彭海

（四川省交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 四川成都 610000）

1 瓦斯的危害

1.1 瓦斯的概念

在隧道施工時(shí)，圍巖和煤層中會(huì)溢出成分復(fù)雜的有毒有害氣體，這些氣體被統(tǒng)稱為瓦斯。這種地質(zhì)危害帶有一定的特殊性。瓦斯中的氣體如若發(fā)生災(zāi)害，往往會(huì)引發(fā)重大災(zāi)害，這些氣體包括一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、硫化氫（H2S）等。狹義上的瓦斯是指以甲烷（CH4）為主，其是一種無色無味的氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度為0℃、大氣壓為101.3kPa）下比空氣輕（瓦斯的密度為0.716kg/m3，空氣密度為1.29kg/m3）。

在修建隧道時(shí)，往往采用鉆爆法施工，在爆破作業(yè)過程中，爆破面會(huì)急劇逸出瓦斯氣體。由于瓦斯氣體密度小，因此，如果隧道內(nèi)的空氣流通狀況不好，極易在隧道拱頂大量積聚［1］，一旦隧道內(nèi)空氣中瓦斯含量超過一定濃度，會(huì)變得極其不穩(wěn)定，一旦遇到火源或者高溫物體，很可能發(fā)生爆炸。

1.2 高速公路瓦斯隧道的分類

高速公路瓦斯隧道通常分為低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道3種類型。而分類的標(biāo)準(zhǔn)則取決于隧道內(nèi)瓦斯工區(qū)最高級(jí)。瓦斯工區(qū)是指在地層含有瓦斯的隧道施工區(qū)段，瓦斯隧道工區(qū)又分為非瓦斯、低瓦斯、高瓦斯及瓦斯突出工區(qū)4 類。依照瓦斯涌出量來判定等級(jí)。在衡量高、低瓦斯工區(qū)時(shí)，存在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即0.5m3/min［2］，如果全工區(qū)瓦斯涌出量不超過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即為低瓦斯工區(qū)，反之則為高瓦斯工區(qū)。瓦斯地層或瓦斯工區(qū)絕對(duì)瓦斯涌出量判定指標(biāo)見表1。

表1 瓦斯工區(qū)絕對(duì)瓦斯涌出量判定指標(biāo)

一旦在瓦斯隧道中某處發(fā)現(xiàn)了危險(xiǎn)源或者風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，則該地段則會(huì)被認(rèn)定為瓦斯突出危險(xiǎn)工區(qū)。判斷瓦斯是否突出的標(biāo)準(zhǔn)如下：瓦斯壓力P≥0.74MPa，瓦斯放散初速度ΔP≥10。

1.3 瓦斯的危害

瓦斯會(huì)帶來多種危害，如瓦斯爆炸、瓦斯窒息、瓦斯燃燒等，這些都會(huì)引發(fā)事故，往往會(huì)給施工作業(yè)人員帶來重大危險(xiǎn)。

1.3.1 瓦斯窒息

甲烷這種氣體本身是無毒的，但是一旦空氣中甲烷的比例超過一定量時(shí)，就必然會(huì)導(dǎo)致空氣中的氧氣濃度迅速降低。一旦空氣中的氧含量降到17%時(shí)，人們就會(huì)感到呼吸困難；而當(dāng)其下降到12%以下時(shí)，就會(huì)使人發(fā)生窒息甚至死亡。

1.3.2 瓦斯燃燒與爆炸

瓦斯發(fā)生爆炸會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體、沖擊波及高溫焰面。在隧道中，化學(xué)反應(yīng)區(qū)和高溫氣體處于運(yùn)動(dòng)中，就會(huì)形成焰面。焰面的溫度非常高，基本可以達(dá)到2150～2650℃，速度非?？欤罡呖蛇_(dá)2500m/s，焰面所經(jīng)之處會(huì)發(fā)生嚴(yán)重火災(zāi)，且災(zāi)情會(huì)不斷擴(kuò)大。瓦斯爆炸是瓦斯隧道施工中最嚴(yán)重的事故，一旦發(fā)生爆炸，就會(huì)造成作業(yè)人員嚴(yán)重傷亡。

1.3.3 巖與瓦斯突出大量瓦斯從隧道裂隙中噴出僅需要極短的時(shí)間，最多幾個(gè)小時(shí)，短則幾分鐘，瓦斯噴出時(shí)伴有巨大轟響，其中夾雜著巖塊或者煤塊。

2 瓦斯的防治及措施

2.1 瓦斯發(fā)生爆炸的條件

瓦斯爆炸必須同時(shí)滿足以下3 個(gè)條件：一是要有足夠高的瓦斯?jié)舛?；二是存在高溫火源，能夠引燃瓦斯氣體；三是有充足的氧氣。

2.1.1 瓦斯?jié)舛?/p>

瓦斯爆炸對(duì)于濃度有一定的要求，瓦斯爆炸界限通常來說下限是5%，上限是16%［3］。若空氣中的瓦斯?jié)舛炔蛔?%，即便有火源也不會(huì)爆炸，但是會(huì)出現(xiàn)燃層；如果瓦斯含量達(dá)到了9.5%，此時(shí)瓦斯爆炸產(chǎn)生的威力是最大的；若瓦斯?jié)舛瘸^16%，也不會(huì)爆炸，但是遇到高溫火源會(huì)發(fā)生燃燒［4］。瓦斯?jié)舛瓤刂茦?biāo)準(zhǔn)和瓦斯超限處理措施見表2。

表2 瓦斯?jié)舛瓤刂茦?biāo)準(zhǔn)和瓦斯超限處理措施

2.1.2 引火溫度

引火溫度是指能夠引發(fā)瓦斯燃燒或者爆炸的燃點(diǎn)溫度。一般來說，引火溫度介于650～750℃之間，但是這一溫度區(qū)間并不是絕對(duì)的，它還會(huì)受到諸多因素的影響，如混合氣體壓力、瓦斯氣體濃度等。

由于瓦斯存在火延遲性，在瓦斯接觸高溫?zé)嵩磿r(shí)，并非馬上爆炸或者燃燒，中間還會(huì)有一個(gè)短暫的間隔時(shí)間，這個(gè)時(shí)間間隔被稱為感應(yīng)期。感應(yīng)期的長(zhǎng)短受許多因素影響，如火源溫度、瓦斯?jié)舛?、混合氣體壓力等?；鹪礈囟群透袘?yīng)期時(shí)長(zhǎng)呈現(xiàn)出反相關(guān)，而瓦斯?jié)舛群透袘?yīng)期呈現(xiàn)出正相關(guān)，合理利用這個(gè)感應(yīng)期對(duì)安全生產(chǎn)有巨大的作用。例如，在使用炸藥爆破時(shí)，其初溫非常高，能夠達(dá)到2000℃，但是，由于高溫存在的時(shí)間非常短暫，通常只有千分之幾秒，它并不會(huì)引起瓦斯的爆炸，因此，可以選擇合適的雷管來控制爆破時(shí)間，以防止逸出的瓦斯發(fā)生爆炸。

2.1.3 氧的濃度

如果混合氣體中氧氣含量不足12%，瓦斯不會(huì)爆炸。在判斷火區(qū)是否會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸時(shí)，可以靈活運(yùn)用氧含量與瓦斯爆炸之間的關(guān)系，這一理論在密封或啟封火災(zāi)區(qū)時(shí)具有指導(dǎo)意義。

2.2 瓦斯及有害氣體防治

防止瓦斯燃燒、爆炸，通常有如下幾種方法。（1）防止瓦斯聚集。在生產(chǎn)工作中，應(yīng)該注意通風(fēng)，避免瓦斯積聚導(dǎo)致隧道之中瓦斯?jié)舛冗^高。（2）防止瓦斯被引燃。配電箱等設(shè)備要帶有防爆功能，加強(qiáng)用火管理，嚴(yán)禁明火。（3）建立應(yīng)急管理體系，防止事故發(fā)生和擴(kuò)大。（4）加強(qiáng)瓦斯檢測(cè)。在監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛葧r(shí)，采用兩套系統(tǒng)，采用人工與自動(dòng)兩種方式相結(jié)合的檢測(cè)方式，一旦發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，立即按照瓦斯管理辦法采取應(yīng)急措施。

瓦斯積聚的部位主要為隧道拱頂、開挖凹陷處、隧道塌腔、隧道施工斷面變化處（襯砌施工端頭、模板臺(tái)車施工前后）、隧道洞室、及會(huì)車道、橫通道處、通風(fēng)死角、大型機(jī)械經(jīng)常停留處。加強(qiáng)隧道通風(fēng)，合理布設(shè)局扇位置，是防止瓦斯聚集的關(guān)鍵措施。

嚴(yán)格按照瓦斯及有害氣體監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)配置合適的監(jiān)測(cè)儀器，嚴(yán)格按照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和程序?qū)嵤┩咚箼z測(cè)，是確保瓦斯管控達(dá)標(biāo)的重要手段。

2.2.1 做好超前預(yù)報(bào)工作

為保證隧道施工安全，應(yīng)該認(rèn)真分析瓦斯隧道地質(zhì)構(gòu)造和地層特點(diǎn)，必須進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。為了確保信息準(zhǔn)確，需要選取多種探測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)預(yù)報(bào)的結(jié)果，要采取相應(yīng)的方法治理瓦斯問題，把安全事故發(fā)生率降到最低。

2.2.2 防止瓦斯的積聚

防止瓦斯的積聚通常是加強(qiáng)隧道內(nèi)的通風(fēng)，確保瓦斯隧道在整個(gè)施工時(shí)間內(nèi)風(fēng)機(jī)不停止通風(fēng)，通過大量新鮮風(fēng)的送入，把隧道內(nèi)瓦斯排除隧道外，同時(shí)它也是排除隧道內(nèi)煙塵的主要手段。通風(fēng)必須編制專門的通風(fēng)方案，并配備專門的通風(fēng)工程師，通風(fēng)設(shè)備必須采用防爆風(fēng)機(jī)并安裝備用風(fēng)機(jī)和備用供電系統(tǒng)。同時(shí)，還需要保證備用電源和風(fēng)機(jī)之間能夠自動(dòng)切換，確保保持24h不間斷通風(fēng)，當(dāng)主電源斷電之后，備用電源必須在10min之內(nèi)向風(fēng)機(jī)供電［5］。

2.2.3 嚴(yán)控火源

（1）要加強(qiáng)管理，樹立全員防火意識(shí)。在管理中，需要提高管理人員和作業(yè)人員的自身素質(zhì)，如果做不到這點(diǎn)，就無法杜絕在隧道中出現(xiàn)瓦斯點(diǎn)火源。因此，要加強(qiáng)作業(yè)人員的培訓(xùn)，熟悉隧道的防火、防爆知識(shí)，嚴(yán)格落實(shí)相關(guān)規(guī)定，一旦發(fā)現(xiàn)問題，嚴(yán)格處理，這是防止火源出現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。

（2）防止放炮火源。爆破作業(yè)要嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》，使用專用炸藥，不允許使用普通乳化炸藥。嚴(yán)格按照管理制度規(guī)定，在爆破作業(yè)點(diǎn)必須做到“一炮三檢”及“三人連鎖放炮”，確保爆破前后的瓦斯?jié)舛仍诳煽胤秶鷥?nèi)。爆破的位置、裝藥量、炮眼深度都需要經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，不允許采用裸露放炮線路，嚴(yán)禁使用明接頭。在執(zhí)行爆破作業(yè)時(shí)，必須嚴(yán)格按照方案操作，把炮眼填嚴(yán)實(shí)，填充炮眼的材料必須是水炮泥，不允許使用可燃性物質(zhì)，不允許放糊炮和明炮。

（3）防止電氣火源和靜電火源。靜電會(huì)產(chǎn)生火花，所以，進(jìn)入瓦斯隧道中作業(yè)的人員一律不允許穿化纖服，進(jìn)洞必須穿統(tǒng)一發(fā)放的棉工作服。使用塑料、橡膠制品等這類物品，表面電阻不得超過安全規(guī)定值。

（4）嚴(yán)禁明火進(jìn)洞。作業(yè)人員嚴(yán)禁攜帶香煙、打火機(jī)等易燃易爆物品進(jìn)入隧道。必須動(dòng)火作業(yè)時(shí)，要經(jīng)過項(xiàng)目經(jīng)理的批準(zhǔn)，并指定專職安全人員、瓦斯檢查人員蹲點(diǎn)值守。在隧道洞口20m 范圍內(nèi)不允許使用火源，也不允許在此范圍內(nèi)進(jìn)行電氣焊作業(yè)。在隧道內(nèi)，嚴(yán)禁存放一切易燃易爆物，如柴油、木材、防水板等。

2.2.4 加強(qiáng)瓦斯的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)工作

通過分析各種瓦斯隧道事故，不難找出造成事故的原因：既沒有嚴(yán)格監(jiān)測(cè)瓦斯信息，也沒有按照規(guī)范進(jìn)行施工。為了避免在隧道施工出現(xiàn)安全事故，必須對(duì)瓦斯進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在隧道施工中，瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)非常重要，這項(xiàng)工作的目的在于保證施工安全。在實(shí)施監(jiān)控過程中，必須做到雙管齊下，一方面使用人工監(jiān)測(cè)，一方面進(jìn)行自動(dòng)設(shè)備監(jiān)測(cè)，將這兩種模式結(jié)合起來，確保監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，提高施工安全度。

（1）在爆破過程中，要從管理層面嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”及“三人連鎖放炮”制度。除了瓦斯檢查人員對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測(cè)之外，爆破工、班（組）長(zhǎng)也需要進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)完成之后，進(jìn)行核對(duì)，取3 人檢測(cè)的最大濃度值作為處理依據(jù)。

（2）瓦檢人員必須按照制度規(guī)定對(duì)瓦斯進(jìn)行定期檢測(cè)，將檢測(cè)內(nèi)容填寫到專門的表格當(dāng)中，在專用瓦斯檢測(cè)記錄牌上填寫結(jié)果，同時(shí)用防爆照相機(jī)拍下影像資料。

（3）專職安全管理人員必須對(duì)瓦斯檢查班報(bào)表進(jìn)行審閱，不定時(shí)抽查瓦斯檢測(cè)情況，隨時(shí)掌握隧道內(nèi)瓦斯監(jiān)測(cè)情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即按照應(yīng)急管理程序處理，并向項(xiàng)目經(jīng)理及時(shí)匯報(bào)。

（4）必須定期調(diào)試和校正用于安全檢測(cè)的儀器儀表。安全部門需要全面對(duì)隧道各工區(qū)使用的所有檢測(cè)儀器送有檢測(cè)資質(zhì)的相關(guān)單位進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)行性能測(cè)試、校正，并按照相應(yīng)管理要求存檔備查。

2.2.5 建立完善的管理制度

只有嚴(yán)格落實(shí)安全管理制度，才能保證安全生產(chǎn)。在施工前，需要專門制訂施工方案，建立完善的安全制度，如隧道通風(fēng)、瓦斯檢測(cè)、隧道門禁系統(tǒng)、“一炮三檢”及“三人連鎖放炮”、動(dòng)火審批制度等。施工人員進(jìn)洞之前要穿上統(tǒng)一的工裝，值班人員對(duì)其攜帶的物品進(jìn)行仔細(xì)檢查，不允許將手機(jī)、煙草、打火機(jī)等物帶入隧道之中。若從事電焊、氣割作業(yè)，必須事前獲得審批。如果需要將車輛駛?cè)敫咄咚顾淼?，還需要安裝尾氣排放凈化器，否則尾氣可能成為危險(xiǎn)源。

3 瓦斯災(zāi)害的應(yīng)急救援

（1）針對(duì)瓦斯災(zāi)害，要編制應(yīng)急救援預(yù)案，要求所有施工人員均參加學(xué)習(xí)預(yù)案［6］。同時(shí)，與當(dāng)?shù)氐V山救援隊(duì)簽訂合作協(xié)議，每年定期舉行應(yīng)急演練，增強(qiáng)事故發(fā)生時(shí)應(yīng)急處理能力，做到預(yù)防為主、防消結(jié)合，確保隧道安全施工。

（2）一旦發(fā)生事故，要按照預(yù)案要求和步驟開展救援工作。瓦斯爆炸之后還有可能繼續(xù)爆炸，在救援過程中，不允許人員隨意進(jìn)洞，一定要在保證安全的前提下進(jìn)行科學(xué)救援，防止二次事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

高速公路瓦斯隧道施工風(fēng)險(xiǎn)重大，為了保證安全生產(chǎn)，要加強(qiáng)超前預(yù)報(bào)，做到預(yù)防為主、防治結(jié)合。加強(qiáng)通風(fēng)，把隧道中的瓦斯?jié)舛缺M可能降到最低；嚴(yán)禁火源；加強(qiáng)瓦斯監(jiān)控和檢測(cè)；在隧道中使用的設(shè)備必須經(jīng)過專業(yè)改裝；與此同時(shí)，還需要嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)管理，確保安全生產(chǎn)。