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华蓥山隧道有害气体监测与综合治理技术

吴应明

（中铁二十局集团有限公司 陕西咸阳 712000）

摘 要 本文介绍了华蓥山特长瓦斯隧道施工中对有害气体采用的监测依据、标准、监测方法和监测仪器；以及对有害气体采取排放、通风、防护、注浆止气、气密性砼等综合治理措施，防止有害气体对施工及运营产生危害。

关键词 隧道 有害气体 监测 综合治理

华蓥山隧道是一条高瓦斯隧道，洞身煤系地层及围岩裂隙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

?华蓥山隧道位于广（安）渝（重庆）高速公路广（安）邻（水）段，为双洞四车道隧道。左线隧道长4705.95m，右线隧道长4714.00m，隧道总长9419.95m，系隧道建设时我国已建成和在建之最长公路隧道。

华蓥山隧道穿越华蓥山脉中段,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1.87MPa，具有一定的突出危险性，瓦斯压力之高，居我国已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

我单位担负华蓥山隧道西口右线2150m的施工任务，里程YK32+700～YK34+850，其中在YK33+750～YK33+760段位置穿越K1煤层，K1煤层属肥煤、?焦肥煤及部分瘦煤，变质程度高、吸附

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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8.94m/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烃、游离烃总量达201298PPm,即每吨岩石可脱出天然气

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0.14m，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，可能导致人员中毒以致死亡，同时硫化氢溶于水后，对砼及钢筋具有腐蚀作用。

一氧化碳存在于岩石及爆破烟尘中，预测平衡浓度可达150PPm?，也是本隧道重点监测和防治

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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。

表1 华蓥山隧道有害气体平衡浓度表 ? 安全规范允许浓度% (1) 0.0024 0.0005 0.00066 1 1.5 隧道不通风情况下平衡浓度% (2) 0.0150 0.006 0.00507 8.73 2.5 (2)/(1) 倍 一氧化碳CO 二氧化硫SO2 硫 化 氢H2S 沼 气CH4 二氧化碳CO2 6.25 10.2 7.6 8.73 1.67 2 有害气体监测

华蓥山隧道内有害气体分布广、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。因此有害气体的防治是华蓥山隧道施工的重点，而监测则是采取防治措施的依据。 2.1 监测目的及内容 2.1.1 监测的目的

?对有害气体实行监测的主要目的是：

a、防止在隧道施工过程中，有害气体超限带来危险，确保人身、机具和工程安全。 b、根据有害气体的含量高低、浓度大小，采取相应的技术措施。 c、检验技术措施效果，正确指导隧道施工。 d、为瓦斯隧道施工积累经验。 2.1.2 监测的内容

根据华蓥山隧道有害气体的复杂性，把困扰施工的瓦斯（CH4）、硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）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。 2.2 监测依据及执行标准

华蓥山隧道有害气体的监测以《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。

表2 有害气体极限浓度标准

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 有 害 气 体 名 称 瓦斯（CH4） 一氧化碳（CO） 二氧化碳（CO2） 硫化氢(H2S) 二氧化硫(SO2) 氨(NH3) 二氧化氮(NO2) 氮氧化合物(NOn) 粉尘 极 限 浓 度 1％ 0.0024％ 1.5％ 0.00066％ 0.0005％ 0.0004％ 0.0025％ 换算NO2的浓度不得超过5mg/m 每立方米空气中，含有10％以上游离二氧化硅的粉尘必须在2mg以下 3

2.3 仪器的选择和使用方法

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我国煤矿的有害气体监测技术发展较快，目前部分煤矿已采用全自动电脑监控，但其成本较高。根据华蓥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24?台有害气体监测仪器及大量CO、CO2、H2S、SO2、NOn等各剂量浓度有害气体检测试管。华蓥山隧道有害气体监测仪器的配置及仪器的性能、特点和使用方法见表3。

表3 华蓥山隧道对有害气体监测仪器表

序号 1 仪器名称 四合一气体检测仪 型号 YHA102 单位 台 数量 1 主要技术指标 量程参数为：0～100%CH4、0～50PPmH2S、0～500PPmCO、0～25%O2。 产地及用途 全自动，可任意调节报英国产警指标，自动报警，精测CH4、度高 H2S、CO、O2 较先进的有害气体监测日本产仪，其精度高，自我保测CH4、护装置优良，不易损坏，CO、O2 故障率低。 仪器特点 使用方法 由瓦检人员随身携带巡检。 由现场瓦检人员在洞内各部位巡检。 2 三合一气体检测仪 GBX2（NL式） 台 1 3 瓦斯警报断电仪 ADJ-2 台 3 4 光干涉甲烷测定器 GWJ-1A 台 3 5 甲烷测定报警仪 JCB-2 台 6 6 沼气检测报警仪 AZJ-92 台 6 7 甲烷二氧化碳测定仪 JEJ-1 台 2 8 瓦斯突出预测仪 ATY 台 1 9 气体采样器 XK-1 台 1 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100PPm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、H2S时，发出特定警报。 a、测量范围：0～3% CH4 b、误差：浓度在0～1.0%时，误差±0.10%；浓度在1.0%～2.0%时，误差±0.12%；浓度在2.0%～3.0%时，误差±0.3%； c、检测距离：0～1000m（主机至探头） d、报警点：0.5～1.5% CH4可调。 e、断电点：0.5～2%可调。 a、测量范围：0～10%CH4 b、误差范围：浓度在0～1%时，误差±0.05%；浓度在1～4%时，误差±0.1%；浓度在4～7%时，误差±0.2%；浓度在7～10%时，误差±0.3%。 a、测量范围：0～5%CH4 b、报警方式：0.5～2%CH4连续可调 c、响应时间：30s d、外形尺寸：140×72×33(mm) a、测量范围：0～5%CH4 b、误差范围：浓度在0～2%时，误差小于0.1%；浓度在2～3.5%时，误差小于0.2%；浓度在3.5～5%时，误差小于0.3%。 c、催化元件使用寿命：一年以上 d、外形尺寸：170×84×36（mm） a、 测量范围：0～10%CO2,3.0～99.9%CH4,(0.0～3.0%CH4的参考值) b、 基本误差：0.0～1.5%CO2,±0.3CO2；1.5～3.0%CO2,±0.5%CO2；3.0～10%CO2,±1.0%CO2；3.0～99.9%CH4,误差不大于真值约10%。 a、测量范围：0～10000Pa； b、测量精度：±1.5%； c、分辩率：10Pa； d、环境条件：温度0～40℃，相对湿度95%以内； e、外形尺寸：220×150×70（mm） 可对甲烷进行连续检国产测测，声光报警，精度高，CH4 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。 精度高，?可探测探孔内浓度，测定范围大。 国产测CH4 掌子面一台，衬砌台车上固定一台。 由值班瓦检员随身携带测洞内各处。 由管理人员进洞随身携带。 固定在掌子面，回风区及瓦斯可能聚集处。 由瓦检人员随身携带,进行检测。 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。 可固定悬挂，亦移动方便。 国产测CH4 国产测CH4 属热导式，可测高、低浓度CH4、CO2。 国产测CH4、CO2 具有数据处理、储存、打印、报警等功能。 国产预测突出危险性 揭煤时在工作面使用 操作简单，携带方便，价格低廉。用于各种剂量浓度检测试管，测各种高低浓度气体;缺点是误差大。 国产用于气体采集 由瓦检员携带，根据有害气体浓度在洞内各处检测。

因各个厂家、品牌的瓦检仪性能、精度均有差异，应选用多种瓦斯仪，互相参照，相互印证。又因公路隧道断面大、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 人员配置

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