣濃度。氧氣濃度相對(duì)減少，使人窒息死亡。當(dāng)空氣中甲烷濃度升高，氧氣量降到17%，使感到呼吸困難，氧含量降到12%以下時(shí)，使人窒息死亡。因此，凡隧道內(nèi)通風(fēng)不良的地區(qū)，都必須及時(shí)封閉或設(shè)置柵欄，并懸掛“禁止入內(nèi)”的警標(biāo)，嚴(yán)防人員入內(nèi)。⑵瓦斯燃燒和爆炸當(dāng)瓦斯與空氣混合達(dá)到一定濃度時(shí)，遇到高溫火源就能燃燒或發(fā)生爆炸，一旦形成災(zāi)害事故，就會(huì)造成大量作業(yè)人員的傷亡，嚴(yán)重影響隧道的安全生產(chǎn)，瓦斯爆炸事故是瓦斯隧道事故中最嚴(yán)重的事故。瓦斯爆炸的危害瓦斯爆炸的主要危害是產(chǎn)生高溫焰面，沖擊波和有害氣體。焰面是巷道中運(yùn)動(dòng)著的化學(xué)反應(yīng)區(qū)和高溫氣體，其速度快、溫度高。從正常的燃燒速度（1?2.5m/s）到爆轟式傳播速度（2500m/s），焰面溫度可高達(dá)2150℃~2650℃。焰面經(jīng)過(guò)之處，人被燒死或大面積燒傷，可燃物被點(diǎn)燃而發(fā)生火災(zāi)，擴(kuò)大災(zāi)情。沖擊波鋒面壓力由幾個(gè)大氣壓到20個(gè)大氣壓，前向沖擊波疊加和反射時(shí)可達(dá)100個(gè)大氣壓。其傳播速度總是大于聲速，所到之處造成人員傷亡、設(shè)備和通風(fēng)設(shè)施損壞、隧道垮塌。瓦斯爆炸后生成大量有害氣體。據(jù)分析，瓦斯爆炸后的氣體成分為：O2為6%-10%、,為82%-88%、82為4%-8%、CO為2%-4%。因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，進(jìn)入高瓦斯隧道人員必須配戴自救器。瓦斯爆炸的條件瓦斯爆炸的條件是：一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣，三者缺一不可。⑴瓦斯?jié)舛韧咚贡ㄓ幸欢ǖ臐舛确秶?，我們把在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍稱(chēng)為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸的界限為5%-16%，5%為爆炸下限，16%為爆炸上限。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?%時(shí)，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層；當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?.5%時(shí)，其爆炸威力最大（氧和瓦斯完全反應(yīng)）；瓦斯?jié)舛仍?6%以上時(shí)，失去爆炸性，但在空氣中火仍會(huì)燃燒。⑵引火溫度瓦斯的引火溫度，即點(diǎn)燃瓦斯的最低溫度。一般認(rèn)為是650℃~750℃，但受瓦斯的濃度、火源的性質(zhì)及混合氣體的壓力等因素影響而變化。當(dāng)瓦斯含量在7%?8%時(shí)，最易引燃；當(dāng)混合氣體的壓力增高時(shí)，引火溫度降低；在引火溫度相同時(shí)，火源面積越大、點(diǎn)火時(shí)間越長(zhǎng)，越易引燃瓦斯。瓦斯與高溫?zé)嵩唇佑|時(shí)，并不立即燃燒、爆炸，而是要經(jīng)過(guò)一個(gè)很短的時(shí)間間隔，我們稱(chēng)此現(xiàn)象為火延遲性，間隔的這段時(shí)間稱(chēng)感應(yīng)期。感應(yīng)期的長(zhǎng)短與甲烷濃度、火源溫度、火源性質(zhì)、混合氣體壓力有關(guān)?；鹪礈囟壬撸袘?yīng)期迅速下降；瓦斯?jié)舛仍黾?，感?yīng)期略有增加。瓦斯爆炸的感應(yīng)期對(duì)安全生產(chǎn)意義很大。例如，使用安全炸藥爆破時(shí)，其初溫達(dá)2000℃左右，但高溫存在的時(shí)間只有千分之幾秒，小于瓦斯爆炸的感應(yīng)期，所以不會(huì)引起瓦斯爆炸。如果炸藥質(zhì)量不合格，炮泥充填不緊或放炮不正規(guī)（如放明炮、糊炮等），就會(huì)延長(zhǎng)高溫存在時(shí)間，造成瓦斯爆炸事故。為了安全瓦斯隧道內(nèi)的設(shè)備，必須采用安全隔爆器。⑶氧的濃度當(dāng)氧在混合氣體中的濃度低于12%時(shí)，混合氣體中的瓦斯失去爆炸性。正確認(rèn)識(shí)氧的含量對(duì)瓦斯爆炸的作用，對(duì)密封或啟封火災(zāi)區(qū)及時(shí)封閉火區(qū)時(shí)，判斷火區(qū)內(nèi)有無(wú)瓦斯爆炸性等均有指導(dǎo)意義。防止瓦斯爆炸措施主要包括三個(gè)方面：防止瓦斯積聚、防止瓦斯引燃、防止瓦斯事故擴(kuò)大。影響瓦斯爆炸的主要因素影響瓦斯爆炸的因素很多、很復(fù)雜，其主要因素有以下各種因素。⑴可燃性氣體的混入。當(dāng)瓦斯和空氣的混合氣體中混入可燃性氣體時(shí)，由于這些氣體（如氫、硫化氫、乙烷、一氧化碳等本身具有爆炸性，不僅增加了爆炸氣體的總濃度，而且會(huì)使瓦斯爆炸下限降低，從而擴(kuò)大了瓦斯爆炸的界限。因此，隧道發(fā)生火災(zāi)或產(chǎn)生有其他可燃性氣體時(shí)，即使平時(shí)瓦斯涌出量不大的隧道，也可能發(fā)生瓦斯爆炸，應(yīng)特別引起注意。⑵爆炸性煤塵的混入。在瓦斯和空氣的混合氣體中，如果混入有爆炸性煤塵時(shí)，由于煤塵本身遇到火源能夠放出可燃性氣體，因此能使瓦斯爆炸下限降低。當(dāng)空氣中煤塵含量為5g/m3時(shí)，瓦斯爆炸下限降到3%；煤塵含量為8g/m3時(shí)，瓦斯爆炸下限降到2.5%。當(dāng)沉積煤塵被爆風(fēng)吹起時(shí)，達(dá)到這樣高的煤塵含量是很容易的，因此，作好防塵工作對(duì)防止瓦斯爆炸有著十分重要的意義。⑶惰性氣體的混入。在瓦斯和空氣的混合氣體中，混入惰性氣體（如二氧化碳、氮?dú)?、鹵族元素等）將使氧氣濃度減少，可以縮小瓦斯爆炸界限，降低瓦斯爆炸危險(xiǎn)性。二氧化碳還能降低瓦斯爆炸壓力和延遲爆炸時(shí)間。當(dāng)二氧化碳增加到25.5%時(shí)，無(wú)論瓦斯?jié)舛扔卸啻?，都不?huì)發(fā)生爆炸。⑷混合氣體的初始溫度（即爆炸發(fā)生前混合氣體的溫度）。試驗(yàn)表明，初始溫度越高，瓦斯爆炸界限就越大。當(dāng)初始溫度為20℃時(shí)，瓦斯爆炸界限為6.0%?13.4%；初始溫度為700℃時(shí)，爆炸界限為3.25%?18.75%。因此，發(fā)生火災(zāi)或爆炸時(shí)，高溫會(huì)使原來(lái)并未達(dá)到爆炸濃度的瓦斯發(fā)生爆炸，這一點(diǎn)在救災(zāi)時(shí)應(yīng)特別注意。⑸瓦斯?jié)舛扰c引火溫度。不同的瓦斯?jié)舛龋璧囊饻囟龋ㄒ鸨ǖ淖畹蜏囟龋┮膊煌?。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?%?8%時(shí)，其引火溫度最低，就是說(shuō)，瓦斯最容易引爆的濃度是7%?8%；高于或低于這個(gè)濃度，所需引火溫度都較高。⑹混合氣體的壓力。壓力越大，所需引火溫度越低。當(dāng)混合氣體瞬間被壓縮到原來(lái)體積的1/20時(shí)，由于混合氣體被壓縮而自身產(chǎn)生的熱量就能使其自行爆炸。煤礦生產(chǎn)中的放炮作業(yè)，能造成很大的氣體壓力，從而大大降低了引火溫度，就比較容易發(fā)生瓦斯爆炸事故。瓦斯隧道的分類(lèi)瓦斯隧道分為低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三種，瓦斯隧道的類(lèi)型按隧道內(nèi)瓦斯工區(qū)的最高級(jí)確定。瓦斯工區(qū)為地層含有瓦斯的隧道施工區(qū)段，瓦斯隧道工區(qū)分為非瓦斯工區(qū)、低瓦斯工區(qū)、高瓦斯工區(qū)、瓦斯突出工區(qū)共四類(lèi)。低瓦斯工區(qū)和高瓦斯工區(qū)按絕對(duì)瓦斯涌出量進(jìn)行判定。當(dāng)全工區(qū)的瓦斯涌出量小于0.5m3/min時(shí)，為低瓦斯工區(qū)；大于或等于0.5m3/min時(shí)，為高瓦斯工區(qū)。瓦斯隧道只要有一處發(fā)現(xiàn)有突出危險(xiǎn)，該處所在工區(qū)即為瓦斯突出危險(xiǎn)工區(qū)。判定瓦斯突出必須同時(shí)滿足下列指標(biāo)：瓦斯壓力PN0.74Mpa；瓦斯放散初速度APN10。瓦斯爆炸的致因⑴瓦斯積聚瓦斯積聚是指體積超過(guò)0.5m3時(shí)的空間瓦斯?jié)舛瘸^(guò)2%的現(xiàn)象。局部地點(diǎn)的瓦斯積聚是造成瓦斯爆炸事故的根源，積聚原因主要有以下幾個(gè)方面：①通風(fēng)系統(tǒng)不合理、供風(fēng)距離過(guò)長(zhǎng)、工作面瓦斯涌出量過(guò)大而又沒(méi)有采取抽放措施、通風(fēng)路線不暢通等，都容易造成工作面風(fēng)量供給不足。②正常生產(chǎn)時(shí)期，隧道內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施被隨意改變其狀態(tài)。③局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)可能使掘進(jìn)工作面很快達(dá)到瓦斯爆炸的界限。④對(duì)封閉的區(qū)域或停工一段時(shí)間的工作面恢復(fù)通風(fēng)，未制定專(zhuān)門(mén)的排放瓦斯措施。⑤當(dāng)掘進(jìn)工作面推進(jìn)到地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域時(shí)。⑥氣壓發(fā)生變化頂時(shí)。⑦隧道冒落空洞由于通風(fēng)不良容易形成瓦斯積聚。⑵瓦斯爆炸的點(diǎn)火源隧道內(nèi)的明火、電弧、電火花、赤熱的金屬表面以及撞擊和摩擦火花，都能點(diǎn)燃瓦斯。巖石懸頂冒落時(shí)產(chǎn)生的碰撞火花，也能引起瓦斯的燃燒或爆炸。原蘇聯(lián)的研究認(rèn)為，巖石脆性破裂時(shí)，它的裂隙內(nèi)可以產(chǎn)生高壓電場(chǎng)（達(dá)108V/cm），電場(chǎng)內(nèi)電荷流動(dòng)，也能導(dǎo)致瓦斯燃燒。瓦斯爆炸的防治措施瓦斯及有害氣體防治措施概述⑴瓦斯隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)主要是瓦斯的燃燒和爆炸給財(cái)產(chǎn)和人身安全帶來(lái)很大的損失。防治瓦斯的關(guān)鍵是瓦斯探測(cè)、瓦斯監(jiān)測(cè)、施工通風(fēng)降低瓦斯?jié)舛?、采用防爆的電器設(shè)備和機(jī)械設(shè)備控制火源以及嚴(yán)格各項(xiàng)管理制度。⑵防止瓦斯爆炸，采取的主要措施：一是防止瓦斯積聚，不允許采掘空間出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸?，?shí)際工作中采用加強(qiáng)通風(fēng)防止瓦斯積聚；二是防止瓦斯被引燃，主要采取防爆用電設(shè)備，加強(qiáng)用火制度管理，杜絕明火；三是建立應(yīng)急原防止瓦斯爆炸事故發(fā)生和擴(kuò)大。四是加強(qiáng)瓦斯檢測(cè)，采用自動(dòng)和人工兩套系統(tǒng)，當(dāng)檢測(cè)出瓦斯?jié)舛瘸^(guò)規(guī)定值后采取必要的措施，確保瓦斯?jié)舛炔怀瑯?biāo)。⑶瓦斯積聚的部位主要為隧道拱頂、開(kāi)挖凹凸處、隧道塌腔、隧道施工斷面變化處、襯砌施工端頭、模板臺(tái)車(chē)施工前后、隧道洞室、及會(huì)車(chē)道、橫通道處、通風(fēng)死角、大型機(jī)械經(jīng)常停留處。防止隧道坍塌、加強(qiáng)通風(fēng)是防止瓦斯聚集的主要措施，在有瓦斯涌出的地段，采用排放孔超前抽排瓦斯，也是防止瓦斯突然涌出而聚集的有效措施。⑷嚴(yán)格按照瓦斯及有害氣體監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)配置監(jiān)測(cè)儀器，按照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和程序?qū)嵤_保瓦斯及其它有害氣體不超標(biāo)。防止瓦斯積聚的技術(shù)措施⑴按照《煤礦安全規(guī)程》的要求做好通風(fēng)工作：瓦斯隧道通風(fēng)必須采用機(jī)械通風(fēng)。所有沒(méi)有封閉的橫通道道、掘進(jìn)工作面和胴室必須保持足以稀釋瓦斯到規(guī)定界限的風(fēng)量和風(fēng)速，使瓦斯不能達(dá)到積聚的條件。每個(gè)掘進(jìn)工作面必須有合理的進(jìn)、回風(fēng)路線，避免形成串連通風(fēng)。掘進(jìn)工作面供風(fēng)最容易出現(xiàn)安全問(wèn)題，特別是在更換、檢修局部通風(fēng)機(jī)或通風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)，必須加強(qiáng)管理。對(duì)高瓦斯隧道，為防止局部通風(fēng)機(jī)停風(fēng)造成的危險(xiǎn)，必須使用“三專(zhuān)兩閉鎖”，局部通風(fēng)機(jī)要掛牌制定專(zhuān)人管理，嚴(yán)格禁止非專(zhuān)門(mén)人員操作局部通風(fēng)機(jī)和隨意開(kāi)停通風(fēng)機(jī)。⑵及時(shí)處理局部聚積的瓦斯隧道拱頂瓦斯聚積的處理：頂板附近瓦斯層狀積聚的處理方法是加大隧道內(nèi)風(fēng)流速度。拱頂冒落空洞內(nèi)積存瓦斯處理采取引風(fēng)吹散法。對(duì)于瓦斯涌出量大的掘進(jìn)工作面，應(yīng)優(yōu)先采用長(zhǎng)距離大孔徑預(yù)抽預(yù)排瓦斯方法。防止點(diǎn)火源的出現(xiàn)⑴加強(qiáng)管理，提高防火意識(shí)提高工人和工程技術(shù)人員的素質(zhì)，加強(qiáng)其防火、防爆意識(shí)，是做好杜絕瓦斯點(diǎn)火源在隧道內(nèi)出現(xiàn)的基礎(chǔ)。因此，大力宣傳瓦斯隧道的防火、防爆知識(shí)，貫徹執(zhí)行有關(guān)規(guī)定，發(fā)現(xiàn)隱患和違章就嚴(yán)格處理，對(duì)防止點(diǎn)火源的出現(xiàn)有重要的意義。⑵防止放炮火源爆破必須使用符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的安全炸藥；有爆破作業(yè)的工作面必須嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”的瓦斯檢查制度，保證放炮前后的瓦斯?jié)舛仍谝?guī)定的界限內(nèi)；禁止使用明接頭或裸露的放炮母線；炮眼的深度、位置、裝藥量要符合該工作面作業(yè)規(guī)程的要求，炮眼充填要填滿、填實(shí)，嚴(yán)禁使用可燃性物質(zhì)代替炮泥充填炮眼，要堅(jiān)持使用水炮泥；禁止放明炮、糊炮。⑶防止電氣火源和靜電火源為防止靜電火花，瓦斯隧道內(nèi)使用的高分子材料，如塑料、橡膠、樹(shù)脂制品等，其表面電阻應(yīng)低于其安全限定值。灑水、排水用塑料管外壁表面電阻應(yīng)小于1X109。，壓風(fēng)管、噴漿管的表面電阻應(yīng)小于1X108。。消除隧道內(nèi)雜散電流產(chǎn)生的火源首先應(yīng)普查隧道內(nèi)雜散電流的分布，針對(duì)產(chǎn)生的原因采取有效措施，防治雜散電流。⑷防止摩擦和撞擊點(diǎn)火隨著隧道機(jī)械化程度的日益提高，機(jī)械摩擦、沖擊引燃瓦斯的危險(xiǎn)性也相應(yīng)增加。防止摩擦和撞擊火花的主要措施有：在摩擦發(fā)熱的裝置上安設(shè)過(guò)熱保護(hù)裝置和溫度檢測(cè)報(bào)警斷電裝置；在摩擦部件的金屬表面，附著活性低的金屬，使其形成的摩擦火花難以引燃瓦斯；并在摩擦部件的合金表面涂上苯乙烯醇酸，以防止摩擦火花的產(chǎn)生。工作面遇堅(jiān)硬夾石或硫化鐵夾層時(shí)，不能強(qiáng)行截割，應(yīng)放松動(dòng)炮或弱化處理。定期檢查截齒和其后的噴水裝置，保證其正常運(yùn)行。⑸防止明火點(diǎn)燃嚴(yán)禁攜帶煙草、點(diǎn)火物品，嚴(yán)禁攜帶易燃物品進(jìn)入隧道；必須帶入隧道內(nèi)的易燃物品要經(jīng)過(guò)分工區(qū)副經(jīng)理的批準(zhǔn)，并指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)。嚴(yán)禁在隧道洞口周?chē)?0m范圍內(nèi)使用明火、吸煙或用火爐取暖。不得在隧道內(nèi)和隧道洞口20m范圍內(nèi)從事電氣焊作業(yè)。嚴(yán)禁在隧道內(nèi)存放汽油、煤油、變壓器油等，隧道內(nèi)使用的棉紗、布頭、潤(rùn)滑油等必須放在有蓋的鐵桶內(nèi)，嚴(yán)禁亂扔亂放或拋在隧道內(nèi)。⑹防止其它火源隧道火源的出現(xiàn)具有突然性。在工作場(chǎng)所，由于機(jī)械作業(yè)和金屬材料的大量使用，很多情況下撞擊、摩擦等火源難以避免，這些地點(diǎn)的通風(fēng)工作就顯得更為重要。但是，對(duì)災(zāi)害區(qū)域、封閉的瓦斯積聚區(qū)域，必須采取措施防止點(diǎn)火源的出現(xiàn)。止匕外，地面的閃電或其它突發(fā)的電流也可能通過(guò)隧道管道進(jìn)入這些可能爆炸的區(qū)域而引燃瓦斯。因此，應(yīng)當(dāng)截?cái)嗤ㄏ蜻@些區(qū)域的鐵軌、金屬管道等。加強(qiáng)瓦斯的檢查和監(jiān)測(cè)⑴隧道內(nèi)各處允許的瓦斯?jié)舛戎导俺迺r(shí)的措施

《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定各處允許瓦斯?jié)舛鹊南拗导俺迺r(shí)應(yīng)采取的措施，詳見(jiàn)表1。表1 瓦斯隧道內(nèi)各處允許的瓦斯?jié)舛戎导俺迺r(shí)的措施地點(diǎn)允許瓦斯?jié)舛龋ǎィ┏^(guò)允許濃度時(shí)必須采取的措施總回風(fēng)<0.75項(xiàng)目總工程師立即調(diào)查原因、進(jìn)行處理并報(bào)告局總工程師工作面回風(fēng)流W1停止作業(yè)，由項(xiàng)目總工程師負(fù)責(zé)采取有效措施進(jìn)行處理工作面風(fēng)流中<1停止電鉆打眼，采取措施<1.5停止工作、切斷電源，進(jìn)行處理工作面?zhèn)€別地點(diǎn)<2立即進(jìn)行處理，附近20m內(nèi)停止進(jìn)行其它工作使用機(jī)械掘進(jìn)的工作面局部積聚＜2附近20m內(nèi)必須停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，并切斷電源進(jìn)行處理，只有乩斯?jié)舛冉档?%以下時(shí)，才允許開(kāi)動(dòng)機(jī)器放炮地點(diǎn)附近20m以內(nèi)風(fēng)流中<1禁止放炮電動(dòng)機(jī)附近20