淺談油氣田區特長地鐵隧道瓦斯監測與檢測技術

郭 有 余， 張 鐸， 馮 南 波

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 工程概況

成都地鐵18號線龍泉山隧道位于天府新區站～三岔湖站區間，為穿山越嶺隧道，采用雙洞分修方案(線間距30 m)，礦山法施工，隧道區域為龍泉山油氣田分布區域瓦斯隧道。筆者結合該工程，對油氣田區特長地鐵隧道瓦斯監測與檢測技術進行了剖析。

2 瓦斯災害的預測及特點

2.1 瓦斯災害的預測

成都地鐵18號線龍泉山隧道屬油氣田區高瓦斯隧道，開挖油氣田區的高瓦斯隧道具有極高的危險性。油氣田區瓦斯無處不在，因有斷層、節理帶存在，易有瓦斯溢出。

2.2 瓦斯災害可能發生的原因和位置

2.2.1 可能發生的原因

瓦斯爆炸的主要原因是由于瓦斯積聚、通風不當所致。一方面，爆破作業后瓦斯溢漏面急劇增大，洞內通風條件差，瓦斯濃度最易升高；另一方面是瓦斯突涌。

其他引起爆炸的原因有電力線短路、電氣焊防火不當以及車輛、機械設備保養不及時等產生火花而引起爆炸。

2.2.2 可能發生的位置

隧道主要采用臺階法施工，由人工手持風鉆鉆爆開挖和模板臺車進行二次襯砌，因此爆破后未支護的斷面及模板臺車附近最容易形成瓦斯積聚，發生爆炸的可能性最大；另外，坍塌、超挖形成的空腔，錯車道、隧道洞室等容易形成瓦斯積聚。

3 瓦斯的監測及檢測

3.1 瓦斯的監控要求

(1) 瓦斯隧道施工期間，項目部成立了專門的瓦斯檢測系統，該系統由自動監控、人工監控及第三方檢測系統組成并作為施工工序管理，由現場施工負責人主管，該系統主要測定氣象、瓦斯濃度、風速、風量等參數。

(2) 壓入式通風機必須裝設在洞外或洞內新鮮的風流中，避免污風循環。瓦斯工區的通風機應設兩路電源并應裝設風電閉鎖裝置。當一路電源停止供電時，另一路應在15 min內接通，以保證風機正常運轉。

(3) 隧道正洞安裝全斷面超前探測設備，超前探孔孔徑為89 mm，單孔長度為30 m，搭接長度不小于5 m，沿拱墻等間距布置5個探孔，探孔位于開挖邊線內20 cm處；并在超前探孔處設置監測點，以檢測是否有有害氣體涌出，若探測到有害氣體，應根據記錄確定有害氣體涌出的位置。

(4) 瓦斯檢測地點及范圍：

①開挖工作面風流、回風流中，爆破地點附近20 m內的風流中及局部塌方冒頂處。

②坑道總回風的風流中。

③局扇及電氣開關前后10 m的風流中。

④各種作業臺車和機械附近20 m內的風流中。

⑤電動機及其開關附近20 m內的風流中。

⑥隧道洞室中，如變電所、水倉等瓦斯易于積聚處。

⑦錯車道位置及襯砌端頭。

⑧接近地質破碎帶處。

⑨電焊作業、防水板焊接及坍方處等特殊工序部位。

3.2 監測方案

結合該隧道高瓦斯特點，采用人工監控與自動監控相結合，在掌子面頂部、模板臺車頂部的上隅角設置便攜式甲烷檢測報警儀，在檢測到瓦斯濃度≥0.5%時應立即報警，切斷作業區電源，工人停止作業并撤出作業人員。設風速傳感儀，對于回風處風速小于1 m/s時停止作業并檢查原因。對需人工檢測的部位，應保證每120 min檢測一次；遇突發或異常情況需隨時監測。在洞口測風站配備手動式測風儀，定期測定回風巷的風流速度。當風流速度變化時，及時找出原因，采取措施。

3.3 自動監控系統

瓦斯自動監控系統使用KJ自動監控系統，其探頭懸掛位置應能反映隧道風流中瓦斯的最高濃度。在檢測到瓦斯濃度≥0.5%時報警，隧道自動斷電報警系統為聲、光連動形式，瓦斯濃度≥1%時切斷電源并實施瓦電閉鎖。

(1) KJ系統結構。

該系統主要由三部分組成：

①地面中心站。地面中心站是整個系統的大腦，主要用于設置、實時顯示并存儲隧道的環境參數。地面中心站主要由監控主機、系統軟件、數據傳輸接口和其它計算機周邊設備組成并包含防雷設備。

②隧道分站。分站的作用主要是為傳感器提供電源并接收傳感器的數據，將數據通過通訊線路傳輸到地面主機。分站有大、中、小三種類型，以方便用戶根據需要進行選擇。

③傳感器及控制器。傳感器主要用于采集隧道的環境參數。控制器是系統斷電的執行器，在異常情況下接收分站發來的斷電信號，切斷隧道的工作電源，防止意外事故的發生。

(2) 系統工作原理。

該系統主要用于采集隧道中的甲烷濃度、一氧化碳濃度及風機運行等參數，在地面機房進行24 h不間斷監測；并在以上參數異常的情況下自動報警、切斷工作電源，以達到隧道安全生產的目的。

(3) KJ隧道施工環境監測系統的布置。

①中心機房設在隧道口的監控值班室，機房設備有監控主機、數據接口、電源避雷器、UPS電源和主機配KJ監控軟件。為了更好地保護監控設備，在監控中心機房和隧道口各設信號避雷器一臺。

②傳感器的布置。

在隧道掌子面分別設3臺甲烷傳感器、1臺一氧化碳傳感器和1臺硫化氫傳感器，各二襯臺車端頭設計有1臺甲烷傳感器、1臺風速傳感器、1臺溫度傳感器，在防爆開關處設計有斷電儀，在洞口(或值班室)設1臺聲光報警器。隨著隧道的延伸，瓦斯段隧道每400 m增加1臺甲烷傳感器和1臺一氧化碳傳感器(含硫層再增加1臺硫化氫傳感器)。

根據傳感器的數量和種類，配置大型分站2個，分站應安裝在便于工作人員觀察、調度、檢驗、支護良好、無滴水、無雜物的地方，其距離地面的高度不應小于0.3 m，并加墊木或支架固定。

3.4 人工檢測

人工監控采用便攜式瓦斯檢測報警儀和光干涉甲烷測定儀。

人工檢測地點及范圍：

(1)開挖工作面，風流、回風流中，爆破地點附近20 m內的風流中及局部塌方冒頂處；

(2)局扇附近10 m內的風流中，電動機及開關附近20 m內的風流中，各種作業臺車和機械附近20 m內的風流中；

(3)坑道總回風流中，平導與正洞的橫通道；

(4)錯車道的位置、襯砌的端頭、二襯臺車及掌子面頂部等瓦斯易聚集部位；

(5)接近地質破碎帶處。

4 結 語

目前，國內對于油氣田區瓦斯隧道施工技術的研究還停留在初級階段，加強油氣田區高瓦斯隧道致災機理與瓦斯監測與檢測技術的研究對于填補該領域技術空白、保證安全施工已刻不容緩。