瓦斯隧道施工引發瓦斯爆炸的隱患及預防對策

摘 要：以袍子嶺隧道成功穿越煤層瓦斯富含地段的施工實踐為例，探討了煤系地層隧道掘進爆破引發瓦斯爆炸災害的原因、預防措施，并從瓦斯測定、開挖、爆破技術等措施上提出了見解。

關鍵詞：瓦斯隧道；施工；瓦斯爆炸；預防措施

中圖分類號：F287.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2007）09-0294-02

1 對隧道穿越煤層瓦斯地段的總體開挖施工措施

在袍子嶺隧道穿越煤層瓦斯地段的掘進爆破施工中，總的原則是“早封堵、短進尺、多循環、快封閉”，防止有害氣體的溢出。

在隧道剛進入瓦斯地層時，采用的是全斷面一次開挖法，以求達到迅速鉆眼、爆破、噴射混凝土實現及時封閉的效果。實際上在進入煤層7m處，隧道掌子面正常爆破時，由于瓦斯、一氧化碳等有害氣體大面積突溢，發生瓦斯氣體燃燒，燃燒面積達5.8m3。隨即啟動應急預案，在10分鐘內迅速完成人員和設備的撤離，并封閉洞口，防止了更大事故的發生。分析原因：隧道開挖掌子面前方為樂平煤系構造的破碎巖層，貫通節理、孔隙；一次開挖斷面面積過大，煤層裸露面積大，封閉時間長；采用壓入式通風，容易在爆破掌子面形成回風流，造成突溢瓦斯局部濃度上升。

預防對策：通風，使用正洞壓入式通風，平行導坑在橫通道處采用局部抽出風式通風，形成進風巷與回風巷，避免回風流的產生，防止瓦斯的局部積蓄；掘進方法上，由原來的全斷面一次開挖法改為側壁導坑法開挖，即把60m²的開挖斷面面積改為兩個30m²的開挖斷面面積錯臺5m開挖，以減少瓦斯溢出的直接接觸面積；爆破通風后，出渣前，連開挖掌子面也及時地進行噴射混凝土封閉；開挖掌子面前方采用細水泥沙漿（必要時摻入一定量的水玻璃漿液）進行全斷面（有80環形外飄角）帷幕注漿預固結樂平煤系構造的破碎巖層、貫通節理、孔隙，阻斷瓦斯溢出孔道；加速二次混凝土襯砌與掌子面的跟進距離，跟進距離控制在20m以內，在隧道一、二次襯砌間加設全封閉隔氣板；初期支護、二次襯砌采用密性混凝土(不透氣性比普通混凝土高1000倍)，以杜絕已襯砌隧道段的瓦斯泄漏。

在袍子嶺隧道后來成功穿越DK213+948～ DK214+150瓦斯段的隧道施工與瓦斯濃度的測定數據證明：這是一套安全、迅速穿越煤層瓦斯富含地段的隧道掘進工法。

2 瓦斯濃度的測定、控制技術措施

根據袍子嶺隧道煤壁瓦斯涌出規律，為了準確測定、控制瓦斯濃度，在隧道越煤層瓦斯地段的掘進爆破施工中，探討制定了實施性的瓦斯濃度測定、控制預防對策。

對瓦斯濃度的測定，實際采用8臺光干涉瓦斯檢測儀（KG9701）和一臺高精度光干涉瓦斯檢測儀。測定瓦斯濃度點，設在隧道風流的上部進行，距離煤壁200mm處。即將光干涉瓦斯檢測儀（KG9701）的二氧化碳吸收管進氣口置于隧道風流的上部邊緣進行采氣，連續測定三次，取其最大值。爆破后定期測定各測點的風量和瓦斯濃度。2004年3月27日與4月2日，袍子嶺隧道實際掘進與瓦斯濃度采集數據(見表1)。

從袍子嶺隧道實際掘進與瓦斯濃度采集數據表中也可以證明：前面采用的側壁導坑法及其采取相應預防瓦斯的對策是十分必要的。

袍子嶺隧道實際掘進與瓦斯濃度采集數據檢測結果采用測量結果的最大值（ρ）來繪制質量控制圖。按每次測取連續三個掘進循環的18個數據計算，繪制袍子嶺隧道實際瓦斯質控圖(見圖2)。

以ρ為啟動瓦斯濃度通風線，其中ρ=0.5（瓦斯濃度體積百分比）；以ρ±1m繪制瓦斯加強通風線，其中ρ=0.75（瓦斯濃度體積百分比）；以ρ±2m繪制瓦斯報警線，其中ρ=1.0（瓦斯濃度體積百分比）；以ρ±3m繪制瓦斯控制線，其中ρ=1.25（瓦斯濃度體積百分比）；當ρ=1.5時（瓦斯濃度體積百分比），必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進行處理。

袍子嶺隧道實際瓦斯質控圖中：當質控圖各組成參數規定后，按測算結果的順序點插入圖中相應位置。它反映了儀器測量結果與真值的符合程度，快捷可靠，明了直觀，便于各層瓦斯濃度控制人員操作控制，據此指導調整通風系統，選定機械性能及確定施工技術組織措施。

3 瓦斯隧道爆破施工的技術對策

(1)炸藥，雷管的控制。

炸藥爆炸產生的空氣沖擊波、熾熱的固體微粒和爆炸生成的高溫氣體可能引爆瓦斯，變質的炸藥因爆炸不完全而產生游離氧、氧化氮、一氧化碳等不良氣體可以縮短瓦斯氧化的感應期而起催化作用；普通巖石炸藥爆炸后其所含的鋁、鎂等金屬粉末的增溫作用很大，超過瓦斯的最小點燃能量和長于感應期，能引發瓦斯爆炸。因此，在袍子嶺隧道實際爆破中選用煤礦許用安全炸藥，禁止使用普通巖石炸藥，更不能使用變質炸藥。

雷管的起爆能不足，將導致炸藥爆炸不完全產生不良氣體；如雷管的延期時間過長，超過130ms，更容易引起爆炸。在瓦斯環境中必須選擇符合部頒標準的煤礦許用電雷管，即選用適應各級瓦斯濃度等級的毫秒延期電雷管第一系列的前五個段和第二系列的前九個段。而且一次爆破中，只能用同廠、同批生產的雷管，并逐個作全電阻檢查，電阻差不應大于0.25Ω。禁止在瓦斯環境中使用火雷管和非電塑料導爆管。

(2)掘進爆破的鉆眼、堵塞技術對策。

在中隔墻法施工瓦斯隧道中，鉆眼采用濕鉆，嚴禁采用沖擊鉆或干鉆。炮孔的堵塞質量對提高爆破效率，減少有害氣體和防止炸藥爆炸時火花包泄起很大作用，因此，裝藥完畢必須充填符合安全要求長度的泡泥，并搗實。實際用1︰3的泥沙混合泡泥，濕度為18~20%。這種泡泥既有良好的可塑性，又具有較大的摩擦系數，炮孔深度超過1m時，要求堵塞長度不小于0.3m。對起爆母線、支線、端線和腳線的使用按煤礦炮采時爆破的要求進行了控制。

(3)起爆電源和網絡聯接方式的技術對策。

起爆電源在含瓦斯的隧道環境中爆破，通電時間必須小于6ms，使用線路電源放炮，由于無法控制通電時間，電路被炸斷時可能產生電火花，引爆瓦斯。因此只能采用MFBB型煤礦發爆器作為起爆電源。

發爆器的鑰匙必須由爆破工隨身攜帶，嚴禁插在發爆器上或轉交他人；有煤塵與瓦斯爆炸危險的掌子面，嚴禁同時使用兩臺發爆器；串聯電路受母線電阻的影響不大顯著，需要的總電流小，符合發爆器起爆的特點，在含瓦斯的隧道環境中使用較安全，但是串聯網絡聯接時的起爆雷管個數在100發以下，這也是前面開挖方法中采取小斷面開挖的措施之一。因此袍子嶺隧道爆破采用串聯起爆網絡，要求各接頭密貼、結實，并用電工膠布將接頭處包裹嚴實。網絡聯接方式見串聯電爆網絡(見圖3)。

1-電源，2-導線，3-雷管

(4)起爆技術對策。

側壁導坑法開挖中的左右側導坑必須留5m的錯臺，而且必須防止左右側導坑出現一次裝藥分次爆破的操作發生。因為先爆炮孔使末爆炮孔周圍產生較大的裂隙，同時，瓦斯含量升高，局部通風死角的瓦斯濃度在短時間內不能降致安全范圍，后爆孔的炸藥爆炸產生的火焰從裂隙中噴出，可能引爆瓦斯，所以左右側導坑的鉆眼爆破工序應相互錯開。單側導坑的爆破，要嚴格執行一次裝藥一次起爆，并在爆破前檢查距掌子面20m內的瓦斯濃度，對不符合袍子嶺隧道實際瓦斯質控圖二中瓦斯控制線的規定，即當ρ≥1.5時（瓦斯濃度體積百分比），不允許爆破。

(5)爆破中控制空氣沖擊波及其輔助技術對策。

由于爆破激起的空氣沖擊波的溫度和壓力都很高，但作用時間較短，不能將瓦斯加熱到爆發溫度，可是空氣沖擊波經過反復迭加，則有引起瓦斯爆炸的危險。因此，掘進掌子面不得有阻塞斷面三分之一以上的物體，隧道中的鑿巖臺車、裝載機、運輸機等大型機械在爆破前應退離到距掌子面后20m以外。

在瓦斯隧道中要求供電系統、照明系統及設備符合《煤礦安全規程》規定外，工作人員不允許穿化纖衣服進入隧道，化纖衣服與人體摩擦產生并積聚一定量的電荷，也可能引爆雷管和瓦斯。

參考文獻

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