Document number : BGCG-0857-BTDO-0089-2022低瓦斯隧道安全施工技术主讲张祉道铁道第二勘察设计院 主要内容1有关瓦斯知识2铁路和公路瓦斯隧道与煤矿巷道的不同特点3瓦斯隧道几种灾害4瓦斯隧道设计、施工的有关规范及参考资料5瓦斯隧道及工区分类6低瓦斯隧道安全施工技术概述一、有关瓦斯知识1定义■广义一一凡从围岩或煤层渗入隧道的有害气体，均称为瓦斯其主要成分 为甲烷（沼气CH4）、二氧化碳（C02）、氮气（N2）,还有少量的硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氢气（H2）、二氧化硫（S02）及其它碳氢化物 和稀有气体■狭义一一单指甲烷（CH4）,包括煤层甲烷和石油甲烷广义瓦斯主要成分四部分组成：（1） 沼气（CH4）及同系物，H2, H2S等可燃气体；（2） CO、NO、H2S、NH3含硫气体、乙醛等有毒气体；（3） C02、N2、Ar （氮气）等，基本上为化学不活泼的惰性气体;（4） Rn （氯）、Tn （钳:）、Ac （銅）等放射性气体；上述四部分中沼气（CH4）是最主要成分，其它气体含量极少 沼气物理性质无色、无味、无臭、无毒；密度 0. 716 kg/m3 （空气为 1. 2 kg/m3）;微溶于水（20°C时，100 m3能溶解于3. 5 m3）;比空气轻，渗透能力比空气强，能很容易透过裂隙岩体；特殊场合:混有乙烷、丙烷时有麻醉性，产生头昏现象；混有H2S时有臭鸡蛋味；混有芳香族气体时有苹果味。
3. 瓦斯爆炸与燃烧瓦斯爆炸及燃烧先决条件：•适当的浓度；■火源；■瓦斯爆初化学反应式：・CH；+20lC0,+H：0+千卡/克分子-1份瓦斯+2份氧时反应最充分，但在空气中含氧仅20%,所以1份瓦斯+10 份空气反应最充分•所以，最猛烈的瓦斯爆炸发生在瓦斯浓度1 ： 11时，即％■（说明：瓦斯燃烧点、爆炸点与空气中氧浓度，火源温度有关,上图只是一般 的通常值）4. 煤尘爆炸煤是可燃的，煤的粉尘（极小颗粒）由于与空气接触面积大，更易燃烧,燃烧的 速度快、温度高，空气急速膨胀，就形成爆炸，煤尘爆炸判别式：Va二时，有爆炸危险式中：心一一煤的挥发分，%;Aa——灰分，%;也——水分，%o（均为煤样化验测定值）当巷道空气中煤尘含量小于30^0g/m3时，不会发生爆炸二、铁路和公路瓦斯隧道与煤矿巷道的不同特点相同点（1） 都是地下工程；（2） 都进行钻爆作业；（3） 巷道中有煤或瓦斯存在，都有危险性不同点（1）工程目的不同铁路和公路隧道的修建是形成通道，而煤矿建设的目的是进入 煤体采煤2） 工程范围内煤与瓦斯的数量不同煤与瓦斯是不良地质现象，所以交通隧道定线时都是尽量避绕 煤层，避不开一定要穿过煤层时，尽量使隧道轴线垂直于煤层，以最短长度 穿越。
所以，很多瓦斯隧道洞身只有极小长度有煤，有时只是很薄的煤层（煤线或鸡窝煤），隧道长度的绝大部分是岩石，煤层只占极小比例，而且 有时煤质低劣，无开采价值，含瓦斯也不多；而煤矿则不同，不是避绕而是 哪儿有煤往哪开巷道；很多巷道直接在煤层中，而且煤质一般较好，所以煤 矿的瓦斯含量一般都比较大比如：低瓦斯矿的标准是瓦斯涌出量小于40 m3/min,而低瓦斯隧道的标准是0. 5 m3/min,同样都是属于低瓦斯等级，煤 矿的瓦斯涌出量是交通隧道的80倍3） 煤层巷道灵活性大，而交通隧道一旦线路位置确定之后，隧道的平 面位置和标高都基于固定，不能随便移动煤矿的运输大巷多在岩石中，但它的位置灵活，可以选择最有利的位置和 方向；而交通隧道不同，有时位置很不利，如南昆线家竹筲隧道，隧道与煤 层夹角只14° ,既使不厚的煤层，隧道穿煤长度也很大，如17#煤层真厚度 10.7 m,但隧道穿煤长度84. 8 m,增加了施工难度4） 交通隧道断面大，煤矿巷道断面小公路隧道可达100多m2,则煤 矿巷道大多数很小，只儿个m2,既使通过架线机车的运输大巷道也只有20 多m25） 交通隧道有支护，有衬砌，能封闭瓦斯，而煤矿巷道大多数不支 护，允许长期放出瓦斯。
6） 交通隧道施工时严防坍塌，一旦坍方处理代价高、时间长；煤矿巷 道施工时也避免坍方，但一旦坍方，断面小，处理的代价也小煤矿有时还 人工制造小坍方，比如揭露瓦斯压力大的煤层时，采用震动放炮，加大药 量，人工诱导小型突出7） 通风系统不同煤矿通风系统很复杂，煤矿巷道多，而且不在一个平面上，煤矿的通风 是网路通风，而交通隧道只是一根管道，通风较为简单8） 瓦斯防灾经验和施工装备不同煤炭部门有多年的防止瓦斯灾害经验，规章制度比较健全，正规的煤矿 施工设备都是防爆的在组织机构上，配备通风专业人员和机电专业人员、 有矿山救护队，这些都有利于防灾救灾而铁路和公路施工单位大多是多数 临时组建综合性的建筑单位，关于瓦斯的经验不多、设备不完善，组织机构 不固定（项目经理部人员变化大）这些，不利于瓦斯防灾小结交通隧道有利之处是大多数隧道通过煤层少、瓦斯涌出量小，而且衬砌 及时，可以封闭瓦斯减少逸出，通风巷道管路也比较简单但不利之处也不 少，如开挖断面大，隧道与煤层的相对关系不允许随意改变，施工装备防爆 性能差，施工队伍不是专门化，技术管理和技术教育不够等等我们交通隧 道的施工要发扬优势、纠正劣势，以最小的代价保证生产安全。
三、瓦斯隧道几种灾害瓦斯隧道施工时，可能发生7种灾害：（1） 煤与瓦斯突出一一在地应力和瓦斯压力的共同作用下，很短的时间 中破碎的煤、岩和瓦斯从洞壁突然抛出，伴有猛烈的声响和巨大的动能，同 时释放出大量的瓦斯有时伴随瓦斯爆炸，造成二次破坏突出”事故的 伤亡和损失一般都是很渗重的2） 煤突然倾出一一在重力作用下松软的煤层突然坍下，同时有大量瓦 斯释放，坍下的煤以煤块形式堆积3） 煤突然压出 部分煤在构造应力或放炮振动影响下，整体抛出，但位移距离不大，压出的煤或呈小块状，或呈有大量裂隙的大块状4） 岩石与瓦斯突出一一原因与煤与瓦斯突出相似，有时还加上掘进放 炮的的振动作用大多数发生在破碎的砂岩中，放炮时，发生岩石破坏，抛 出的现象，在抛出的砂岩岩块中含有大量的砂粒和粉尘，洞壁上形成空洞（不一定与爆破洞穴同一位置），与此同时，洞内瓦斯大量增加5） 瓦斯爆炸一一达到爆炸浓度的瓦斯（一般在5%、16%之间）与火源接 触（一般需要512°C以上），并且坑道内有氧气存在（含量12%以上），就 会发生猛烈爆炸，有时会造成大量伤亡6） 煤尘爆炸一一当煤质中挥发物占总可燃物（固定炭加挥发物）10%以 上，且形成的小颗粒煤尘悬浮在空气中，当空气中煤尘含量较多（30g/m3 以上），遇700°C以上的火源，即会发生煤尘爆炸，煤尘爆炸的后果比瓦斯 爆炸更严重，因为煤层爆炸会产生大量一氧化碳（C0）使人中毒，很多人不 是炸死而是被毒死。
7） 巷道坍塌一煤系地层除少数外，大多数强度很低，尤其是煤中的 软分层，用手即可捻成粉碎，所以巷道稳定性差，容易产生坍塌事故名词瓦斯涌出：掘进放炮以后，瓦斯从洞壁暴露面，从爆下的岩块和煤块中均 匀释放的现象在邻近煤层的掌子面附近经常有瓦斯涌出瓦斯喷出：在20 m长的巷道范围内，从洞壁裂隙、孔洞或炮眼中涌出大 量瓦斯，当喷出强度达到1 m3/min，喷出时间8 h以上时，称之谓瓦斯喷 出瓦斯事故教训① 贵昆线岩脚寨铁路隧道隧道长2 714 m,铁道兵六师施工，穿过7层 煤，薄者0. 1 m,厚者8. 92 m,瓦斯涌出强度150 m3/h,压力MPa1959年1 月27日下导坑掘进距洞口 242 m处，火雷管点火及电灯接线引起二次瓦斯爆 炸，并形成坍方，共死34人，伤65人；同年6月26日，电闸拉火又引起瓦斯 爆炸，坑道坍方7处从1月27日〜6月26日半年中，共发生瓦斯爆炸6 次，由于处置不当，死伤惨重（总计死伤220人）② 达成铁路炮台山隧道全长3 078 m,位于成都郊区的金堂县境内，铁 15局施工，全隧道不通过煤层，但隧道下方2 000、3 000 m处有煤，瓦斯 沿地层裂隙上升到地表浅层，形成储气构造。
1994年4月3日平导掘进到 距洞口 808 m处，灯炮爆裂引发瓦斯燃烧，死1人，伤3人次日，汽车进 洞运风管，由于汽车打火，又引起瓦斯爆炸，死12人事故后实测，隧道 瓦斯逸出强度为3. 54 m3/ho③ 都汶高速公路董家山隧道双洞，长4 111 m+4 081 m,中铁一局施工进 口，中铁二局施工出口该隧道多次通过煤层，但煤层都很薄，瓦斯压力~ MPa,勘测资料认定为低瓦斯隧道，施工中又委托煤炭专业单位鉴定，仍定为 低瓦斯隧道，因此施工中允许使用非防爆设备，釆用汽车进洞出磴、进料 2005年12月上旬，隧道右洞进口掌子面发生坍方（如下图）由于该处位 于背斜核部、裂隙发育、裂隙中含有煤层瓦斯，坍方又促使瓦斯大量涌出 12月22日，衬砌台车上的不防爆插座打火，引起瓦斯爆炸，当场死44人，伤11人爆炸气流充满1500巷道并冲出洞口，并将洞外儿十吨重台车 推动儿十米四、 瓦斯隧道设计、施工的有关规范及参考资料1. 《铁路瓦斯隧道技术规范》TB10120-20022. 《铁路隧道施工规范》TB10204-20023. 《公路隧道施工技术规范》JTJ024-944. 《煤矿安全规程》（国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监察局 2005 年）5. 《防治煤与瓦斯突出细则》（煤炭工业出版社1995年）6. 《煤矿安全规程》读本（煤炭工业出版社2005年）五、 瓦斯隧道及工区分类 瓦斯隧道：凡隧道通过的地层中预计含有瓦斯或检出瓦斯、即属于瓦斯隧道（与 瓦斯地段长度占全隧道比例大小无关）。
工区分类非瓦斯工区（工区内不出现瓦斯）瓦斯工区-低瓦斯工区（预计或实测全工区瓦斯涌出小于或等于0. 5 m3/min） -高瓦斯工区（预计或实测全工区瓦斯涌出强度大于0・5 m3/min） -瓦斯突出工区（预计可能或实际已发生煤与瓦斯或岩石与瓦斯突出）说明：低瓦斯工区与低瓦斯煤矿不同，低瓦斯煤矿瓦斯涌出量的上限是 40 m7min,而铁路隧道低瓦斯工区瓦斯上限是0. 5 m7min,仅是前者 1/40所以，判断是否属于低瓦斯隧道的标准是很严格的，只有隧道通过煤 很少、煤不厚、瓦斯含量也低的隧道才能列入低瓦斯隧道，在公路和铁路隧 道中，这种情况很多过去对瓦斯隧道不分高瓦斯还是低瓦斯，一律要求采 用防爆设备，如一个3 000 m的隧道，只通过一次煤线而且瓦斯不严重，也 要求采用全套防爆设备2002年以后，铁道部新颁布的瓦斯隧道规范把低 瓦斯隧道分出来，允许在一定安全措施的前提下，使用不防爆机具设备，这 对于降低造价、提高修建速度是很有意义的六、低瓦斯隧道安全施工技术1. 搞好低瓦斯隧道安全施工的重要性（1）低瓦斯隧道在铁路和公路的瓦斯隧道中，数量最多、比例最大；（2） 低瓦斯隧道中瓦斯涌出量小，洞内瓦斯浓度低，有时甚至量不出来。
不论设计方还是施工方，容易忽视；（3） 铁路规范规定，低瓦斯隧道不要求使用防爆的机具和电气设备，很多 人以为与普通隧道没有区别；（4） 低瓦斯隧道一般不会出事故、在南昆线以后，内昆、水柏、渝怀等很 多铁路的低瓦斯隧道都正常施工，没有出事故，已经产生了麻痹思想，但低 瓦斯隧道搞不。