瓦斯隧道专项施工方案Word文档下载推荐.docx
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TB10204—2002
铁路隧道施工规范
6
TB10049—2004
铁路工程水文地质勘察规程
7
TB10061—1998
铁路工程劳动安全卫生设计规范
8
安监局19号令
防治煤与瓦斯突出规定
1.3工程概况
1.3.1施工特点
梓山隧道开挖断面大,标准要求高,工程地质条件复杂,不同程度地存在顺层偏压、浅埋、岩溶、突水、瓦斯等不良水文地质条件。
梓山隧道有害气体主要为煤层瓦斯。
1.4施工特点
为了确保瓦斯隧道施工安全与质量,防止重大安全事故发生。
通过提前制定瓦斯专项施工方案以应对瓦斯、煤层的出现,及时调整施工方案,确保工程顺利进行。
2.瓦斯基本知识
2.1瓦斯的定义
地下空气的有害气体,根据其危害性及其特性,大致可分为三种类型:
1.可燃烧和爆炸的气体,主要是沼气。
2.具有窒息性气体,主要是二氧化碳。
3.具有毒性的气体,主要是一氧化碳、硫化氢和数量不等的重烃以及其它微量的稀有气体。
上述这些有害气体,在矿井或隧道中总称为瓦斯,由于从煤(岩)层涌出的有害气体主要是沼气,占80℅~90℅,因此习惯地将沼气称为瓦斯。
沼气无色、无味、无毒、难溶于水,比空气轻,遇火即燃烧或爆炸。
铁路瓦斯隧道遇到瓦斯多出现在煤系地层。
瓦斯无色、无味。
但若与其它芬芳族气体混合,则发出类似苹果的香味。
在标准状态下,密度为0.716kg/m3,相对于空气的比重为0.554,因此易积聚在坑道的渗透性高,扩散速度大,约为空气的1.6倍,容易透过裂隙发达,结构松散的岩石。
瓦斯微溶于水,溶解度为3.5℅;
极易燃烧,但不能自燃,当与空气混合到一定浓度时,遇火源能燃烧或爆炸,瓦斯无毒,但其成分中的乙烷,丙烷等气体具有麻醉性,容易使人头晕目眩、头痛,甚至昏迷,瓦斯浓度过高时,相对降低空气中氧气含量能使人窒息。
2.2瓦斯的特性
2.2.1爆炸性
瓦斯本身是不会自燃和爆炸的,但当和空气(氧气)以一定比例混合均匀并达到一定的浓度后,遇到火源,才会燃烧和发生爆炸。
2.2.2渗透性
瓦斯的渗透性极高,扩散速度快,其扩散性较空气高1.6倍,容易透过裂隙发达、结构松散的岩石或煤层,渗透到隧道(或矿井)开挖空间里。
2.2.3不稳定性
瓦斯在煤体和围岩中以游离状态和吸着状态存在。
两种状态的瓦斯是处在不断变化的动平衡中,当温度、压力等外界条件变化时,平衡就被打破。
压力升高温度降低时,部分瓦斯将由游离状态转化为吸着状态,反之,压力降温度升时,又会有部分瓦斯由吸着状态转化为游离状态。
2.2.4窒息性
瓦斯是无毒、无色、无味的,但不适合呼吸。
瓦斯浓度升高,空气中氧气浓度急剧下降,会引起人员窒息。
煤矿许多瓦斯伤亡事故中,有很大部分是瓦斯窒息造成的。
2.3瓦斯爆炸的必要条件
瓦斯爆炸必须具备三个条件:
一定的瓦斯浓度,一定温度的引火源和足够的氧气。
2.3.1瓦斯浓度
瓦斯爆炸之所以产生,是瓦斯氧化反应剧烈发展的结果,如果生成的热量超过周围介质的吸热和散热的能力,即形成热量的积聚,促使氧化进一步发展结果就会酿成爆炸。
瓦斯爆炸是有一定的浓度范围的,在新鲜空气中,当甲烷浓度低于5℅界限时,遇火不爆炸,但能在火焰外围形成燃烧层,此燃烧层呈浅兰色或淡青色;
浓度高于16℅界限时,在遇火源时不爆炸也不燃烧。
一般情况下,瓦斯的爆炸界限不是固定不变的。
当瓦斯中混入某些可燃性气体时,不仅增加了爆炸性气体的总浓度,而且会使瓦斯爆炸的下限降低。
当隧道空气中含有煤尘时,也会使瓦斯的爆炸下限降低,增加爆炸的危险性。
此外,瓦斯混合气体的初温越高,爆炸界限就越大。
所以,当隧道发生火灾时,高温会使原来不具备爆炸条件的瓦斯发生爆炸。
但如有惰性气体混入,可在一定程度上降低瓦斯爆炸的危险性。
少量加入惰性气体可缩小瓦斯爆炸界限,多量加入甚至能使瓦斯混合气体失去爆炸性。
2.3.2引火源
瓦斯爆炸的第二个必要条件是高温火源的存在。
通常,瓦斯的引火温度为650~750摄氏度左右。
明火、煤炭自燃、电气火花、炽热的安全灯网罩、吸烟、甚至撞击或摩擦产生的火花等,都足以引燃瓦斯。
不同浓度的瓦斯引火温度不同、高温也可能引燃低浓度的瓦斯。
由于瓦斯的热容量很大(约空气的2.5倍),当其遇火后并不立即发生反应,需要迟延一个很短的时间后才能燃烧和爆炸,这种现象称为延迟引火现象。
其延迟引火的时间称为感应期,这种现象对隧道的安全生产有着重要作用。
在使用安全炸药进行爆破时,即使爆温高达2000摄氏度左右,但由于爆焰存在的时间极短(通常仅为千分之几秒),也不致将附近的瓦斯引爆。
2.3.3足够的氧气
大量实验证明,当含瓦斯的混合气体中氧浓度降低时,瓦斯的爆炸界限随之缩小,当氧浓度低于12摄氏度时,瓦斯混合气体即失去爆炸性,即使遇到明火也不会发生爆炸。
2.4瓦斯突出
瓦斯突出是施工过程中,发生的一种瓦斯的突然剧烈运动并造成十分巨大的动力效应现象,其机理较为复杂,但破坏性极大,易引起瓦斯爆炸等突发性自然灾害。
通常认为饱含瓦斯的煤层或地质构造,在构造力、地层静压力等的综合作用下积蓄了较大的弹性能量并处于平衡状态,当隧道施工影响造成该平衡状态下瓦斯压力体系的破坏时,巨大的弹性能量和游离瓦斯突然释放,在极短的时间内大量瓦斯混合物喷射到施工空间,造成人员窒息,引起瓦斯燃烧或爆炸。
瓦斯突出与地质构造、瓦斯含量与地层压力等密切相关。
2.4.1瓦斯涌出的形式
普通涌出:
煤系地层或岩层中瓦斯缓慢、均匀、长时间地向坑道内释放,这是瓦斯涌出的基本形式。
瓦斯喷出:
含瓦斯煤系地层的地质破碎带、空洞或裂隙中积存有大量的高压瓦斯,当坑道开挖接近时,瓦斯突然以喷出形式大量释放。
煤岩与瓦斯突出:
存在于地层中具有一定压力的气体和固体混合物,冲破煤岩覆盖层后,大量的煤和岩石被抛出,并释放出大量的瓦斯。
2.4.2瓦斯突出的一般规律
煤岩与瓦斯突出前后,都有地应力、瓦斯和煤岩的地质构造与力学性质的种种异常表现。
归纳起来发生突出有三个主要因素:
地应力、瓦斯和煤岩结构,而地应力和煤岩中瓦斯的存在是引起突出贡献的主要因素。
其突出的一般规律为:
1.突出最易发生在地质构造带及其附近,如断层、褶曲、扭转地带、火成岩侵入区、煤层倾角骤陡、走向拐弯、层厚变化异常等地段。
2.在开挖形成的应力集中区,应力增大,突出危险性随应力增大而增大,如坑道的上隅角,相向开挖接近区、坑道开挖分支处等。
3.突出前常出现各种预兆,如坑道支撑压力增大;
岩块迸出、掉碴、外鼓或移动加剧;
煤岩与支架发生破裂声、闷雷声、折断声等;
瓦斯涌出量忽大忽小;
煤尘增多;
煤体及工作面温度略有下降或升高;
煤质变软、干燥;
顶钻夹钻等。
4.绝大多数突出发生在掘进工序,尤其在爆破时,突出的危险性随着对煤体的震动而加剧。
5.突出具有延时性,其迟延时间从几分钟到几十个小时。
2.4.3突出与地质构造的关系
绝大多数瓦斯突出发生在地质构造带内,如:
断层、褶曲、向斜、扭转、背斜和火成岩侵入区。
在地质构造带内,煤层受着强大的地质构造力的作用而积蓄大量的能量,同时破坏了的煤体形成了贯通裂隙,促使瓦斯积聚,给突出创造了条件。
当开挖工作接近这一区域时,在地压的参与下,煤岩中所积蓄的潜能突然释放,瓦斯突然涌出,就造成瓦斯的突出。
就地质构造来讲,向斜的轴部,扭转地带的突出危险要大于背斜。
2.4.4突出与瓦斯压力的关系
煤层中或岩体中的瓦斯含量与瓦斯的压力是突出的重要因素之一,瓦斯含量与瓦斯压力越大,突出危险越大,一般瓦斯突出发生在瓦斯压力大于10Mpa的情况。
2.4.5突出与地压的关系
地压力越大,突出的危险性越大。
埋深增加时,突出的次数和强度都有可能增加。
此外,在应力集中区,瓦斯突出的危险性也大幅度增加。
2.4.6突出与地层的关系
在软弱煤层或岩层中,瓦斯突出的危险性较高。
若煤层顶底板为坚硬而致密的岩层且厚度较大时,其弹性与集中应力较大,瓦斯不易释放,其突出危险也较大。
此外,瓦斯突出与隧道的开挖方向和煤层的走向也有一定的关系,通常两者垂直时,瓦斯易突出。
2.4.7突出与水文地质的关系
煤层比较湿润,隧道涌水量大时,突出的危险性小,反之则大。
3施工方案
3.1总体施工方案
隧道通风采用压入式的通风方式;
瓦斯检测采用人工检测检测方式;
隧道施工采用三台阶七步开挖法施工,人工风钻打眼,光面爆破,超前小导管和喷射砼支护,台阶法开挖,防爆挖掘机辅助防爆装载机挖、装,防爆自卸汽车运输,二次衬砌采用模板台车衬砌,砼在洞外集中拌和,防爆砼运输车运输,泵送入模。
二次衬砌在开挖、初期支护完成并满足有关要求后立即施工,尽快封闭,减少瓦斯溢出量。
3.2重、难点施工方案
隧道施工的通风方案、瓦斯监控方案、供电方案及机械防爆性能改装是实施性施工方案的重、难点。
3.2.1通风要求
综合考虑梓山隧道的实际情况,通风方案回风风速按0.5m/s设计,为防止瓦斯积聚,对如塌腔、模板台车、加宽段、避车洞等处增加局扇或高压风进行解决,对于一般段落采用射流风机卷吸升压以提高风速,从而解决回风流瓦斯的层流问题。
3.2.2瓦斯含量
根据《铁路瓦斯隧道技术规范》,对隧道内不同地段的瓦斯浓度有不同的要求,具体内容见下表。
为确保施工安全,本隧通风瓦斯浓度按0.5%考虑。
表3-1隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施表
地点
限值
超限处理措施
低瓦斯工区任意处
0.5%
超限处20m范围内立即停工,查明原因,加强通风监测
局部瓦斯积聚(体积大于0.5m3)
2.0%
超限处附近20m停工,断电,撤人,进行处理,加强通风
开挖工作面风流中
1.0%
停止电钻钻孔
1.5%
超限处停工,撤人,切断电源,查明原因,加强通风
放炮地点附近20m风流
严禁装药放炮
煤层放炮后工作面风流中
继续通风、不得进人
电动机及开关附近20m范围
停止运转、撤出人员、切断电源,进行处理
竣工后洞内任意处
查明渗漏点,进行整治
3.2.3通风的连续性
根据《铁路瓦斯隧道技术规范》7.2.9瓦斯隧道施工期间,应实施连续通风。
因检修、停电等原因停风时,必须撤出人员,切断电源。
3.3施工组织机构
见下图
图3-1施工组织机构图
3.4仪器设备的型号及数量
见下表
表3-2仪器设备的型号及数量
机械名称
规格型号
数量
用途
备注
凿岩台车
工厂订做
钻孔
风动凿岩机
7655型
30
水平钻机
TXU—75型、YG100E
通风机
SDF(C)No13
通风
强制式拌和机
JS500
喷、锚支护
灰浆拌和机
310
混凝土喷射机
PH-5A/TK961
注浆泵
KBY-50/70
锚杆注浆机
21mm
挖掘机
Ex320-5
装运渣
防爆性能
装载机
ZLC50
自卸汽车
XC3320
东风8T
红岩CQ3629、15T
模筑台车
衬砌
砼输送车
SCCY-4A
插入式振动器
ZX-60
10
砼输送泵
HBT808
柴油发电机
250KW
动力机械
变压器
400KVA
电动空压机
4L-20/8
内燃空压机
VY12/7
水 泵
BQW-2
20
排水
矿井瓦斯安全监控系统
KJ90
瓦斯
瓦检仪
JCB—2
光干涉型瓦检仪
GWJ—IA
3.5拟投入专业人员的数量及能力
表3-3专业人员的数量及能力
专长
人员职称
爆破
高级工程师
工程师
地质预报
隧道施工
4方案概述
洞口安装1台SDF(C)No13型轴流多速通风机通过φ1.8m双抗风管(阻燃、抗静电)将新鲜空气送至掌子面。
通风机设在洞外距洞口12m处。
风管最前端距掌子面5m。
4.1.通风管要求
通风管选用抗静电阻燃风管,直径为1.8m。
4.2隧道风机配置数量表
表4-1风机配置数量表
速度
转速(r/min)
风量(m3/min)
风压(pa)
高效风量(m3/min)
电机功率(kw)
SDF(C)-No13
高速
1480
1695-3300
930-5920
2691
132×
中速
980
1407-2219
406-2704
1813
45×
低速
740
923-1670
237-1487
1360
22×
4.3瓦斯监控方案
4.3.1瓦斯监控要求
瓦斯隧道施工期间,建立瓦斯通风监控、检测的组织系统,测定气象参数、瓦斯浓度、风速、风量等参数。
低瓦斯工区可用便携式瓦检仪,高瓦斯工区和瓦斯突出工区除便携式瓦检仪外,尚应配置高浓度瓦检仪和瓦斯自动检测报警断电装置并配备救护队。
4.3.2监控方案总述
根据要求,结合本隧道特点,采用人工监控体系,配备便携式甲烷检测报警仪,在检测到瓦斯浓度>0.5%时报警,瓦斯浓度>1%时立即停机。
在工作面的上隅角设置便携式甲烷检测报警仪,在检测到瓦斯浓度>0.5%时报警,瓦斯浓度>1%时命令切断作业区电源,工人停止作业,瓦斯浓度>1.5%时撤出作业人员。
对需人工检测的部位,保证每15分钟检测一次,在瓦斯浓度>1.5%时,保证每5分钟检测一次。
仪器设备的检验按照《铁路瓦斯隧道技术规范》附录C瓦斯测定仪检测质量的控制及厂家的使用说明书进行定期检定,编制相应的管理制度。
4.3.3瓦斯监控管理
成立专人的瓦斯监控系统安装、使用、维修、维护的班组。
4.4机械的防爆性能改装方案
4.4.1机械要求
(1)隧道内非瓦斯工区和低瓦斯工区的电气设备与作业机械可使用非防爆型,其行走机械严禁驶入高瓦斯工区和瓦斯突出工区。
(2)隧道内高瓦斯工区和瓦斯突出工区的电气设备与作业机械必须使用防爆型。
4.4.2机械的改装
(1)应对施工机械进行防爆性能改装,以满足施工要求。
表4-2改装的机械表
机械设备名称
机械型号
数量(台)
(2)改装后机械的性能
①防爆柴油机的技术要求:
排气温度不超过70℃;
水箱水位下降设定值;
机体表面温度不超过150℃;
电器系统采用防爆装置;
启动系统采用防爆装置;
以上各项设定值是光指标、声报警,延时60s自动停车;
防爆柴油机采用低水位报警和温度过高报警。
②排气系统中一氧化碳、氮气化物含量不超过国家设定排放标准。
改装柴油机防爆系列按照国家柴油机的技术规范和要求标准。
4.5供电方案
4.5.1供电要求
依据《铁路瓦斯隧道技术规范》8.1.3“高瓦斯工区供电应配置两路电源。
工区内采用双电源线路,其电源线上不得分接隧道以外的任何负荷。
”的要求,本隧道供电方案为各自独立系统,洞内电器全部采用防爆型。
4.5.2供电设计
(1)隧道内设两回路电源线路,主要供隧道内射流风机、照明及局扇使用,当一回路运行时,另一回路备用,以保证供电的连续性。
(2)隧道施工长度达3377m,需高压进洞,变压器采用矿用防爆型,容量为1200KVA。
电压波动范围,高压为额定值的±
5%,低压为额定值±
10%。
(3)洞内的高压电缆应使用有屏蔽的监视型橡套电缆,低压电缆应使用不延燃橡套电缆,各种电缆的分支连接,必须使用与电缆配套的防爆连接器、接线盒。
(4)为保证隧道的正常通风及照明,左右洞各备用1台630KW发电机,在停电15分钟内,启动发电机供隧道内通风、监测及照明。
(5)进入隧道内的供电线路,在隧道洞口处装设避雷装置。
(6)施工照明
洞内照明系统采用由洞内防爆变压器输出经矿用防爆主电缆在各相应地段设置照明及信号专用ZXB4型综合保护装置,将380V三相中性点不接地电源降为127V,用分支电缆、防爆接线合接入防爆灯具,以满足道路和施工的需要。
固定敷设的电线采用铠装铅包纸绝缘电缆。
铠装聚氯乙稀或不延燃橡套电缆;
移动式或手持式电气设备的电缆,采用专用不延燃橡套电缆;
开挖面采用铜芯质电缆。
隧道内照明灯具在已衬砌地段的固定照明灯具采用EXdⅡ型防爆照明灯。
开挖工作面附近固定照明灯具采用EXdⅠ型矿用防爆照明灯。
移动照明全部采用矿灯。
4.6施工通讯方案
在掌子面和洞口及值班室设置防爆应急电话,确保信息安全畅通。
隧道内固定敷设的通信、信号和控制用电缆全部采用铠装电缆、不延燃橡套电缆或矿用塑料电缆。
为防止雷电波及隧道内引起瓦斯事故,通信线路在隧道洞口处装设熔断器和避雷装置。
5关键岗位的岗位职责
5.1门岗岗位职责
5.1.1门岗应熟练掌握瓦斯隧道施工的相关知识,了解瓦斯浓度限值和处理措施,随时了解洞内施工状况。
5.1.2负责瓦斯隧道进洞人员的安全检查工作。
5.1.3负责隧道洞门口的警戒工作。
5.1.4负责瓦斯隧道突发异常情况的报告工作。
5.1.5严格执行进洞人员登记和检身制度,未经许可不得让与隧道施工无关的人员进入洞内。
5.1.6严格按规定没收进洞人员的手机、香烟、打火机、钥匙串等火种和电子设备、物品并做好记录上报工区负责人。
5.1.7严禁穿着化纤衣服、喝酒人员进入洞内。
5.1.8加强与瓦检员及通风工的联系。
未通风及瓦斯浓度超标情况下,严禁相关人员入内。
5.1.9严格执行进出洞人员挂牌、摘牌清点制度。
5.1.10严格清点、检查进洞作业人员携带的工具、安全防护用品、机具设备等是否符合安全规定。
不符合规定或发现异常情况时严禁进洞并报告项目负责人。
5.1.11认真填写值班记录并严格执行交接班制度,保持隧道洞口清洁卫生。
5.2通风工岗位职责
5.2.1应熟练掌握瓦斯隧道施工的相关知识,了解瓦斯浓度限值和处理措施,随时了解洞内施工状况。
5.2.2坚守工作岗位,保证瓦斯隧道洞内正常通风。
5.2.3严格按照通风机的安全操作规程作业。
5.2.4熟悉通风机的使用性能,定期对通风机进行检修、保养,确保风机正常运转。
5.2.5停电时,必须在15分钟内接通并启动备用发电机;
平时应确保备用通风机处于良好状态。
5.2.6认真阅读每班次的瓦检报表,掌握瓦斯变化情况。
加强与瓦检员、门岗的联系,根据洞外瓦斯监控中心值班人员或门岗的通知,调整风机转速。
5.2.7拒绝接受除瓦检员以外其他人员的停风和换档指令。
确需停风(如接风管等),时间超过15分钟以上时必须报请项目总工批准后方可停风。
5.2.8认真填写值班记录,记录中对通风机的运转及保养情况、存在问题必须进行详细描述,坚持交接班制度。
5.3瓦检员岗位职责
5.3.1牢固树立“安全第一预防为主”的思想,以高度的政治责任感、强烈的责任心深刻认识到其工作关系到瓦斯隧道作业人员的生命、财产安全和施工生产的顺利进行,关系到企业的声誉。
5.3.2瓦斯检测员必须具有一定的瓦斯隧道实践经验,掌握一定的通风瓦斯知识和技能,熟悉瓦斯浓度限值和处理措施。
经专门培训考试合格持证上岗。
5.3.3瓦斯检测工作不得发生空班、漏检、少检、假检并做到隧道瓦斯浓度记录牌板、检查记录、瓦斯台帐三对口(检查地点、检查日期、每次检查的具体时间、班次、检查的内容和数据、检查人姓名等必须完全一致),严格执行洞内作业特殊过程、关键工序批准制度。
5.3.4严格执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度,认真填写瓦斯检查记录,检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的瓦斯浓度警示牌上,通知现场作业人员、门岗、通风工。
5.3.5随时紧跟隧道作业人员到作业面并按照瓦斯检测地点及范围要求巡回检测,必须满足“三人连锁放炮制”和安全生产的需要。
严禁脱岗、玩忽职守。
5.3.6必须在爆破之前监督检查将风管及瓦斯探头移至规定的安全范围之内,爆破之后再监督检查将风管及瓦斯探头安装在规定的安全范围之内。
5.3.7有权制止一切违规操作的行为,有权强令可能出现瓦斯燃烧等危险情况的工作面停工,并组织人员撤离到安全地点。
5.3.8有权根据检测出的瓦斯及二氧化碳浓度通知通风工控制主风机工作档位,有权安排局部通风,有责任要求工区安排维修通风设备。
5.3.9必须保护好瓦斯检测仪器,在携带和使用过程中严禁猛烈摔打、碰撞;
严禁被水浇淋或浸泡。
对仪器的零点、测试精度及报警点应定期上报安质部进行校验,确保仪器测量准确、可靠。
5.3.10在洞内瓦斯发生险情时立即启动应急预案,组织遇险人员自救互救,并参加抢险救灾工作。
5.4爆破管理
5.4.1爆破材料
采用矿用炸药,矿用延时电雷管起爆,其总延时时间不超过130ms。
5.4.2设计依据
依据《铁路瓦斯隧道技术规程》要求:
(1)瓦斯工区的爆破作业必须采用煤矿许用炸药,有突出地段安全等级不低于三级煤矿许用的含水炸药。
(2)瓦斯工区必须采用电力起爆,并使用煤矿许用电雷管,采用煤矿毫秒雷管时,最后一段的延期时间不得大于130ms。
(3)瓦斯突出工区,宜采用上下断面长台阶法开挖,利用上部台阶排放下部台阶的部分瓦斯,其台阶长度应根据通风需要和隧道结构安全性、围岩稳定性综合考虑确定。
5.4.3爆
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