土木工程結構試驗與量測技術課程設計方案-模擬隧道施工技術中的災害

目錄ＴOC\o"1—3”\h\z\uＨＹPEＲLINK\ｌ"＿Tｏｃ３2７1０86６7"一、有關瓦斯知識 PAGEREＦ＿Tｏc3２7１08667\h2HYPERLＩNＫ＼ｌ"＿Ｔoc32710８66８"1.定義?PＡGＥREＦ_Toc32７１0８668\ｈ2HYPEＲLＩNK\l＂_Ｔoc3２7１０８６６9"2．瓦斯生成、成分及性質(zhì)?PAGERＥF_Toc327１08６69\ｈ2HYPＥRLＩNK\l"_Ｔoc３２71０８670＂3

廣義瓦斯的主要成分?ＰＡGEREＦ_Tｏc3２71０8670\ｈ2HYPＥＲLINＫ\l"＿Ｔoc32７1０８6７1”４．瓦斯爆炸與燃燒 ＰAGEＲＥF_Ｔoc327１08６71\h３HYPＥRLIＮＫ＼l"_Ｔoc３２71０86７２”二、瓦斯隧道幾種災害?PAGＥREＦ_Ｔoc327108６72\h3HYPERLＩNK\l＂＿Toc327１０86７3”三、低瓦斯隧道安全施工技術 PAＧEＲEF_Toc3271０8673\h4HYPEＲLＩNK＼ｌ＂_Ｔoc３2７１０8６７4”１.搞好低瓦斯隧道安全施工的重要性 PＡGEREF_Ｔｏｃ3２710８６74＼h4HYＰＥRLINＫ\ｌ＂_Toｃ３2710８6７5＂2.低瓦斯隧道災害事故種類 PＡGEREF_Tｏc327１０８67５＼h5HＹPＥRLINK\ｌ＂_Ｔoc3２７１08676”3．瓦斯?jié)舛裙芾順藴?PＡGEREF_Ｔoｃ32710８６7６\h5HYPＥRLINＫ＼l＂＿Ｔｏc3271０8677”４。洞內(nèi)易引起瓦斯爆炸的危險地點?PAGＥＲEF_Toc３2７1０８677＼h5ＨYPEＲLINK＼l"_Toｃ32７108678＂5．瓦斯檢測?PAGERＥF＿Ｔoc32７１０8678\h6HYPERＬINK\l”_Toc3２7108６7９＂6。關于瓦電閉鎖和風電閉鎖?PＡGＥＲEＦ_Ｔoc３2７１0８６79＼ｈ7ＨYPＥRＬINK\ｌ”_Toc327108６80＂９.燈具及電纜 PAGＥRＥF＿Toc327１08680\ｈ8HYPERLINＫ\l"_Toc３2７108６8１”1０．施工通風 PAＧERＥF＿Ｔoｃ3２７10８681\h８HYＰERLINＫ\l"_Ｔoc327108６82＂１1．電源?ＰAGEＲEＦ＿Ｔｏｃ327108６82\h8HYPＥRLIＮK\ｌ＂＿Toc３271０8683”1２.支護施工 ＰAGＥＲＥF＿Toc32710８６８３\ｈ9HＹPERLＩNK\l”_Toc327１0８６８4＂１3.其它 ＰAGEREF_Tｏc3271０8６8４＼h９HYＰＥRLINＫ＼l”_Toc３2７10868５"四、瓦斯隧道設計、施工的有關規(guī)范及參考資料?ＰAＧEＲEF_Toc32710868５\h9?——結構實驗與量測技術8/10一、有關瓦斯知識1。定義廣義——凡從圍巖或煤層滲入隧道的有害氣體,均稱為瓦斯。其主要成分為甲烷（沼氣CH４）、二氧化碳（CＯ2）、氮氣(N２)，還有少量的硫化氫（Ｈ2Ｓ）、一氧化碳（CO）、氫氣（H２）、二氧化硫(SO2）及其它碳氫化物和稀有氣體。狹義——單指甲烷（CH４）,包括煤層甲烷和石油甲烷。

2。瓦斯生成、成分及性質(zhì)瓦斯成分：植物及其它生物在高溫缺氧條件下，有機物化學分解生成瓦斯。在植物變成煤的過程中，隨著煤的變質(zhì),生成的瓦斯越來越多。其過程是：泥炭→褐煤→無煙煤

化學反應式：纖維素甲烷二氧化碳水煙煤4Ｃ6Ｈ1０Ｏ5-－－－—微生物7ＣH4↑+8CＯ2↑＋３H２O+C９Ｈ6Ｏ

煙煤無煙煤甲烷水３C9H6Ｏ－--２Ｃ１3H4+ＣH4↑+3H2Ｏ3

廣義瓦斯的主要成分四部分組成：（1)沼氣(CH４)及同系物，H２,H2Ｓ等可燃氣體；（２)ＣO、NO、H2Ｓ、ＮH3含硫氣體、乙醛等有毒氣體；（3）CO2、Ｎ2、Ar（氬氣)等，基本上為化學不活潑的惰性氣體;（4)Rn(氡)、Tｎ（釷）、Ac(錒)等放射性氣體；上述四部分中沼氣（CH4）是最主要成分，其它氣體含量極少。

4。瓦斯爆炸與燃燒（１）瓦斯爆炸及燃燒先決條件：適當?shù)臐舛?；火源；氧濃度。瓦斯爆炸化學反應式：ＣＨ4+2O2→CＯ2＋Ｈ2O+１9８．4千卡/克分子1份瓦斯＋2份氧時反應最充分，但在空氣中含氧僅20％，所以１份瓦斯+１0份空氣反應最充分所以，最猛烈的瓦斯爆炸發(fā)生在瓦斯?jié)舛?∶11時,即9．１％（說明:瓦斯燃燒點、爆炸點與空氣中氧濃度,火源溫度有關，上圖只是一般的通常值）二、瓦斯隧道幾種災害瓦斯隧道施工時,可能發(fā)生7種災害：（１）煤與瓦斯突出——在地應力和瓦斯壓力的共同作用下，很短的時間中破碎的煤、巖和瓦斯從洞壁突然拋出,伴有猛烈的聲響和巨大的動能，同時釋放出大量的瓦斯。有時伴隨瓦斯爆炸，造成二次破壞.“突出”事故的傷亡和損失一般都是很滲重的。（2）煤突然傾出-—在重力作用下松軟的煤層突然坍下,同時有大量瓦斯釋放，坍下的煤以煤塊形式堆積。(3)煤突然壓出——一部分煤在構造應力或放炮振動影響下，整體拋出，但位移距離不大，壓出的煤或呈小塊狀，或呈有大量裂隙的大塊狀。(４）巖石與瓦斯突出——原因與煤與瓦斯突出相似，有時還加上掘進放炮的的振動作用。大多數(shù)發(fā)生在破碎的砂巖中，放炮時，發(fā)生巖石破壞，拋出的現(xiàn)象，在拋出的砂巖巖塊中含有大量的砂粒和粉塵，洞壁上形成空洞（不一定與爆破洞穴同一位置）,與此同時,洞內(nèi)瓦斯大量增加。(5）瓦斯爆炸——達到爆炸濃度的瓦斯（一般在5%~1６%之間）與火源接觸（一般需要512℃以上），并且坑道內(nèi)有氧氣存在（含量12％以上)，就會發(fā)生猛烈爆炸,有時會造成大量傷亡.(6）煤塵爆炸——當煤質(zhì)中揮發(fā)物占總可燃物(固定炭加揮發(fā)物）1０%以上，且形成的小顆粒煤塵懸浮在空氣中，當空氣中煤塵含量較多(３0g／m３以上），遇７00℃以上的火源,即會發(fā)生煤塵爆炸,煤塵爆炸的后果比瓦斯爆炸更嚴重，因為煤層爆炸會產(chǎn)生大量一氧化碳（CＯ）使人中毒，很多人不是炸死而是被毒死。(７)巷道坍塌--煤系地層除少數(shù)外,大多數(shù)強度很低，尤其是煤中的軟分層，用手即可捻成粉碎，所以巷道穩(wěn)定性差,容易產(chǎn)生坍塌事故。名詞瓦斯涌出：掘進放炮以后,瓦斯從洞壁暴露面，從爆下的巖塊和煤塊中均勻釋放的現(xiàn)象。（在鄰近煤層的掌子面附近經(jīng)常有瓦斯涌出。）瓦斯噴出:在20ｍ長的巷道范圍內(nèi)，從洞壁裂隙、孔洞或炮眼中涌出大量瓦斯,當噴出強度達到１m3/min，噴出時間8h以上時，稱之謂瓦斯噴出。三、低瓦斯隧道安全施工技術１．搞好低瓦斯隧道安全施工的重要性（1)低瓦斯隧道在鐵路和公路的瓦斯隧道中,數(shù)量最多、比例最大;(2）低瓦斯隧道中瓦斯涌出量小,洞內(nèi)瓦斯?jié)舛鹊?有時甚至量不出來.不論設計方還是施工方，容易忽視；（３）鐵路規(guī)范規(guī)定,低瓦斯隧道不要求使用防爆的機具和電氣設備,很多人以為與普通隧道沒有區(qū)別；(4）低瓦斯隧道一般不會出事故、在南昆線以后，內(nèi)昆、水柏、渝懷等很多鐵路的低瓦斯隧道都正常施工,沒有出事故，已經(jīng)產(chǎn)生了麻痹思想,但低瓦斯隧道搞不好一樣會爆炸,一樣會出事故，有必要強調(diào)它的安全生產(chǎn)重要性,有必要針對低瓦斯隧道的特點研究其安全生產(chǎn)技術.鑒于上述幾點,這次只專門介紹低瓦斯隧道的安全生產(chǎn)技術，至于高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道,由于設計施工方、業(yè)主管理方都很重視，而且在設計上采用專門防爆設備,一般不容易出事故，這里就從略不講了。2。低瓦斯隧道災害事故種類低瓦斯隧道在通過煤系地層（即含煤地層,包括煤線、雞窩煤、薄層煤以及煤層前后的含瓦斯巖層-—一般為砂巖、泥巖、頁巖等沉積巖）時，易發(fā)生的事故只有三種:（1)瓦斯爆炸；（2）瓦斯燃燒；（３）巷道坍方。3.瓦斯?jié)舛裙芾順藴实屯咚顾淼乐械耐咚沽侩m然不多，通風不良仍可引起爆炸。由于隧道采用非防爆施工機具，所以低瓦斯隧道對瓦斯?jié)舛鹊墓芾矸浅栏?要求:（1）工區(qū)內(nèi)任何地點、任何時刻的瓦斯?jié)舛炔淮笥?.3%；（2）任何地點瓦斯?jié)舛冗_到０。4%時，應即刻報警，找出原因，及時處理;（3)任何地點瓦斯?jié)舛瘸^0。５%,應在前后２0ｍ范圍內(nèi)立即停工,切斷電氣設備電源，查找原因并加強通風，觀測濃度變化；（4)開挖面瓦斯涌出,且濃度超過0。5％時，掌子面至二次模筑襯砌起點之間立即斷電、停工撤人，如加強通風后濃度仍降不下來，則全工區(qū)停電撤人立即研究處理辦法.(兩個方案:a、如瓦斯涌出強度超過0。5m3/miｎ,改按高瓦斯工區(qū)處理、設備換裝；b、增加通風設備,加強通風，等待瓦斯涌出衰減)。４。洞內(nèi)易引起瓦斯爆炸的危險地點（１)煤層附近的掌子面瓦斯是由煤層中散發(fā)出來的，由于接近煤層的巖石存在裂隙，所以煤層前后50m范圍的巖石巷道,都可能有瓦斯涌出,特別是掌子面新暴露的煤面和巖石，瓦斯壓力大,涌出量也大。(２）拱頂坍穴一旦發(fā)生坍方,地層裂隙中的瓦斯大量逸出，由于瓦斯的空氣輕,拱頂以上的坍穴中往往積累大量瓦斯,而且坍穴是通風死角,所以瓦斯?jié)舛却?而且不容易發(fā)現(xiàn)(一般不上去檢測).(3）拱頂以下30～4０cm范圍據(jù)有關資料，當隧道內(nèi)風速較低時,較輕的瓦斯往往貼在拱頂下部形成斷斷續(xù)續(xù)的滯留層,每個滯留層層厚20cｍ左右,寬度為２～3m,長度為1０~15m，滯留層瓦斯?jié)舛仍诘撞浚玻?頂部可達到1０%.（４)巷道轉(zhuǎn)角由于巷道轉(zhuǎn)角處風速較低，容易積累高濃度瓦斯。（5)避人洞、避車洞、橫通道這些地方是獨頭巷道,或者雖不是獨頭巷道但風速很低，也易積累瓦斯。(６）停留的大型設備背風處長時間停留的裝碴機、模板臺車背后往往有通風死角,瓦斯?jié)舛纫矔容^高。上述危險地點要加強瓦斯檢測，一旦發(fā)現(xiàn)濃度超標（0.4%），應采取局部通風方式,沖淡瓦斯。如:設置局扇、設置風動或水力引風機(如QF—5型、YR-10１型）、采用康達型高壓風管等。５.瓦斯檢測(1）瓦斯檢測設備瓦斯自動斷電報警器（如：AＷＪ－６型);便攜式瓦檢儀（光干涉如：SWＪ-Ａ型、催化型如AZJ—９1型);凡重要地點（如開挖面、煤層附近、襯砌臺車前方等），人員難于攀登地點（如坍穴頂部)，均應設置自動斷電報警器的探頭。(2）檢測地點開挖工作面風流中；未成洞段及已成洞段的拱頂下沿；襯砌臺車前方;塌方、凹陷、裂隙、風流死角;地質(zhì)破碎、地層變化、溶洞；進洞汽車、裝碴機車頭上(機頭上固定設置瓦測儀）；停放的大型設備后方風流死角;洞內(nèi)電焊地點;洞電通風機、電機及開關附近；避人車洞、橫通道內(nèi);其它通風不良處（3）檢測頻率開挖面在打眼后,放炮前、放炮后各檢測一次（即“一炮三檢測”）；其余時間及地點每班至少2次;有異?，F(xiàn)象時每小時1次;特殊情況時應旁站不間斷量測。(４）檢測設備標定及檢修每5天校正便攜式報警器或瓦斯傳感器（探頭）一次;每7天校正瓦斯自動斷電報警器一次;每1５天校正光干涉瓦斯測定儀一次；每天應對照各種不同類型瓦檢儀表讀數(shù)，其誤差不應超過允許值。每次通過煤層，應測量總回風風速及瓦斯?jié)舛?計算出洞內(nèi)瓦斯涌出總量（其它時間每月至少測量一次），并重新判定工區(qū)的瓦斯等級。6.關于瓦電閉鎖和風電閉鎖在設計時判定隧道是否屬于低瓦斯隧道的依據(jù)是地質(zhì)勘察資料,但由于技術水平和設備限制,地質(zhì)工作往往存在或大或小的誤差。為了確保隧道開挖時即使突然出現(xiàn)大量瓦斯,仍不會發(fā)生爆炸事故。在隧道中安裝“兩閉頻"是非常必要的，所謂“兩閉頻”即“瓦電閉鎖”和“風電閉鎖".“瓦電閉鎖”—-前已述,洞內(nèi)重要位置均應布置探頭，長期不間斷監(jiān)測瓦斯。當探頭測得風流中瓦斯?jié)舛瘸瑯藭r,可立即自動啟動斷電報警器，切斷規(guī)定范圍的電器設備電源，并產(chǎn)生聲光報警?！帮L電閉鎖”-—當隧道內(nèi)通風機由于某種原因不能運轉(zhuǎn)供風時，自動切斷停風區(qū)全部電氣設備電源。9.燈具及電纜根據(jù)《鐵路瓦斯隧道技術規(guī)范》８。1.1條,低瓦斯工區(qū)的電氣設備和作業(yè)機械可使用非防爆型,但對于照明燈具,又規(guī)定采用防爆型(８．3．３條)，似乎有些矛盾。據(jù)在一些隧道實地觀察,覺得可以這樣處理:（1)靠近掌子面的未成洞地段，是洞內(nèi)瓦斯?jié)舛茸罡叨温洌瑧捎肊XＤＩ型礦用防爆照明燈，防止掌子面掘進時突然涌出大量瓦斯，發(fā)生事故。(２）已成洞地段,瓦斯已封閉，襯砌中溢出瓦斯量甚少，可采用一段非防爆燈具，但在成洞地段地點的起點（模板臺車前方），應設置瓦電閉鎖探頭,一旦瓦斯?jié)舛瘸瑯?，應立即切斷燈具電源?3)洞內(nèi)高壓和低壓電纜規(guī)格,應按規(guī)范辦理，電纜芯線與電氣設備連接必須使用齒形壓板或線鼻子；（4）工地移動照明，應采用礦燈，或防爆應急燈。10.施工通風低瓦斯工區(qū)可以用獨頭巷道風管壓入式通風,也可以用巷道式通風。當采用巷道式通風時，開挖面附近還應布置局扇(壓入式）。目前射流風機常常作為隧道通風的輔助風機，比如:布置在掌子面附近防止瓦斯停留(因壓入式通風管端部常常距開挖面太遠)，布置在橫通道內(nèi)作為主風機形成巷道全風壓風流.洞內(nèi)風機及開關應使用防爆型。11.電源低瓦斯工區(qū)不要求設置兩套互為獨立的供電系統(tǒng)，但主通風機應有二路電源,直接由變電所饋出并來自不同變壓器,當一路停電時，另一路在１5min內(nèi)接通供電。1２．支護施工巷道開挖暴露煤層后，應盡快施作錨噴初期支護，用摻氣密劑的噴砼覆蓋煤層和有瓦斯涌出的巖面、噴砼厚度不小于1５cm。當巷道變形噴砼表面出現(xiàn)開裂，還應進行補噴、補噴厚度至少５cm.當洞壁噴砼不能有效減小瓦斯溢出時,可采用：(１)對洞壁徑向注漿，封堵瓦斯?jié)B漏通道(用Ｃ－Ｓ漿，注漿厚度3m