天然气瓦斯隧道施工期间瓦斯防治要点课件

天然气瓦斯隧道施工期间瓦斯防治要点提纲一、瓦斯的涌出形式及危害二、天然气瓦斯隧道与煤矿、穿煤层瓦斯隧道在瓦斯防治方面的差异三、超前地质预报四、施工通风五、瓦斯检测体系六、隧道内瓦斯控制标准及处理七、电气设备八、爆破作业九、洞内用火管理十、进洞管理一、瓦斯的涌出形式及危害基本性质无色、无味、无臭、无毒密度0.554，比空气轻，常聚积在巷道上方难溶于水危害性窒息性：井下空气中，瓦斯浓度较高时，氧气含量下降，降至12%以下时，因人缺氧而窒息死亡爆炸性：5%~16%燃烧性：大于16%突发性：煤与瓦斯突出，瓦斯喷出瓦斯喷出在采掘过程中，瓦斯从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量涌出的一种异常现象涌出量1m3/min以上，持续时间8小时以上。天然气隧道开挖过程中遇大的天然气气源（贮量大、压力大）且有涌出通道时可能发生瓦斯喷出。煤与瓦斯突出在地应力和瓦斯压力的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间大量抛出的异常动力现象是一种及其复杂的动力现象瓦斯逆流可达数十米及至千米以上瓦斯波及范围可达几个采区及至全井动力效应明显瓦斯的危害窒息

甲烷43%、氧12%、呼吸非常短促；甲烷57%、氧9%、即刻昏迷、有死亡危险。

原因：缺氧

容易发生的场所：高瓦斯或突出矿井，甲烷积聚，喷出或突出低瓦斯矿井，通风不良的盲巷封闭的火区针对瓦斯隧道与煤矿在瓦斯涌出特点、装备、管理等方面的差异，我国瓦斯隧道施工多采用加强通风、提高瓦斯浓度卡控标准、加强人工瓦斯检查的方法以弥补在装备、管理、经验方面的不足。因此，人工瓦斯检查工作就显得尤为重要，主要表现在瓦检员的责任心、经验和权力三方面。重点环节的必要投入不可节省。对天然气瓦斯隧道，主要包括以下几方面：三、超前地质预报超前地质预报物探超前钻探超前炮眼1、物探地层中的天然气通过围岩构造、裂隙向隧道内涌出。TSP、地质雷达可探测隧道前方地质构造、裂隙情况物探不能探测隧道前方天然气贮存情况有地质构造、裂隙不一定有天然气涌出；深部气源的涌出一定有涌出通道，如围岩裂隙、开放型断层等2、超前钻探无论是高瓦斯隧道还是低瓦斯隧道，超前钻探必须采用矿用防爆钻机湿式钻进，实施超前钻探期间，洞内禁止进行其他作业，并保证正常通风。钻探时检测钻孔是否有瓦斯涌出：一般每钻进2m要检测一次钻孔内20cm处瓦斯浓度，发现有瓦斯涌出时，应加密检测，以便更准确确定瓦斯涌出点的桩号。钻孔结束后，应每班检测一次孔口、孔内1m、3m处瓦斯浓度，并做好记录。发现钻孔有瓦斯涌出时，可采用转子流量计（针对小流量）或煤气表测定钻孔瓦斯流量。也可采用风速表进行瓦斯涌出量简易估测。发现钻孔有瓦斯涌出现象时，除检测孔内瓦斯浓度外，还应检测掌子面风流中瓦斯浓度情况，如掌子面风流中瓦斯浓度超过0.5%，必须停止打钻，掌子面风流中瓦斯浓度超过0.8%，必须停电撒人，并在洞口设置禁入警戒；如钻孔外瓦斯浓度和体积达到局部瓦斯积聚的条件（浓度超过2%的体积在0.5m3以上），停止打钻，等待采取措施处理。天然气隧道不会发生煤与瓦斯突出，况且测定瓦斯压力最少要一周以上的时间（主动测压法），对施工影响严重，因此一般不进行瓦斯压力测定。天然气一般来源于隧道下部，隧道侧帮有构造裂隙与下部沟通时，天然气也会从隧道两帮涌出。因此，超前钻孔沿隧道底板布置即可，为便于打钻施工，开孔高度距离隧道底板0.5m左右。分左、中、右，共布置3个钻孔。为便于钻孔时排碴，钻孔一般设计成仰角3~5度。也可以按设计要求布置超前钻孔。超前钻探除能有效探掌子面前方瓦斯情况外，还能根据钻进速度、岩碴分析、钻机的跳动情况初步判断掌子面前方的围岩和构造发育情况。因此，为充分发挥钻探的作用，除现场进行瓦斯检测工作外，还应有地质工程师进行现场观察和写实，并根据观察结果分析、判断掌子面前方的围岩和构造发育情况，形成相应的地质报告。３、超前炮眼超前炮眼比放炮用的炮眼深2m以上，在打炮时顺带施工，对工程施工进度基本没影响。由于超前钻探密度的局限性，沿隧道走向展布、垂直发育的构造、裂隙从两个超前超前钻孔中间穿过时，超前钻探并不能及时发现有瓦斯涌出地段，因此，采取超前炮眼对超前钻探进行补充是很有必要的。超前炮眼一般布置在上台阶下半断面内，超前炮眼数量可根据现场实际情况灵活决定。瓦检员及时对超前炮眼内瓦斯浓度情况进行检测，对部分典型部位的炮眼内瓦斯浓度进行抽检。2、风量的计算、确定分别按最小风速、最大瓦斯涌出量、洞内最多同时作业人数、最大同时起爆炸药量计算所需风量，取其中最大值为设计供风量如果计算风量所需基础资料不够，可参考地质勘察资料或其他瓦斯隧道资料进行估算，再考虑一定的备用系数3、风机、风筒的确定在设计供风量的基础上考虑一定的的漏风率和风机备用系数后确定风机供风量按风机供风量确定风筒直径计算风机运行最困难时的最大通风摩擦阻力、局部通风阻力，以二者之和再考虑一定的备用系数作为风机最大风阻。根据风机供风量、风机最大风阻选取条件相符的风机安设在洞外的压入式风机可采一般型，其他地点风均采用防爆型风机吸入风量的测定与计算：采用高速风表测定风机吸入口的风速，根据风机吸入口的断面积计算风机吸入风量。风筒出口风量测定与计算：采用高速风表测风筒出口的风速，根据风筒出口的断面积计算风筒出口风量。回风风量的测定与计算：风速测定方法有全断面路线法和定点法两种。全断面路线法理论上测量精度高，操作需要辅助设备（如装载机），由于装载机占有较大断面，对风速分布有较大影响，实际操作上有一定难度且测量精度并不高；定点法理论上应在全断面均匀布置7~9个风速测点测量各的风速，取平均作为该断面的风速，根据该断面的断面积计算回风风量。标准的定点法需要架设测风台架，实际常采用等高3点或5点测速法，取风速平均作为该断面风速，基本上也满足测风精度要求，即在距离隧道底板2m左右处高度，从左到右均匀测3或5个点的风速。风机漏风率的计算：100*（风机吸入风量-回风风量）/风机吸入风量，%百米风筒漏风率的计算：（回风风量-风筒出口风量）/(回风风量*风筒长度）；%风筒长度以m为单位。规范规定：百米风筒漏风率不得超过2%三种方式的优劣互相补充，缺一不可，形成完整体系10%“光瓦”测量范围：0~10%CH4。还可进行CO2的检测测量误差：0~1%CH4±0.05%CH41~4%CH4±0.1%CH44~7%CH4±0.2%CH47~10%CH4±0.3%CH4100%“光瓦”测量范围：0~100%CH4。还可进行CO2的检测测量误差：0~10%CH4±0.5%CH410~40%CH4±1%CH440~70%CH4±2%CH470~100%CH4±3%CH4低沼传感器及沼气检测报警仪测量范围：0~4%CH4，有声光报警功能。测量误差：0~1%CH4±0.1%CH41~4%CH4真值的±10%CH42、瓦斯监控系统布置图：根据通风系统图进行瓦斯监控系统布置设计。设计依据：《煤矿安全规程》、煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ1029-2007）对于简单压入式通风的隧道，一般在隧道内布设三个瓦斯传感器，分别位于掌子面、二衬台车前、回风，在隧道外风机的供电侧布设风机开停传感器以检测风机的开停状态。系统的维护与管理：由瓦斯监测工、生产厂家专业售后服务技术人员负责传感器吊挂规定：洞内瓦斯传感器吊挂于隧道拱顶中央，距离拱顶20~30cm；掌子面瓦斯传感器距离掌子面不超过5m，二衬台车前瓦斯传感器距离二衬台车前缘不超过5m，回风瓦斯传感器距离隧道口10~20m。掌子面瓦斯传感器的移动：掌子面瓦斯传感器随掌子面的推进而前移，以保证距离符合规定；放炮前，将掌子面的瓦斯传感器后移到安全地点，放炮后，及时将掌子面的瓦斯传感器复位。有关台帐：瓦斯监控系统运行台帐、传感器调校记录、瓦斯监控日报表瓦斯监测工的配备：不少于2名，以保证工作连续和正常交接班瓦斯监测工的职责：瓦斯监控系统按严格《煤矿安全规程》和《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007）有关规定进行布置，瓦斯监测工负责瓦斯监控系统的维护、调校。瓦斯监控系统地面中心站实行24小时连续值班制度，除瓦斯监测工外，其他人员不得使用监控系统的电脑。瓦斯监测工持证上岗，每天进入隧道检查监控系统的传感器、分站及传输线是否完好，发现问题及时处理，并向有关负责人汇报。每周对传感器、便携式沼气报警仪进行一次全面调校，协助电工每周对监控系统断电功能进行一次检验，并填写校检登记薄。每天打印前一天的监控日报表送项目部有关负责人签阅。必须认真填写系统运行记录；系统运行记录、监控日报表及主机内的数据和曲线必须永久妥善保管备查；严禁任何人删除主机内的历史数据。3、瓦检员检查瓦斯瓦检员的配备：每个工区3名，持证上岗瓦检员所使用的检测仪器：“光瓦”+报警仪瓦检员检查瓦斯的地点、内容检查地点：掌子面、二衬台车、回风、瓦斯异常涌出点、超前钻探时钻孔内、炮眼内、洞内用火地点20m范围内以及其他需要检测瓦斯的地点。检查内容：甲烷浓度、二氧化碳浓度。必要时采用H2S检测报警仪检查H2S浓度、采用CO检测报警仪检查CO浓度（显示单位：PPM，H2S报警点6.6PPM，CO报警点24PPM）。巡回瓦斯检查频率的规定：《煤矿安全规程》：低瓦斯矿井中每班至少2次；高瓦斯矿井中每班至少3次；《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）：没有明确规定，一般理解按《煤矿安全规程》执行；《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009)：当公路隧道通过有瓦斯的岩层，且瓦斯浓度按体积计大于0.5%时，应采取有效措施，加强测试、加强通风，使瓦斯浓度控制在正常范围内。当瓦斯含量在0.5%以下时，每小时检查一次，0.5%以上时随时检查，检查作业不得离开该工作面；加强通风，开挖面有足够的风量和足以驱散瓦斯的风速，风速不应低于0.15~0.25m/s。选用原则：保证安全、就严不就松。其他情况瓦斯检查频率：没有规范明确规定的，以保证安全、可操作性强为原则。“一炮三检”：装药前、放炮前、放炮后，必须认真、全断面检查。超前钻探时：见超前钻探规定。洞内动火时：动火前全面动火地点20m范围内瓦斯情况；动火过程中现场值守，每10min采用“光瓦”检查一次瓦斯情况，并携带沼气检测报警仪进行连续自动检测。瓦斯涌出点、瓦斯聚积点：至少每小时检查一次。瓦检员检查瓦斯的方法巡回检查与“一炮三检”：一般采用定点检查法，即检测拱顶、拱左右两肩部位，取最大值作为瓦斯检测结果；检测二氧化碳一般在左右拱脚进行并取大者。洞内动火前和动火过程中瓦斯检测：采取紧贴拱壁检测的方法，以避免漏检因风速过小出现的局部瓦斯层状或窝状聚积。超前钻探时的瓦斯检测：检测孔口以里20cm处的瓦斯浓度，注意防止钻孔中水吸入“光瓦”的辅助管内；检测孔口外及掌子面风流中瓦斯浓度。其他特殊情况的瓦斯检测：由当班瓦检员根据现场实际情况，以保证安全为原则自行确定检测方法。

由于天然气瓦斯隧道与穿煤层瓦斯涌出特点的差异性，特别提醒要注意以下几个点：打炮眼时，要对部分炮眼内瓦斯情况进行抽查；放炮后要对堆碴间隙内瓦斯情况进行检查；出碴结束后要对掌子面新暴露的围岩面进行地毯式贴壁检查，包括底板、两帮、拱顶、掌子面；发现有瓦斯涌出点时，必须仔细检查瓦斯涌出通道情况、通道内、外瓦斯情况、风流中瓦斯情况、瓦斯积聚的浓度、体积等。做好瓦斯涌出点的后期观察工作并做记录。隧道内其他有毒有害气体的检测与相关规定：CO2：由瓦检员采用“光瓦”检测。《煤规》规定：风流中CO2浓度超过1.5%停止作业。其他有毒有害气体的检测：由瓦检员根据现场需要，采用相应的检测报警仪进行检测名称最高允许浓度(％)一氧化碳CO0.0024氧化氮(换算成二氧化氮NO2)0.00025二氧化硫SO20.0005硫化氢H2S0.00066氨NH30.004CO主要出现在放炮后和出碴期间车辆产生的尾气，根据其他天然气瓦斯隧道施工的经验，出碴期间，洞内CO浓度可达到200PPM（0.02%），超过其报警浓度24PPM，洞内、地面监控室同时发出声光报警，给洞内作业人员造成错觉和紧张，因此多数瓦斯隧道的瓦斯监控系统不安设CO传感器；况且根据煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ1029-2007）规定，只有在开采容易自燃、自燃煤层的工作面时才安设CO传感器。因此，建议隧道内瓦斯监控系统不安设CO传感器，隧道内CO浓度的检测工作由瓦检员根据现场需要采用CO检测报警仪进行检测。氧化氮：和CO类似，出现在放炮后和出碴期间产生的尾气，目前国内只有相应的检测报警仪，隧道内氧化氮浓度的检测工作由瓦检员根据现场需要采用氧化氮检测报警仪进行检测。SO2、H2S、NH4:天然气涌出时的次要成份，天然气主要成分为CH4，SO2、H2S、NH4的检测工作一般由瓦检员根据现场需要采用相应的检测报警仪进行检测。手册、台帐、牌板三对口，及时完善签字手续（让相关领导及时掌握隧道内瓦斯情况）瓦斯超限处理原则：先处理、后汇报瓦检员职责与权力：全面检查瓦斯，检查瓦斯防治方面存在的安全隐患，及时处理、汇报；停止作业、停电撤人。3、特殊工种及管理人员检查瓦斯放炮员、班组长、电工、管理人员进洞携带便携式沼气检测报警仪仪器的充电、调校与管理六、隧道内瓦斯控制标准及处理1、风流中瓦斯浓度控制标准隧道内风流瓦斯浓度不超过0.3%时可正常作业。洞内瓦斯浓度达到或超过0.3%时停止洞内动火。隧道内风流中瓦斯浓度达到或超过0.5%时，停止隧道内一切作业，行走式机电设备自动熄火。分析原因，采取相应措施进行处理，直到隧道内瓦斯浓度降至0.3%以下时方可恢复作业。

隧道内风流瓦斯浓度达到或超过0.8%时，停止隧道内一切作业，撤出隧道内所有人员，切断隧道内所有非本质安全电气设备电源。分析原因，采取相应措施进行处理，直到隧道内瓦斯浓度降至0.3%以下时方可恢复作业。局部瓦斯聚积（浓度2%，体积超过0.5m3)地点附近20m范围内停止作业，等待处理。只有处理结束，消除局部瓦斯聚积后才能恢复作业。2、异常瓦斯涌出的规定与处理天然气涌出点的发现局部瓦斯积聚的概念：浓度超过2%、体积大于0.5m3涌出点体积与浓度的测定达到局部瓦斯积聚条件时，20m范围内停止作业观察涌出点浓度与体积的变化，涌出量的测定天然气涌出点的处理：根据涌出点的涌出量、涌出变化特点确定安全、可行的方法加强通风，降低涌出点瓦斯浓度、减小瓦斯浓度超限体积停工自然排放，确认安全后恢复施工封闭瓦斯通道，减少瓦斯涌出量，达到能安全施工的目的引排瓦斯抽排瓦斯3、对设计规定的理解与执行设计规定：超前钻孔布设3个，建议钻孔孔径75mm，每个钻孔深度50~80m，当物探探测预测前方无重大不良地质体时布孔：孔1、2为下向孔，孔3为上向孔，环钻孔搭接长度5m个人理解：孔径65~110mm由施工单位自行决定，只要钻孔能达到探测掌子面前方有无“气包”或有无导通深部气源的张开性构造即达到目的。位于顶部的3号钻孔，理论上可行，但实施有一定难度，主要是钻机的稳固很困难；下向孔1、2，排碴困难，很难打到设计深度。孔深50m是建议参数，只要保证搭接5m，一般是给一个范围，如：50~80m，要根据钻机的性能和打钻工的技术水平而定，打得太浅，安装、拆除钻机太浪费时间，打得太深，钻进速度受影响，并且有断钻杆的风险。发现不良地质体时，钻孔参数理应有针对性的调整。有些公路隧道设计规定：每循环超前钻孔施工完成后，对前方围岩的瓦斯压力、钻孔瓦斯涌出速度、钻孔瓦斯涌出衰减系数进行测定。根据瓦斯检测结果反算全坑道的瓦斯绝对涌出量（煤矿叫绝对瓦斯涌出量），根据瓦斯绝对涌出量、钻孔瓦斯压力和钻孔瓦斯涌出速度核定瓦斯工区的等级。

个人理解：瓦斯压力、钻孔瓦斯涌出速度、钻孔瓦斯涌出衰减系数是煤矿防止煤与瓦斯突出的预测、检验指标，也是瓦斯抽放设计的重要基础参数，穿煤层瓦斯隧道穿过厚度大于0.3m的煤层时，应进行“四位一体”的防突措施（突出危险性预测、防突措施、防突措施效果检验、安全防护措施），若穿煤层瓦斯隧道有设计明确说明无突出危险，可以不采取“四位一体”的前三项措施，但揭煤放炮时必须采取远距离放炮的安全防护措施。天然气瓦斯隧道的瓦斯涌出形式有两种：正常涌出、瓦斯喷出。正常涌出是指瓦斯通过爆落岩体、岩壁、炮眼（探孔）或岩壁裂隙较均匀的涌出。瓦斯喷出：从岩体裂隙、孔洞、钻孔或炮眼中大量涌出瓦斯的异常涌出现象。在20m巷道范围内，涌出瓦斯量大于或等于1m3/min且持续8小时以上的区域定为瓦斯喷出危险区域。天然气瓦斯隧道不可能发生煤与瓦斯突出。因此有无必要进行瓦斯压力、钻孔瓦斯涌出速度、钻孔瓦斯涌出衰减系数的测定值得商榷。尽管天然气瓦斯隧道没有煤与瓦斯突出危险，但当遇到较大开放性地质构造且构造与隧道深部天然气源有通道联系时，出现瓦斯喷出且短时间内不出现明显衰减的可能性是存在的。为了减少因瓦斯喷出造成瓦斯浓度超限给施工带来的影响，采取封堵或抽放瓦斯的措施是有可能的。这要在综合分析涌出量、涌出量衰减规律、措施成本后确定，有时还要进行瓦斯压力测定。综上所述，一般不进行瓦斯压力、钻孔瓦斯涌出速度、钻孔瓦斯涌出衰减系数的测定工作，只有出现瓦斯喷出且短期内无明显衰减迹象时才考虑。钻孔自然瓦斯涌出特征的参数有两个：钻孔自然初始瓦斯涌出强度q0和钻孔自然瓦斯流量衰减系数α，其中钻孔自然瓦斯流量衰减系数α是评价煤层瓦斯预抽难易程度的一个重要指标，通过测定不同时间的钻孔自然瓦斯涌出量并按下式回归分析求得：qt＝q0e-αtqt-------自排时间t时的钻孔自然瓦斯流量，m3/min；q0-------自排时间t＝0时的钻孔自然瓦斯流量，m3/min；α----钻孔自然瓦斯流量衰减系数，d-1；t----钻孔自然瓦斯时间，d。设计规定：根据瓦斯检测结果反算全坑道的瓦斯绝对涌出量（煤矿叫绝对瓦斯涌出量），根据瓦斯绝对涌出量、钻孔瓦斯压力和钻孔瓦斯涌出速度核定瓦斯工区的等级。个人理解：煤矿就瓦斯等级鉴定工作的进行有专门的标准：《矿井瓦斯等级鉴定规范》（AQ1025-2006)。规范就矿井瓦斯等级的划分、鉴定方法均做了明确的规定。具体鉴定方法是：选定某个月为鉴定月（一般选瓦斯涌出量最大且生产正常进行的一个月），在该月的上、中、下旬各取一天（相隔10天）做为鉴定日，在鉴定日分三班（或四班）分别测定矿井（或某个采区、某个煤层）的风量和瓦斯浓度，计算出每个班的绝对瓦斯涌出量，取三个班的平均值做为该日的矿井瓦斯出量（如果有抽放瓦斯量，还应加上该项），将三天的鉴定结果对比，取最大值做为矿瓦井瓦斯等级鉴定结果。公路、铁路隧道相关规范对隧道瓦斯等级的指标进行了规定，但没有明确鉴定方法。有隧道请重庆煤科院进行过隧道瓦斯等级鉴定，鉴定方法如下：突出危险性鉴定：根据打钻过程中是否有动力现象和现场突出危险预测确定隧道所穿煤层是否有突出危险；在确定无突出危险的前提下，进行现场实测隧道施工期间的回风的瓦斯浓度及回风量，从而计算出绝对瓦斯涌出量，若＜0.5m3/min则为低瓦斯工区；若≥0.5m3/min则为高瓦斯工区。由于隧道施工期间不同作业工序瓦斯涌出的明显差异性，国内同行对检测瓦斯浓度、风量的时间持不同观点：方法一：以放炮后最大回风瓦斯浓度做为鉴定依据；方法二：提前确定鉴定时间：某月的某三天（分上、中、下旬间隔10天），某天的某三个时刻（间隔8小时），不论隧道进行什么工序作业，一切按计划进行；方法三：按不同工序进行测定，然后考虑该工序权重，计算瓦斯涌出量，例如，分成四道工序：放炮、出碴、立拱架、喷混凝土，对每道工序作业时的回风瓦斯浓度、回风量进行测定，取上述四道工序的权重分别为0.5、0.2、0.2、0.1，计算确定瓦斯涌出量。连测三个作业循环，取最大值做为鉴定结果方法一鉴定的等级偏高，从安全的角度出发是有利的；方法二的随机性很大，参考矿井瓦斯等级鉴定方法；方法三借鉴了煤矿的方法，也考虑了隧道的特点。超前钻孔时钻孔内瓦斯浓度与隧道开挖时的瓦斯涌出量的确有一定联系，但由此反算隧道瓦斯涌出量理论依据和规范依据都不足，受个人水平、经验的影响很大。七、电气设备1、《铁规》、《公路隧道施工技术规范》在隧道内电气设备防爆要求方面的规定相同高瓦斯工区和煤与瓦斯突出工区洞内所有电气设备必须采用防爆型。低瓦斯工区可以采用普通型（铁规）。隧道内电气设备包括固定电气设备、行走机械两大类高瓦斯和煤与瓦斯突出工区的回风路线上使用的电气设备也必须按高瓦斯工区要求选用电气设备2、国内瓦斯隧道采用电气设备类型的现状煤与瓦斯突出隧道数量很少，必须严格按规定采用防爆电气设备和防爆有轨装、运机械（国内煤与瓦斯突出隧道实际也是此套装备）天然气隧道不存在煤与瓦斯突出问题，但有可能发生瓦斯喷出（涌出量1m3/min以上，持续8小时以上）高瓦斯隧道数量较多，洞内固定电气设备采用防爆型。行走式机械：只有极少