低瓦斯隧道通风设计与方案.doc
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中铁xxxxxxxxxxxxxxxx低瓦斯隧道通风设计方案
低瓦斯隧道通风设计方案
本合同段内xxxx隧道设计定性为低瓦斯隧道(瓦斯涌出量小于0.5m3/min)。
1概述
1.1地形地貌
xxx隧道位于xxxx,起讫里程为XXX,中心里程xxxxx,全长3175m。
隧区属剥蚀低山地貌,地形受构造控制,山脉走向与温塘峡背斜岩层走向一致,呈南北向展布。
区内最高点为隧道中部须家河组砂岩山岭的狮子岩附近,高程640m,最低标高为区域南西侧的王家沟,高程275m,相对高差365m,最大埋深292m。
隧区中部须家河组砂岩形成突起山岭,形成地表水分水岭,须家河组两侧的侏罗纪地层形成向东西两侧逐渐降低的斜坡,地形起伏较大。
区内植被较发育,以旱地和林地为主,堰塘零星分布。
1.2地层岩性
隧区上覆第四系全新统人工弃土层块石土,坡洪积松软土、坡残积粉质黏土、块石土,滑坡堆积层粉质黏土,坡崩积层块石土等,下伏基岩为侏罗纪统新田沟组泥岩夹砂岩、侏罗纪中下统自流井组泥岩夹砂岩、灰岩、侏罗纪下统珍珠冲组泥岩夹砂岩、三叠系上统须家河组第一段~第六段含煤地层。
1.3水文地质特征
隧桥区地表水主要为水库水、沟水及坡面暂时性流水、水田水,流量受季节影响明显,雨季水量较大,旱季相对较小。
隧道正常涌水量为5100m3/d,雨季最大涌水量为7650mm3/d。
1.4有害气体
1.4.1浅层天然气
为了评价浅层天然气对隧道的危害,专门对xxx隧道进行了浅层天然气检测工作,现场共检测了3个钻孔。
钻孔编号为DZ-xxx-01,DZ-xxx-03,DZ-xxx-04,最大测试深度分别为165.05m、230.2m、120m,最大天然气浓度分别为11200ppm、15620ppm、12420ppm。
检测显示均有天然气,且天然气浓度高,对隧道产生一定的威胁。
xxx隧道天然气可能溢出量约为141.408×10000m3,掌子面单位时间最大涌出量0.302m3/min。
1.4.2煤层瓦斯
xxx隧道穿越页岩夹砂岩及煤层瓦斯。
在钻孔DZ-xxx-01、DZ-xxx-03钻孔采用国产KZWY75(91)-1000型勘探钻孔瓦斯压力测定仪对瓦斯静态平衡压力进行了测定,结果为DZ-xxx-01孔瓦斯压力为0.19MPa、DZ-xxx-03瓦斯压力为0.55MPa。
2瓦斯有关情况说明
2.1瓦斯的性质
瓦斯通常指甲烷,分子式为CH4,它是一种无色、无味的气体。
在标准状态下(气温为0℃,大气压为1.01×105Pa),1m3甲烷的质量为0.7618kg,而1m3的空气的质量为1.293kg,因此,瓦斯比空气轻,其相对密度0.554,瓦斯有很强的扩散性,扩散速度是空气的1.34倍。
隧道内的瓦斯浓度的分布取决于其涌出源的分布和涌出强度。
当无瓦斯涌出源时,瓦斯在井巷断面内的分布是均匀的;当有瓦斯涌出源时,在其涌出的侧壁附近会出现瓦斯浓度增高,隧道顶板、冒落区顶部往往积聚高浓度瓦斯。
2.2瓦斯气源
隧道部位不通过煤层,大部分为红色泥岩、砂岩,没有产烃岩系沉积时所需的还原环境,不具备产气能力。
2.3瓦斯突出的可能性
根据《铁路瓦斯隧道技术规范》,瓦斯压力大于等于0.74Mpa有瓦斯突出。
但采用国产KZWY75(91)-1000型勘探钻孔瓦斯压力测定仪对瓦斯静态平衡压力进行测定后得知,瓦斯压力为0.19Mpa和0.55Mpa,均小于0.74Mpa,故不会有瓦斯突出。
由于隧址去要穿越温塘峡背斜,其东翼地层倾角较陡,封闭了向地表释放瓦斯的通道,核部的煤层中局部可能形成高压瓦斯煤包,地质构造对煤层瓦斯起到了良好的封闭左右,且无释放深部煤层瓦斯的通道,围岩封闭性好,地质构造条件造成了煤层瓦斯突出的可能性。
由于该去煤层不稳定,在构造应力条件下可能形成高压瓦斯的“煤包”,导致突出发生。
2.4瓦斯排放
在xxx隧道洞内设置水气分离装置,二次衬砌背后按线路纵坡及按2‰上坡设置Φ80瓦斯排放管,瓦斯由出口排出洞外。
3瓦斯隧道管理制度与措施
3.1瓦斯危害
3.1.1瓦斯窒息
甲烷本身虽然无毒,但空气中甲烷浓度较高时,就会相对降低空气中氧气,在压力不变的情况下,当甲烷浓度达到43%时,氧气浓度就会被冲淡12%,人就会感到呼吸困难;当甲烷浓度达到57%时,氧气浓度就会降到9%,这时人若误入其中,短时间内就会因缺氧窒息而死亡。
因此在隧道停通风时,都必须及时封闭或设置栅栏,并悬挂“禁止入内”的警标,严禁人员入内。
3.1.2瓦斯的燃烧和爆炸
当瓦斯与空气混合达到一定浓度时,遇到高温火源就能燃烧或发生爆炸,一旦形成灾害事故,会造成大量作业人员的伤亡,严重影响和威胁安全生产,会给国家财产和职工生命造成巨大损失。
瓦斯爆炸事故是瓦斯隧道五大自然灾害之首。
瓦斯爆炸是一种热一链式反应(也叫链锁反应)。
当爆炸混合物吸收一定能量(通常是引火源给予的热能)后,反应分子的链即行断裂,离解成两个或两个以上的游离基(也叫自由基)。
这类游离基具有很大的化学活性,成为反应连续进行的活化中心。
在适合的条件下,每一个游离基又可以进一步分解,再产生两个或两上以上的游离基。
这样循环不已,游离基越来越多,化学反应速度也越来越快,最后就可以发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。
所以,瓦斯爆炸就其本质来说,是一定浓度的甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应。
其化学反应式为:
从上式中看出:
瓦斯在高温火源作用下,与氧气发生化学反应,生成二氧化碳和水蒸气,并放出大量的热,这些热量能够使反应过程中生成的二氧化碳和水蒸气迅速膨胀,形成高温、高压并以极高的速度向外冲出而产生动力现象,这就是瓦斯爆炸。
瓦斯爆炸必须具备下面3个基本条件。
①一定的瓦斯浓度
瓦斯爆炸界限。
瓦斯爆炸具有一定的浓度范围,只有在这个浓度范围内,瓦斯才能够爆炸,这个范围称为瓦斯爆炸的界限。
最低爆炸浓度叫爆炸下限;最高爆炸浓度叫爆炸上限,在新鲜空气中,瓦斯爆炸的界限一艇认为是5%~16%。
瓦斯在不同浓度时的燃爆特性:
当瓦斯浓度低于5%时,由于参加化学反应的瓦斯较少,不能形成热量积聚,因此,不能爆炸,只能燃烧。
燃烧时,在火焰周围形成比较稳定的,呈现蓝色或淡青色的燃烧层。
当瓦斯浓度达到5%(下限),瓦斯就能爆炸州;浓度在5%~9.5%时,爆炸威力逐渐增强;在浓度为9.5%时,因为空气中的全部瓦斯和氧气都能参加反应,所以,这时的爆炸威力最强(这是地面条件下的理论计算。
在隧道中,通过实验和现场测定,爆炸威力最强烈的实际瓦斯浓度为8.5%左右。
这是因为隧道中空气氧浓度减少,湿度较大,含有较多的水蒸气,氧化反应不可能进行得十分充分的缘故);瓦斯浓度在9.5%~16%(上限)时,爆炸威力呈逐渐减弱的趋势;当浓度高于16%时,由于空气中的氧气不足,满足不了氧化反应的全部需要,只能有部分瓦斯与氧气发生反应,所生成的热量被多余的瓦斯和周围介质吸收而降温,所以也就不能发生爆炸。
②一定的引火温度
瓦斯爆炸的第二个基本条件是高温火源的存在。
点燃瓦斯所需的最低温度,称为引火温度。
瓦斯的引火温度一般认为是650~750℃。
明火、煤炭自燃、电气火花、赤热的金属表面、吸烟、放炮、安全灯网罩、架线火花、甚至撞击和摩擦产生的火花等都足以引燃瓦斯。
因此,采取一切措施消灭隧道存在火源是防止瓦斯爆炸的重要措施之一。
③充足的氧气含量
实验表明,瓦期爆炸界限随着混合气体中氧气浓度的降低而缩小,氧气浓度降低时,瓦斯爆炸下限缓缓地提高,而瓦斯爆炸的上限则迅速下降,当氧气浓度降到12%,混合气体中的瓦斯就失去了爆炸性,遇火也不会爆炸。
由于氧气含量低于12%时,短时间内就能导致人窒息死亡,因此在正常生产的隧道中,采用降低空气中的氧气含量来防止瓦斯爆炸是没有实际意义的。
但是,对于已封闭的火区,采取降低氧气含量的措施,却有着十分重要的意义,因为火区内往往积存有大量瓦斯,且有火源存在,如果不按规定封闭火区或火区封闭不严造成大量漏风,一旦氧气浓度达到12%以上时,就有发生爆炸的可能。
3.2瓦斯浓度管理标准
瓦斯浓度管理如下表:
隧道内瓦斯浓度限值及超限处理措施
地点
限值
超限处理措施
低瓦斯工区任意处
0.50%
超限处20m范围内立即停工,查明原因,加强通风
局部瓦斯积聚(体积大于0.5m3)
2%
超限处附近20m立即停工,断电、撤人,进行处理,加强通风
开挖工作面风流中
1%
停止钻机钻孔作业
1.50%
超限处附近20m停工,断电、撤人,进行处理,加强通风等
回风岗或工作面回风流中
1%
停工,撤人,处理
放炮地点附近20m风流中
1%
严禁装药放炮
煤层放炮后工作面风流中
1%
继续通风,不得进入
局扇及电气开关10m范围内
0.50%
停机,通风,处理
电动机及开关附近20m范围内
1.50%
停止运转,撤出人员,切断电源,进行处理
竣工后洞内任何处
0.50%
查明漏点,进行整治
3.3瓦斯检测
3.3.1瓦斯检测设备
①瓦斯自动断电报警器(如:
AWJ-6型),凡重要地点(如开挖面、煤层附近、衬砌台车前方等),均应设置自动断电报警器的探头。
②便携式瓦检仪(光干涉如:
SWJ-A型、催化型如AZJ-91型);
3.3.2检测地点
①开挖工作面风流中;
②未成洞段及已成洞段的拱顶下沿;
③衬砌台车前方;
④塌方、凹陷、裂隙、风流死角;
⑤地质破碎、地层变化、溶洞;
⑥进洞汽车、装碴机车头上(机头上固定设置瓦测仪);
⑦停放的大型设备后方风流死角;
⑧洞内电焊地点;
⑨洞电通风机、电机及开关附近;
⑩避人车洞、横通道内及其它通风不良处。
3.3.3检测频率
①开挖面在打眼后,放炮前、放炮后各检测一次(即“一炮三检测”);
②其余时间及地点每班至少2次;
③有异常现象时每半小时1次;
④特殊情况时应旁站不间断量测。
3.3.4检测设备标定及检修
①每5天校正便携式报警器或瓦斯传感器(探头)一次;
②每7天校正瓦斯自动断电报警器一次;
③每15天校正光干涉瓦斯测定仪一次;
④每天应对照各种不同类型瓦检仪表读数,其误差不应超过允许值。
⑤每次通过煤层,应测量总回风风速及瓦斯浓度,计算出洞内瓦斯涌出总量(它时间每月至少测量一次),并重新判定工区的瓦斯等级。
3.4火源控制
3.4.1防止明火
①禁止在洞口、通风机房周围20m以内使用明火、吸烟或用火炉取暧。
②严禁携带烟草、点火物品和穿化纤衣服进洞;严禁携带易燃品进隧道,必须带入隧道的易燃品要经总工程师批准。
③隧道内禁止使用电炉或灯炮取暖。
④不得在隧道内和洞口洞内从事施焊作业。
如必须在隧道内从事电焊、气焊和使用喷灯焊接时,每次都必须制定安全措施,报项目经理批准,并遵守《铁路瓦斯隧道施工技术规范》有关规定。
⑤严禁在隧道内存放汽油、煤油、变压器油等。
隧道使用的棉纱、布头、润滑油等,必须放在有盖的铁桶内,严禁乱扔乱放和抛洒隧道内。
⑥防止煤炭氧化自燃,加强火区检查与管理,定期采样分析,防止复燃。
⑦低瓦斯工区进行火源管理,严禁火源进洞,洞内及洞口20m范围禁烟,洞口设检查岗,洞内不得储存易燃品(油类等),进出洞人员必须登记。
3.4.2防止出现爆破火焰
①严格炸药、爆破管理,隧道严禁使用产生火焰的爆破器材和爆破工艺。
②隧道爆破作业,必须使用三级煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管,不合格或变质的炸药不准使用。
③瓦斯工区钻孔爆破作业应符合下列规定:
A.开挖工作面附近20m风流中瓦斯浓度必须小于0.5%;
B.必须采用湿式钻孔;
C.炮眼深度不应小于0.6m;
D.爆破地点20m内,风流中瓦斯浓度必须小于0.5%;
E.爆破地点20m内,矿车、碎石、煤碴等物体阻塞开挖断面不得大于1/3;
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