瓦斯隧道機械設備改裝

廖 波

(中鐵二局股份有限公司，四川成都610031)

1 瓦斯的危害

瓦斯是成煤過程中的一種伴生氣體，是以甲烷(CH4)為主的有毒、有害氣體的總稱。它無色、無味，比空氣輕，有很強的擴散性。

(1)瓦斯窒息：甲烷本身無毒，但在空氣中濃度較高時，就會相對降低空氣中氧氣，當濃度達到 57 %時，氧氣濃度就會降到9 %，這時人置身其中，短時間內就會因缺氧窒息而死亡。

(2)瓦斯的燃燒和爆炸：當瓦斯與空氣混合達到一定濃度時，遇到高溫火源就能燃燒或發生爆炸。瓦斯爆炸事故是瓦斯隧道五大自然災害之首。瓦斯爆炸必須具備3個基本條件：瓦斯濃度達到5 %～16 %；點火溫度達到650～750℃；空氣中的氧氣含量不低于12 %。瓦斯爆炸產生的危害主要表現在三個方面：高溫(爆炸時產生的瞬時溫度在1 850～2 650℃)；高壓(高溫引起氣體壓強驟然增大，爆炸后的壓強約為爆炸前的10倍)；有毒有害氣體(爆炸后產生大量有害氣體，特別是一氧化碳)。

2 瓦斯隧道的特點及施工方案綜述

瓦斯隧道特點富含瓦斯等有害氣體，施工中容易對施工人員、機具造成傷害。瓦斯隧道施工總原則為：控火源，快封閉，防突出，強通風，勤監測。瓦斯隧道施工方案包括通風方案、瓦斯監控及檢測方案、機械設備的防爆改裝方案、供電方案。本文重點闡述瓦斯隧道施工機械設備的防爆。

3 瓦斯隧道機械設備防爆措施

3.1 防爆改裝的目的

以普通內燃機做動力的隧道施工機械(挖裝、運輸、混凝土罐車等)為非防爆型產品，在瓦斯環境中作業時，產生的火花和高溫容易引燃引爆瓦斯，發生瓦斯爆炸事故。因此，機械設備的防爆改裝目的是控制火源。機械設備的火花來源：內燃機運轉時引起的排氣管、增壓器、照明燈具、水箱、機體等高溫可能產生的火花；電氣火花(包括靜電火花)如啟動機啟動的大電流引起電路的各部火花、發電機充電時的電路火花、電瓶端子和燈具的電流火花、各種可能短路或接觸不良引起的電流火花等；機械火花如離合器裝置、制動裝置產生的機械火花。

3.2 防爆改裝方案

機械設備的防爆改裝是針對易產生火花和危險高溫來源的排氣處理系統和電氣系統結構進行了改裝。

3.2.1 動力系統

由防爆柴油機、排氣處理系統、排氣連接管、進氣連接管、進氣箱、水散熱器、空氣濾清器、補水箱組成。具體改裝是將普通柴油機更換為防爆柴油機，啟動方式為防爆電機啟動；在柴油機排氣總管和增壓器廢氣輪殼表面粘結厚度為15 mm的硬硅鈣高溫絕熱材料，以確保該部件表面溫度不超過150 ℃； 內燃機排氣采用了補水箱式廢氣處理裝置和夾層排氣管道或絕熱材料包封措施，同時在廢氣處理箱排氣出口處設置阻火柵欄，使排氣出口處排氣溫度保持在設定值為≤70 ℃的安全范圍內，杜絕排氣火花(圖1)。

3.2.2 電氣系統改裝

由隔爆發電機、隔爆啟動電機、機車照明、防爆蓄電池、防爆啟動開關等組成。具體改造是更換發電機，將原普通發電機更換為隔爆型發電機，把原啟動機(馬達)改為隔爆型啟動機；將蓄電池更換為閥控式免維修鉛酸蓄電池，電網電路中接線處各種操縱開關均安裝于隔爆箱內，與外界完全隔絕；照明、信號等燈具均采用符合國家安全監察局規定的防爆產品；對容易產生靜電積聚的非金屬件采取了抗靜電措施(圖2)。

3.2.3 增設安全系統

由自動保護和瓦斯報警裝置等組成。機器運轉中某一項指標超過安全值時，自動聲報警并自動停機。同時在駕駛室增設了瓦斯報警裝置，瓦斯濃度超過設定值，將自動聲光報警。

3.2.4 機械防爆改裝后技術特征

(1)啟動方式為隔爆電起動;(2)排氣方式為水洗式;

1.防爆照明燈與支架 2.電器防爆開關與支架 3.電氣線路圖 4.監控儀 5.發電機 6.熄火電磁閥與閥板 7.油杯與支架 8.隔爆電起動器 9.熄火油缸與支架 10.橡膠塞 11.離合器透氣柵欄 12.隔爆蓄電池與支架 13.補水箱與支架 14.防爆信號燈與支架 15.廢氣處理箱與支架 16.排氣管 17.排氣波紋管 18.防爆發電機與支架 19.三通 20.監控標與支架

圖1 設備改裝

圖2 電氣系統防爆改造原理

(3)系統電壓為不改變;(4)照明為隔爆燈;(5)排氣溫度為70±2℃;(6)機體表面溫度為150±5℃;(7)冷卻水溫度為95±2℃;(8)機油壓力為設定最低壓力值;(9)柴油機轉速為設定最高轉速值;(10)增壓器及排氣阻力為≤15 kPa;(11)增壓器前進氣阻力為≤3 kPa (清潔濾清器);(12)增壓器前進氣阻力為≤6.3 kPa(較臟濾清器)。

4 結束語

綜上所述，高瓦斯隧道施工主要措施在控制火源并加強隧道通風，同時利用瓦斯自能監測系統對施工中瓦斯濃度進行監控。控制火源除采用防爆電纜、開關外重要的就是對機械設備的防爆改裝，只有有效的控制火源的產生，才能避免在瓦斯濃度超標而發生瓦斯燃燒和爆炸等安全事故。從而減少瓦斯隧道施工中的人員及機械設備等財產的損失。

[1] 國家安全生產監督管理總局.煤礦安全規程[M].煤炭工業出版社，2011

[2] TB 10120-2002鐵路瓦斯隧道技術規范[S]

[3] 鐵建設(2009)62號 關于發布鐵路工程地質勘察規范等44項鐵路工程建設標準局部修訂條文

[4] 中鐵二局股份有限公司,成都理工大學,高瓦斯特長隧道建設關鍵技術研究[P].2009