华莹山隧道有害气体监测与综合治理技术吴应明（中佚二十局集团冇限公司陕西咸阳712000）摘要：介绍了华釜山瓦斯隧道有害气体的性质，对有害气体的监测方法、监测依据标准、监测仪器的选择及其性能；在加强监 测的同时，对有害气体釆取排放、通风、防护、注浆止气、气密性磴等综合治理措施，防止有害气体的危吿关键词：隧道，冇害气体，监测，综合治理华釜山隧道是一条高瓦斯隧道，洞身围岩内富含瓦斯等多种有害气体有害气体是直接 影响隧道工程建设，危及施工安全的重大危险因素之一若发生灾害性事故，将导致大量的人 员伤亡，严重者甚至摧毁已建工程因此，隧道施工穿越有害气体含气地层，最关键的问题是 加强对有害气体的监测，用监测信息指导隧道施工；同时对有害气体进行综合治理1概况1 • 1工程概况华签山隧道位于广（安）渝（重庆）高速公路广（安）邻（水）段，为双洞艸车道隧道 左线隧道长4705. 95m,右线隧道长4714. 00m,隧道总长9419. 95m,系隧道建设时我国己建 成和在建之最长公路隧道华釜山隧道穿越华釜山脉中段，西口（进口）位于广安境内天池镇，东口（出口）位于邻 水境内龙井坝隧道工程地质、水文地质十分复杂，有煤层、断层、岩溶、涌水、有害气体、 高地应力、煤矿采空区等不良和特殊地质。
特别是隧道东西段穿越煤层，其瓦斯压力分别为 1. 44MPa与1.87MP”具有一定的突岀危险性，瓦斯压力之高，居我国己建和在建公路隧道之 首此外，从煤层（P2L）开始至隧道最大埋深处的志留系中统韩家店组（S2h）,均有岩层瓦斯、 含油层瓦斯、石油、硫化氢等有害气体1.2有害气体概况我单位担负华釜山隧道西口右线2150m的施工任务，里程YK32+700-YK34+850,其中在 YK33+750、+760段位置穿越Kr煤层，Ki煤层属肥煤、焦肥煤及部分瘦煤，变质程度高、吸 附瓦斯能力强，煤层坚固系数低，具有煤与瓦斯突出危险吨煤瓦斯含量8. 94m3/t,煤层瓦 斯压力1. 87MPa,受区域构造的影响，隧道穿越煤层后遭遇到裂隙瓦斯的异常涌出隧道掘进中有裂隙瓦斯存在，裂隙瓦斯气囊压力大于0. 15MPa,揭开岩体后局部天然气 瓦斯浓度达38%〜29%二次生化气及岩体中吸附桂、游离桂总量达201298PPm,即每吨岩石可 脱出天然气0.14m3,在开挖过程中，随着岩石的破碎及周壁压力的降低，岩石中天然气由吸 附状态转化为游离状态进而释放经测算，在不通风状态下，天然气经扩散、对流可使隧道 内浓度达到3.47%。
硫化氢气体大部分伴于天然气中，局部早期浓度超过522PPm,在不通风条件下，隧道内 平衡浓度可达50. 71PPm,超过安全规范要求（0. 00066%）的7. 6倍，严重影响施工人员身体健 康，随着浓度的不同，可能导致人员中毒至死亡，同时硫化氢溶于水后，对殓及钢筋具有腐蚀作用一氧化碳存在于岩石中及爆破烟尘中，预测平衡浓度可达150卩血，也是本隧道重点监 测和防治的有害气体之一另外，隧道内二氧化硫、二氧化碳均伴随施工大量出现有害气体平衡浓度见表1华銮山隧道有害气体平衡浓度表 表1安全规范允许浓度％(1)隧道不通风情况下平衡浓度％ (2)(1)/(2)倍—氧化碳co0. 00240.01506. 25二氧化硫sa0. 00050. 00610.2硫化氢H ：S0. 000660.005077.6沼 气CH,1& 73& 73二氧化碳CO,1.52.51.671.3有害气体性质⑴沼气：主要成分是甲烷(CHJ,是一种无色、无嗅、无味、易燃、易爆、易扩散的有 害气体，难溶于水，扩散性比空气高1.6倍，密度为0. 5541g/m3，比空气轻，容易聚积在隧 道顶部甲烷虽无毒，但不能供人呼吸，空气中浓度达到40%以上时，氧气含量降至12%以 下会使人窒息。
当空气中甲烷具有一定浓度(5%〜16%),并遇到高温(2691C)和足够的 氧气时，可引起爆炸⑵硫化氢(H2S):是一种无色、微甜、带有臭鸡蛋味的气体，比重为1. 19kg/m3,易溶于 水在老积水中存在大量硫化氢，硫化氢具有强酸性硫化氢爆炸极限为4〜44%，燃点为 260C其在隧道内主要來源为硫化矿物缓慢氧化和含硫煤层的水解3) 二氧化硫(SO』：是一种无色具有强烈硫磺味及酸味气体，比重2. 27kg/m3,常存在于隧 道下部易溶于水，不助燃，无爆炸性，是剧毒气体4) -氧化碳(CO)：是一种无色、无味、无臭的气体，比重0. 97kg/m3,化学性质不活泼, 难溶于水，有可燃性及爆炸性，其爆炸极限为13〜75% ,在630-810C条件下与空气混合才 能发生爆炸，具有强烈毒性2有害气体监测华釜山隧道内有害气体在围岩内分布广、含量高、有突出危险，如不重视,不仅将影响施 工人员身体健康，还可能给隧道工程造成毁灭性灾害因此有害气体防护是华釜山隧道施工 的重点，而监测则是重点中的重点2. 1监测内容及目的华釜山隧道地质构造复杂多变，其多种有害气体构成也复杂，赋存状态也极复杂，且危 害极大，监测尤为重要。
2. 1. 1监测的内容华釜山隧道从煤系地层开始至隧道最大埋深处，均有岩层瓦斯、含油层瓦斯、石油、硫 化氢、一氧化碳、二氧化碳、氮氢化合物、二次生化气等有害气体，其含量髙、浓度大根 据华蓋山隧道有害气体的复杂性，对困扰施工的瓦斯(CHJ、硫化氢(H?S)、一氧化碳(C0)、 二氧化碳(C0J作为主要监测对象，而对一些含量低、浓度小的有害气体作为辅助监控对象 2. 1.2监测的目的对有害气体实行监测的主要目的是：8、防止在隧道施工过程中，有害气体超限带来危险，以确保施工和工程安全b、根据监控的有害气体含暈高低、浓度大小，以便及时采取相应的技术措施C、检验技术措施效果，以便止确指导隧道施工d、为瓦斯隧道施工积累经验2.2监测依据及执行标准华釜山隧道有害气体的监测，主要以《煤矿安全规程》、防治煤与瓦斯突出细则》、《铁路 瓦斯隧道技术暂行规定》为主要依据，参照《公路隧道施工规范》，并根据上述“规程、细则、 规定、规范”要求进行有害气体监测、控制按照GB5748-85《作业场所空气中粉尘浓度测 定方法》及常规有害气体测定方法执行其控制标准见表2有害气体极限浓度标准 表2序号冇害气体名称极限浓度1瓦斯（CHJ1%2一氧化碳（CO）0. 0024%3二氧化碳（CO）1.5%4硫化氢（H,S）0. 00066%5二氧化硫（SOJ0. 0005%6氨血）0. 0004%7二氧化氮（甌）0. 0025%8氮氧化合物（NOn）换算N0,的浓度不得超过5m/m39粉尘每立方米空气中，含冇10%以上游离—氧化硅的粉 尘必须在2mg以下2.3仪器的选择我国煤矿对有害气体监测发展较快，目前部分煤矿已采用全自动电脑监控组，其成本较 高，根据华釜山瓦斯隧道实际情况和经济比较等，在确保监测准确的前提下，选用了九种26 台有害气体监测仪器及大量CO、CO,. H?S、SO?、NOn等各剂量浓度有害气体检测试管。
华蓋 山隧道有害气体监测仪器见表3o华荃山隧道对有害气体监测仪器表 表3序号仪器名称型号单价数量备 注1四合一气体检测仪YHA1021英国产测CH, HzS、CO、0z2三合一气体检测仪GBX2台1日本产测Ch CO.①3瓦斯警报断电仪ADJ-2台3国产测CH.4光干涉甲烷测定器GWJ-1A台3国产测CH,5甲烷测定报警仪JCB-2台6国产测CH.6沼气检测报警仪AZJ-92台6国产测CH..7甲烷氧气组合检测仪AZY-1台2国产测CH,8甲烷二氧化碳测定仪AZG-1台2国产测CH」、00,9瓦斯突出预测仪ATYZj.1国产预测突出危险性10气体采样器XK-1台1国产用各剂量浓度试管因各个厂家、各种种类品牌的瓦检仪其性能、精度均有所差异，因此应选用种类较多瓦 斯仪，可互相参照，相互印证其准确性，确保无误又因公路隧道断而大、洞身长，各部位 气体聚集不均衡，所以要求有较多仪器进行监测2.4仪器性能及放置位置（1）袖针式“四合一”气体检测仪：型号YHA102型，可同时检测沼气、硫化氢、一-氧化 碳及氧气,该仪器量程参数为:0〜100%CHis 0〜50PPmH2S. 0〜500PPmCO、0〜25%02。
该仪器 全自动，可任意调节报警指标，自动报警，精度高仪器由瓦检人员随身携带巡检2) 理研便携式气体检测警报器(三合一气体检测仪)：型号GBX2型NL式，可同时检测 沼气、一氧化碳及氧气，该仪器全自动，可任意调节报警指标并且当出现警报状态时发出特 定的警报信号，它能在可燃性气体浓度超过了爆破下限、CO浓度超过500PPm和H2S浓度超 过了 lOOPPm进行检测并显示，它也能对氢气浓度在0〜25%以外范围的情况进行分析，当达 到预置的缺氧水平，或检测到了可燃性气体、CO、H?S时，发出特定警报该仪器是较先进的有害气体监测仪，其精度高，自我保护装置优良，不易损坏，故障率 低，由现场瓦检人员在洞内各部位巡检3) ADJ-2型瓦斯警报断电仪：其特点为是可对甲烷进行连续检测，声光报警，精度高， 探头移动位置大，在出现瓦斯超限时自动切断洞内电源，人工送电，确保安全其主要技术 指标如下：a＞测量范围：0〜4%仙b、 误差：当CHj农度在0〜1.0%时，误差土0. 10%；当CHN农度在1.0%-2. 0%时,误差土0. 15%；当CH4浓度在2. 0%〜4. 0%时,误差土0. 25%；c、 检测距离：0〜1000m (主机至探头)d、 报警点及技术：0. 5〜4%CIh可调，距声源Im远处不小于80dB,光在暗处能见度100m。
e、 仪器使用温度、湿度：0〜40C相对湿度98%以内放置位置：学子面一台，衬砌台车上固定一台4) 光干涉型甲烷测定器：型号GWJ-1A,该仪器特点是精度高，可探测探孔内浓度，测 定范围大其主要技术指标如下：8、测量范围：0〜］0%CH4b、误差范围：当CFb浓度在0〜1%时，误差土0. 05%；当仇浓度在1〜4%时,误差土 0. 1%；当CH4浓度在4〜7%时,误差土 0.2%； 当CH4浓度在7-10%时，误差土0.3%该仪器由值班瓦检员随身携带测洞内各处5) JCB-2型甲烷测定报警器：该仪器主要特点是连续监测，携带方便，具有声光报警功 能，适合管理人员使用，但其寿命较短其主要技术指标如下：&、测量范围：0〜5%他b、 报警方式：0. 5-2%CHi连续可调c、 响应时间：30sd、 外形尺寸：140*72*33mm该仪器由管理人员进洞随身携带6) AZJ-92型作面沼气检测报警仪：该仪器的主要特点是可固定悬挂，亦移动方便其 主耍技术指标如下：a＞测量范围：0〜5%Clhb、 误差范围：当QL浓度在0〜2%时，误差小于0. 1%；当CH”浓度在2〜3.5%时,误差小于0. 2%；当C山浓度在3. 5-5%时,误差小于0. 3%oc、 催化元件使用寿命：一年以上d、 外形尺寸：170*84*36mni3e、 整重量：510g放置位置：固定。