铁路隧道瓦斯危害与防治对策2课件

铁路隧道瓦斯危害与防治对策主讲：罗泽中国家注册安全工程师国家二级安全评价师采矿工程高级工程师Tel南省煤炭地质勘查院

.提纲：1.瓦斯与瓦斯隧道概念及瓦斯赋存主要地层2.瓦斯隧道分类与划分标准3.瓦斯特性与危害特征4.瓦斯检测常有仪器与使用方法5.隧道瓦斯检测方法及要求6.规程与技术规范对铁路隧道瓦斯等有毒有害气体最高允许值7.瓦斯防治对策.一、瓦斯与瓦斯隧道概念与瓦斯赋存主要地层.1、什么是瓦斯瓦斯——以甲烷为主的有害气体的总称（包括CH４、CO2、CO、SO２、H2S等），有时单指甲烷（CH４）。以自由或吸附状态存在于煤及围岩中或者是具有成气条件的页岩中（又叫页岩气），还有天然气与油气田或古油床地层中（油气）。.2、瓦斯赋存主要地层（1）煤层气：所有含煤地层都有瓦斯存在，比如：龙潭煤系、测水煤系、二叠梁山煤系、三叠系上统、侏罗系下统等地层。比如2008年我院承担的新建龙厦铁路象山隧道瓦斯地质调查项目（2008年1月21日21时45分象山隧道1#斜井进入正洞左线龙岩方向掌子面里程DK21+568处放炮后检测到瓦斯浓度高达0.56%）属二迭系下统童子岩组煤系地层瓦斯；2009年我单位承担的新建合福铁路桔园、鲁口、石门山、南雅隧道瓦斯地质调查项目属侏罗系梨山组含煤地层瓦斯；2011年承担的贵州省杭瑞高速公路水箐沟隧道、青山隧道瓦斯地质调查项目属二叠系上统龙潭组含煤地层瓦斯；2013年承担的新建铁路蒙西至华中地区煤运通道工程三门峡至荆门段西安岭隧道属中生代三叠系含煤地层瓦斯。.（2）天然气：天然气系古生物遗骸长期沉积地下，经慢慢转化及变质裂解而产生之气态碳氢化合物，具可燃性，多在油田开采原油时伴随而出。

天然气蕴藏在地下约3000—4000米之多孔隙岩层中，主要成分为甲烷，比重0.65，比空气轻，具有无色、无味、无毒之特性。天然气一般分为4种：从气田开采出来的气田气（或称纯天然气）；伴随石油一起开采出来的石油（也称石油伴生气）；含石油轻质馏分的凝析气田气；从煤矿井下煤层中抽出的矿井气。

东，就是东海盆地；南，就是莺歌海-琼东南及云贵地区；西，就是新疆的塔里木盆地、吐哈盆地、准噶尔盆地和青海的柴达木盆地；北，就是东北华北的广大地区，在那里有着众多的大油田、老油田；中，就是鄂尔多斯盆地和四川盆地。

.（3）页岩气：页岩气是一种典型的非常规天然气，在页岩气藏中，页岩地层既是气源岩也是储层及盖层。页岩气主要以吸附状态和游离状态两种形式存在于页岩地层中。比如：我单位2009年承担的赣龙铁路扩能改造工程枫树排、梓山、刘屋、小密、西江、砂洲坝隧道瓦斯地质调查项目属寒武系下统板岩层页岩气；2010年承担的杭州至黄山新建铁路安微省黄山市歇县天目山、查坑四号、鸡冠山隧道瓦斯地质调查项目和2011年承担的京福铁路客运专线闽赣段江西省上饶市陈山坞隧道瓦斯地质调查项目（当时自隧道进口至DK439+038已完成138m隧道掘进，自施工以来，2011年4月13日7：30在隧道DK439+018处工作面放炮时产生3处火焰，每处火焰宽度约1.5m。2011年4月14日11：40在隧道DK439+023处工作面放炮时产生2处火焰，每处火焰宽度约1m，持续时间约7分钟。2011年4月19日15点放炮后进入工作面检测人员出现头晕、气味刺鼻、呕心现象。2011年4月21日隧道内钢筋班作业人员有头晕、呕心的现象。）属寒武系下统荷塘组页岩气；2013年承担的湖南省新建怀邵衡铁路雪峰山隧道、黄岩隧道、仓钳岭隧道、凉山隧道瓦斯地质调查项目就属湖南境内的寒武系牛蹄塘组页岩气。

.（4）石油气：我国已发现泥页岩油气藏的有松辽盆地的古龙凹陷，渤海湾盆地的辽河坳陷、济阳坳陷、临清坳陷，柴达木盆地的茫崖坳陷、柴北缘，江汉盆地的潜江坳陷、四川盆地的川中、川西南，酒泉盆地的青西油田、花海凹陷等，还有部分古油床地层。比如2015年我单位承担的湖南省在建的黔张常铁路唐家寨隧道瓦斯地质调查项目属二叠系下统栖霞组存在古油气床所产生的瓦斯。.

唐家寨隧道于2015年11月6日14：13上台阶掌子面放炮，经通风排烟后，爆破工进入掌子面观察排险，发现砟堆中个别爆破出来的石块较大，需要补炮破碎。14：40左右装少量炸药进行了补炮处理，爆破工返回排险时，发现掌子面（里程DK118+040，Ⅱ级围岩段落）有不明气体被引燃。最初在开挖线左周边自底板向上约3~4米弧长、线右周边自底板上5~6米弧长都在燃烧，大约10分钟后掌子面周边火苗逐步熄灭。在线右拱腰一个炮眼和线右上台阶拱脚两处，火苗未熄灭。线右上台阶拱脚位置燃烧较强烈，火焰高达一米多，且能听到明显的气体喷燃的声音，线右拱腰一个炮眼处喷燃较弱，火焰长度约30cm。现场管理人员立即撤出了所有施工人员，并全速通风和暂停出碴作业。约通风1小时后，安排安全员持JCB4便携式甲烷检测报警仪边监测边进入掌子面观察，监测到甲烷浓度从洞口至掌子面甲烷浓度为0.61%~0.16%不等（推测通风后已将甲烷浓度稀释），未发现明显异常。不明气体燃烧共持续约2小时后熄灭。.

（5）生物气：它们通常出现在较浅的未成熟的沉积地层中，包括江河、湖泊、沼泽、和近海滩的海湾、一些潮湿的土壤等，以及厌氧硫酸盐还原地区的冰川和海洋沉积物中。除近代沉积外，煤、富有有机质页岩和原油生物降解也能形成大量生物气，生物成因气在地史过程的碳循环中起重要作用。对于地下浅层，由于沉积物中的有机质在还原环境下经微生物作用可以形成富甲烷气体、硫化氢(H2S)、一氧化碳（CO）等有害气体，并可以大规模广范围地生成且聚集起来，形成生物气藏。生物气埋深较浅，在城市轨道交通隧道勘察设工常见。如：哈尔滨市轨道交通2号线、昆明轨道交通二号线和五号线，上海、武汉、杭州等城市轨道交通都有遇见。比如最近我单位承担的昆明市地铁2号线与5号线有害气体勘察项目所发现的有害气体就属此类，从已完成的昆明市地铁2号线有害气体勘察可知：福保路与官南路区段钻孔内气样分析最大值CH445.2%、Ｈ２Ｓ480ppm（0.048%＞最高允许值0.00066%）、ＣＯ1566ppm（0.1566%＞最高允许值0.0024%）。.二、瓦斯隧道分类与划分标准.1、瓦斯隧道分类（《铁路瓦斯隧道技术规范》TB10120-2002J160–2002第4.1.1、4.1.2、4.1.3、4.1.4条）（1）瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。（2）瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。

2、瓦斯隧道划分标准

（1）低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定。当全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/min时，为低瓦斯工区;大于或等于0.5m3/min时，为高瓦斯工区。.（2）瓦斯隧道只要有一处有突出危险，该处所在的工区即为瓦斯突出工区。判定瓦斯突出必须同时满足下列4个指标:a、

瓦斯压力P≥0.74MPa(测定方法按附录D);b、瓦斯放散初速度△P≥10(测定方法按附录E);c、

煤的坚固性系数f≦0.5(测定方法按附录F);d、煤的破坏类型为Ⅲ类及以上(破坏类型按附录A)。.（3）瓦斯工区根据其含瓦斯的情况，可划分为非瓦斯地段和三级、二级与一级三种含瓦斯地段，并分别采用不同的衬砌结构（含瓦斯地段的等级应按表4.2.1确定）。三级瓦斯地段等级：吨煤瓦斯含量小于0.5m3/t，

瓦斯压力小于0.15MPa；二级瓦斯地段等级：吨煤瓦斯含量大于或等于0.5m3/t，

瓦斯压力大于或等于0.15MPa，小于0.74MPa；一级瓦斯地段等级：瓦斯压力大于或等于0.74MPa。注:当按吨煤瓦斯含量及瓦斯压力确定的地段等级不一致时，应取较高者。.三、

瓦斯特性与危害特征.1.瓦斯特性瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体，比空气轻，风速较低时易积聚在隧道顶部及冒顶处上部；具有很强的渗透性，即在一定的压力作用下，能从煤或岩层中向掘进空间涌出，甚至喷出或突出。.2.瓦斯危害特征（1）瓦斯能使人窒息：地下工程空气中瓦斯等有害气体浓度较高时，会相对地降低空气中氧气含量，使人窒息死亡。（2）瓦斯可以燃烧：瓦斯在3-5%时遇火源可以燃烧，瓦斯燃烧可以产生大量有毒有害气体（CO２、CO等），火灾可以直接使人员伤亡与造成隧道内财产损失。（3）瓦斯具有爆炸性：瓦斯爆炸的三个必备条件如下①一定的瓦斯浓度，5%-16%；②引火温度，650-750度；③充足的氧气含量，不低于12%。.瓦斯爆炸后产生高温，即爆炸产生的热量迅速加热周围空气，一般情况下温度在1850℃以上；有害气体爆炸后产生高压，即周围气体温度急剧升高时，就必然引起气体压力的突然增大，一般爆炸后的压力可以达到爆炸前的9倍；有害气体爆炸后产生正向及反向冲击，直接造成人员伤亡、设备损失，工程设施遭到破坏；有害气体爆炸后产生一氧化碳等有害气体，使人中毒而亡；有害气体爆炸要消耗大量氧气，使爆炸现场氧气浓度急剧下降，使人窒息而亡（２０１７年5月2日14时50分左右，贵州省毕节市大方县境内，成贵快铁在建工程七扇岩隧道发生瓦斯爆炸事故，截止5月3日4时45分许，事故共造成12人死亡，12人受伤）。（４）岩煤层中甲烷浓度和压力较大时，可能因工程活动的影响而以突然的、猛烈的形式被释放出来，同时带出大量的煤与岩石，直接造成隧道和受限空间内人员伤亡，设备、设施的破坏。这就是煤与瓦斯突出。（５）气体的短时间内大量释放，将大幅度降低含气地层的强度，造成含气层分布区域及相邻区域地层的物理力学性质发生明显变化，导致地面不均匀沉降或地下工程遭到破坏。.四、瓦斯检测常用仪器与使用方法.1、瓦斯检测常用仪器（1）光干涉甲烷测定器有CJG10型（0-10%）与CJG100型（0-100%）两种。.（2）GCB-CJ８６B高低浓度甲烷检测报警仪.（３）英思科M40四合一气体检测仪型号：M40（可燃气体，硫化氢，一氧化碳，氧气）（４）KG9001C型高低浓度甲烷传感器.２、光学瓦斯检测仪的使用方法光学瓦斯检测仪根据光学原理设计制造的，主要用来测定瓦斯的浓度和二氧化碳的浓度。按照测量的范围分为低浓度光学瓦斯检测仪（测量范围0～10%，精度0.01%）和高浓度光学瓦斯检测仪（测量范围0～100%，精度0.1%）两种。1）、对药品效能进行检查

可从外观来判断药品是否失效：

（1）、氯化钙正常：白色立方晶体，3～5毫米失效：浆糊固体状

（2）、硅胶正常：深蓝色且光滑，2～3毫米失效：粉红色严重失效：粉白色且不光滑

（3）、钠石灰（主要成分为氧化钙、氢氧化钠和少量的水，主要作为干燥剂，同时也可以用来吸收酸性气体，如二氧化碳、二氧化硫。）正常：白色颗粒，3～5毫米失效：粉白色.2）、对各部分进行气密检查

（1）检查吸气球。

一手捏扁吸气球，一手压住橡皮管，看吸气球是否膨胀。

（2）检查仪器其它部分取下进气孔皮管，然后捏扁吸气球，再堵住进气孔，看吸气球是否膨胀。

（3）检查气路系统是否畅通

放开进气孔，用手捏扁吸气球，放开吸气球马上膨胀说明正常。

3）、对电路部分进行检查

（1）正常情况

分别先后按下光源电门和微读数电门，若光源灯泡和微读数灯泡亮则正常。

（2）故障情况a、断路b、连电c、短路：线路短路；电源短路.4）、检查干涉条纹是否清晰装电池→按按钮→目镜观测→调整视度→判断是否清晰5）、干涉条纹的零位调整第一步：按下按钮→转动测微手轮→使刻度盘零位与指标线重合。第二步：按下按钮→转动粗动手轮→把干涉条纹中最黑的一条或两条黑线中的任一条与活划板上的零位对准，并记住所对的线→旋上护盖。.6）、进行测定（1）、瓦斯含量的测定a、把瓦斯入口的橡皮管伸入测定地点；b、然后慢慢握压吸气球五六次，使待测气体进入瓦斯室；c、由目镜观察，读出干涉条纹在分划板上移动的概数；d、转动测微手轮，按下测微照明电路的按钮，读出刻度盘上的读数。

.（2）、二氧化碳含量的测定

a、首先测出瓦斯浓度；b、然后去掉CO2吸收管，再测出瓦斯和CO2混合气体的浓度；

c、混合气体浓度减去瓦斯浓度，再乘0.955的校正系数，即为要测定的CO2浓度。.3、安全监控系统

在高瓦斯与突出隧道必须安装安全监控系统，主要是监测隧道内的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等有毒有害气体浓度与风速、温度、岩尘浓度、烟雾等，以及整个隧道内工作实况。

（1）安全监控设备必须具有故障闭锁功能。当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或者故障时，必须切断该监控设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备的电源并闭锁；当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。

（2）安全监控系统必须具备甲烷电闭锁和风电闭锁功能。当主机或者系统线缆发生故障时，必须保证实现甲烷电闭锁和风电闭锁的全部功能。系统必须具有断电、馈电状态监测和报警功能。

（3）突出隧道必须在隧道工作面与回风流中设置全量程或者高低浓度甲烷传感器。

（4）安装图像监视系统应当在调度室设置集中显示装置，并具有存储和查询功能。.（5）我国目前常用的煤矿安全监控系统主要型号有：KJ4/KJ2000、KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJG2000等，KJ是煤安标志，后面的数字只代表申请煤安标志的顺序。.五、隧道瓦斯检测方法与要求.1、隧道瓦斯检测方法：

人工与自动检测相结合，一般人工检测为主。2、隧道瓦斯检测要求1)、每班检测次数要求：（1）低瓦斯隧道，每班至少2次；

（2）高瓦斯隧道，每班至少3次；

（3）突出煤层、有瓦斯喷出危险或者瓦斯涌出较大、变化异常的隧道工作面，必须有专人经常检查。

.2)、其他要求

（1）隧道工作面二氧化碳浓度应当每班至少检查2次；有煤(岩)与二氧化碳突出危险或者二氧化碳涌出量较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查二氧化碳浓度。对于未进行作业的采掘工作面，可能涌出或者积聚甲烷、二氧化碳的硐室和巷道，应当每班至少检查1次甲烷、二氧化碳浓度。

(2)瓦斯检查工必须执行瓦斯巡回检查制度和请示报告制度，并认真填写瓦斯检查班报。每次检查结果必须记入瓦斯检查班报手册和检查地点的记录牌上，并通知现场工作人员。甲烷浓度超过规程规定时，瓦斯检查工有权责令现场人员停止工作，并撤到安全地点。

(3)在有自然发火危险的隧道，必须定期检查一氧化碳浓度、气体温度等变化情况。

(4)隧道停停止作业时风流中的甲烷浓度每天至少检查1次。

(5)通风值班人员必须审阅瓦斯班报，掌握瓦斯变化情况，发现问题，及时处理，并向调度室汇报。通风瓦斯日报必须送工长、总工程师审阅。对重大的通风、瓦斯问题，应当制定措施，进行处理。.3、检测地点（1）隧道断面全高的顶部三分之一风流中；（2）隧道冒顶或片帮空间顶部；（3）炮眼钻孔内；（4）其他任何需要检测的地方。.六、规程与技术规范对铁路隧道瓦斯等有害气体最高允许值.1、瓦斯最高允许值根据《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002/J160-2002）第7.2.7条规定：独头施工的瓦斯隧道，采用压人式通风，整个巷道都是回风流。考虑到洞内有电气设备，工作面还有后部工序作业，故工作面风流中瓦斯浓度稀释在0.5%以下。对于有平行导坑的巷道式通风，回风风流中瓦斯浓度应在0.75%以下。但其开挖工作面仍为独头，故风流中的瓦斯浓度应控制在0.5%以下。.2、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等有毒气体最高允许值根据《煤矿安全规程》（2016年版）第135条规定：一氧化碳CO——0.0024%；氧化氮(换算成NO2)——0.00025%；二氧化硫SO2——0.0005%；硫化氢H2S——0.00066%；氨NH3——0.004%。.七、瓦斯防治对策.（一）、瓦斯爆炸事故的防治1、瓦斯爆炸必须具备的三个基本条件：（1）一定的瓦斯浓度，5%-16%；（2）引火温度，650-750度；（3）充足的氧气含量，不低于12%。2、瓦斯爆炸预防途径：防止瓦斯积聚

防止引爆瓦斯防止爆炸扩大3、防止瓦斯积聚的措施（1）加强通风（2）加强瓦斯检查和监测（3）及时处理局部积聚的瓦斯.4、防止引爆瓦斯的措施（1）防止明火（2）防止出现爆破火焰（3）防止出现电火花（4）其他引火源的治理5、防止瓦斯爆炸灾害扩大措施（1）编制灾害预防与处理计划（2）设隔爆设施：水棚、岩粉棚

（3）佩带自救器.（二）其他瓦斯防治安全措施

1、参照《煤矿安全规程》第一百七十二条

规定隧道工作面回风巷风流中甲烷浓度超过1.0％或者二氧化碳浓度超过1.5％时，必须停止工作，撤出人员，采取措施，进行处理。

.2、参照《煤矿安全规程》第一百七十三条

规定：隧道工作面及其他作业地点风流中甲烷浓度达到1.0％时，必须停止用电钻打眼；爆破地点附近20m以内风流中甲烷浓度达到1.0％时，严禁爆破。

隧道工作面及其他作业地点风流中、电动机或者其开关安设地点附近20m以内风流中的甲烷浓度达到1.5％时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理。

隧道工作面及其他巷道内，体积大于0.5m3

的空间内积聚的甲烷浓度达到2.0％时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。

对因甲烷浓度超过规定被切断电源的电气设备，必须在甲烷浓度降到1.0％以下时，方可通电起动。

.3、参照《煤矿安全规程》第一百七十六条

:局部通风机因故停止运转，在恢复通风前，必须首先检查瓦斯，只有停风区中最高甲烷浓度不超过1.0％和最高二氧化碳浓度不超过1.5％，且局部通风机及其开关附近10m以内风流中的甲烷浓度都不超过0.5％时，方可人工开启局部通风机，恢复正常通风。

停风区中甲烷浓度超过1.0％或者二氧化碳浓度超过1.5％，最高甲烷浓度和二氧化碳浓度不超过3.0％时，必须采取安全措施，控制风流排放瓦斯。

停风区中甲烷浓度或者二氧化碳浓度超过3.0％时，必须制定安全排放瓦斯措施，报总工程师批准。

在排放瓦斯过程中，排出的瓦斯与全风压风流混合处的甲烷和二氧化碳浓度均不得超过1.5％，且混合风流经过的所有巷道内必须停电撤人，其他地点的停电撤人范围应当在措施中明确规定。只有恢复通风的巷道风流中甲烷浓度不超过1.0％和二氧化碳浓度不超过1.5％时，方可人工恢复局部通风机供风巷道内电气设备的供电和采区回风系统内的供电。

.4、隧道工作面爆破作业时一定要坚持“一炮三检”。即装药前、爆破前、爆破后分别由瓦斯检查员检查爆破地点附近风流中的瓦斯浓度。瓦斯浓度超过1.0%严禁爆破。爆破后隧道内风流中的瓦斯浓度不超过0.5%才