瓦斯隧道安全技术培训课件.ppt
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1、瓦斯隧道安全技术培训,目录,隧道内空气的组成一起瓦斯事故瓦斯的基本性质瓦斯隧道施工安全技术措施,隧道内空气的组成,围绕地球表面的空气层统称为大气,它是由干空气和水蒸汽组成。地面空气中除水蒸气的比例变化较大外,其它气体成分相对比较稳定,即使时间地点和海拔高度发生变化,对其影响也不明显。它由氧气(O2),氮气(N2),二氧化碳(CO2)3种主要气体组成。按体积百分比计算,这3种气体比例为:20.96%(O2);79.00%(N2);0.04%(CO2),此外地面空气中还含有数量不等的微生物和尘埃等,但因其对空气成分影响极小,通常忽略不计。,大气进入隧道后,其组成成分变化不大时称为新鲜空气。当经历了
2、物理、化学变化后,空气成分种类增多,组分比例发生变化,其质量也发生较大变化,此时称其为污浊空气。隧道内空气主要成分除氧气(O2)、氮气(N2)、 二氧化碳(C02)、水蒸汽 (H20)以外,还混入各种有害气体:如沼气(CH4) 一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)、二氧化硫(S02)、二氧化氮(NO2)、氨气(NH3)和粉尘等。,1、氧气 氧气是无色、无臭、无味、无毒和无害的气体。易与其他物质氧化,并能助燃产生C02和CO。氧气是人赖以生存的必需物质,当空气中的氧气的体积浓度降到15时,人呼吸急促,脉搏加快;当降到10时,就可能使人因缺氧而休克。 隧道中氧气含量按体积计不得小于20%。,2二氧化
3、碳(CO2) 二氧化碳对人的呼吸道有刺激作用。当肺泡中二氧化碳增多时,能刺激人的呼吸神经中枢,引起呼吸频繁,呼吸量增加。但空气中二氧化碳浓度过高时,会相对地减少氧的浓度,使人中毒或窒息。二氧化碳对人体的影响与其浓度有关。浓度为1时,呼吸感到急促;浓度增加到5时,呼吸感到困难,同时有耳鸣和血液流动很快的感觉;浓度达1020时,呼吸将处于停顿状态和失去知觉;当浓度高达2025时,人将中毒死亡。 隧道内空气中二氧化碳最高允许浓度为0.5%。,3一氧化碳(CO) CO是一种对血液、神经有害的气体。CO随空气吸入体后,通过肺泡进入血液,并与血液中的血红蛋白结合。CO与血红蛋白的结合力比氧与血红蛋白的结合
4、力大200300倍。一氧化碳与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白,不仅减少了血球携氧能力,而且抑制、减缓氧和血红蛋白的解析与氧的释放。CO对人的危害主要取决空气中CO的浓度和与人的接触时间(见表1 空气中C0浓度与人体反应的关系)。CO还可导致心肌损伤,对中枢神经系统特别是锥体外系统也有损害。 隧道内空气中,一氧化碳最高允许浓度为0.0024%(24ppm)。,表1 空气中C0浓度与人体反应的关系,4硫化氢(H2S) 硫化氢是一种无色、有臭鸡蛋味的有毒气体,易溶于水。隧道内的H2S主要是由硫化矿物水化和有机物腐烂所产生的,有些岩石中也能释放硫化氢。 硫化氢的毒性,即使吸入微量时也会引起头疼、目眩,中毒
5、的进一步扩展会诱发支气管炎。此气体对眼睛剌激强烈,会引起结膜炎和角膜炎。此外,即使微量时,也会立即感觉到臭味,在空气中停留一会就会使嗅觉麻痹,即使达到危险浓度也不会感觉出来,这一点要特别注意。 隧道内空气中硫化氢最高允许浓度0.00066%(6.6ppm)。,5二氧化硫(S02) 二氧化硫为无色气体,具有强烈的硫磺气味及酸味,比空气的相对密度大,易积聚在隧道底部,易溶于水。隧道内含硫矿物氧化、燃烧及在含硫矿物中爆破都会产生SO2,含硫岩层也会涌出SO2。 SO2能被眼结膜和上呼吸道粘膜的富水粘液吸收,刺激眼粘膜和鼻咽等粘膜;在潮湿的矿内,能与空气中水分结合缓慢地形成硫酸H2SO4,使其刺激作用
6、更强。当空气中浓度为0.31ppm时,健康人可由嗅觉感知,使呼吸道轻度收缩。 隧道内空气中二氧化硫最高允许浓度为0.0005%(5ppm)。,6氨气(NH3) 氨气为无色和有剧毒的气体,易溶于水,对人体有毒害作用。氨气的来源主要有:炸药爆破,隧道内发生火灾或爆炸,有机物的氧化腐烂,部分岩层中涌出等。 氨气剧毒,它能刺激皮肤及上呼吸道,而引起咳嗽、头晕,严重时失去知觉,以致死亡。 隧道内空气中氨气最大容许浓度为0.004%(40ppm)。,7二氧化氮(NO2) 隧道内空气中氮的氧化物主要是NO2,在高温下呈红褐色,有刺激性,易溶于水生成HNO3。洞内进行爆破作业时产生一系列氮的氧化物,在空气中被
7、氧化为NO2,此外内燃机械、焊接、隧道内火灾也产生氮氧化物。 由于NO2易溶于水生成HNO3,所以对眼、鼻腔、呼吸道有强烈的刺激作用,对肺组织起破坏作用,含量0.006%时,短时间内咳嗽,胸部发痛;含量0.01%时,剧烈咳嗽、呕吐、神经系统麻木;含量0.025%时,短时间内即可死亡。 隧道内空气中二氧化氮最高允许浓度为0.00025%(2.5ppm)。,8沼气(CH4) 沼气是一种无色、无味、无臭的气体,比空气的相对密度轻,难溶于水,扩散性较空气高1.6倍。虽然无毒,但当浓度较高时,会引起窒息。不助燃,但在空气中具有一定浓度并遇到高温(650750)时能引起爆炸。9其它有害物质 隧道内空气中除
8、上述有害气体外,还含有其它一些有害物质,如粉尘、柴油烟等。粉尘对人体的危害不能忽视,可以引起尘肺病。,一、隧道工程特别重大瓦斯爆炸事故,2005年12月22日14日40分,四川省都江堰至汶川高速公路董家山隧道工程发生特别重大瓦斯爆炸事故,造成44人死亡,11人受伤,直接经济损失2035万元。,四川都汶高速公路董家山隧道工程12.22特别重大瓦斯爆炸事故,1.工程及灾区概况 该项目建设单位为四川都汶公路有限责任公司,由四川省交通厅公路规划勘察设计研究院设计,铁科院(北京)工程咨询有限公司监理,中铁一局集团有限公司承建。施工都汶路c合同段的中铁一局集团第四工程有限责任公司,是中铁一局集团有限公司的
9、控股子公司。 317国道都汶公路都江堰至映秀段高速公路工程项目位于都江堰市玉堂镇和紫坪铺镇境内,其主要工程是董家山隧道。该隧道为平行双洞隧道,左线全长4090m,右线4060m,由中铁一局集团第四工程有限责任公司施工隧道进口端左线2550m,右线2515m。左洞于2004年3月1日开工,右洞于2004年4月1日开工,计划竣工日期为2007年3月底。合同总造价2.15亿元,其中隧道部分造价1.5亿元。,灾区概况 截至2005年12月22日,发生事故的董家山隧道右洞进口端累计完成开挖1487m(上半段开挖至k14+872,下半段开挖至k14+860)衬砌1419m(k14+804)。2005年10
10、月12日,右洞开挖至k14+872处时,发现k14+790-k14+872段初期支护变形超限,当即停工直到22日。从10月17日开始,施工单位按照四方(建设、设计、监理、施工)会勘纪要对变形地段初期支护进行拆换,12月19日变形地段初期的拆换处理到距掌子面5m处。由于该处初期支护前上方出现漏斗状空腔并伴有股状水流出(水流直径约为5cm),12月19日、20日四方再次对现场进行了会勘,研究制订了塌方处理方案并形成会勘纪要。20日-21日,施工单位按照四方会勘纪要对塌腔内进行了喷射混凝土支护,但空腔继续扩大,22日零点班已与掌子面连通,至少形成了5米深的空腔,空腔内并伴有掉块现象。,事故经过 20
11、05年12月22日白班共有43人陆续进入右洞作业。其中,喷射混凝土施工5人,施做锚杆前的准备工作8人,浇筑二次衬砌混凝土11人,2号横洞出渣1人(救护队到达之前企业施救出洞),瓦检员2人,洞内运输6人,技术员1人,以上人员(34人)均已死亡。另风筒工陈思贵10:00至11:00停风接好风筒,11:00时恢复供风,至事故发生时仍处于供风状态(现场勘察风筒被撕成碎片,即是事故发生时正处于供风状态的表征),陈思贵于11:20时出洞口;架设拱架工4人14:20下班出洞;右洞工区主任杜福杰、施工队长林传生、监理鲁建辉、技术员周立涛也到现场检查,检查后先后出洞。14:40右洞发生瓦斯爆炸事故。,事故发生地
12、点事故地点(爆源点):右线隧道模板台车附近。爆源点距洞口420.5m(k14+805.5),离地面高度0.45m,距左侧洞壁2.1、右侧洞壁8.Om. 事故类别 事故类别:经现场勘察、询问事故有关当事人,并对事故原因进行技术分析和论证,认定四川都江堰-汶川高速公路董家山隧道工程右线隧道特大伤亡事故为一起瓦斯爆炸事故。,瓦斯涌出 目前隧道工程施工地段正处于煤系地层,瓦斯涌出量增大。据调查在掌子面进行拱架连接筋焊接施工时,多次出现局部轻微燃烧情况。在进行二次衬砌浇筑作业时,防水板内瓦斯浓度较高。爆炸事故当天22:30,救护队探险侦察到达右洞掌子面,检测此处气体浓度为:一氧化碳3000ppm、顶部瓦
13、斯浓度97、温度22。冲击现象 在洞内模板台车附近的遇难工人有被高温火焰严重灼伤痕迹;经对遇难人员进行尸检鉴定,所有遇难人员都是受爆炸和爆炸冲击致死;其中右洞口外1名工人被冲击波抛至160m远。 右线隧道洞内多台不同用途车辆受高压冲击波冲击严重变形;洞口外一台重约70吨的模板台车被高压冲击波移位47m,且严重变形。,引爆火源 经现场勘察、技术分析和论证,认定右线隧道内模板台车使用普通电器设备,电器产生火花引爆瓦斯,导致事故发生。 在模板台车内1.5m处,离地1.6m高的位置有 一非防爆的普通配电箱,从配电箱引出的一根普通电源线 (长度0.5m)上接有一个普通家用电器插座,此处悬吊有一个三芯插头
14、,插头塑料绝缘体严重烧焦,其中一个插芯有熔珠。说明引爆火源是模板台车配电箱三芯插头短路产生火花引起的。,爆炸强度 本次瓦斯爆炸为压力大于0.4MPa的强瓦斯爆炸。 本次爆炸共造成洞口外人员死亡10人、伤11人,死亡人员中有1人被冲击波抛至160m远。洞口外距洞口约20m远处一重约70t的模板台车被爆炸冲击波移位47m,且严重变形。爆炸冲击波传播1400m后出洞口仍有如此大的威力,说明此次爆炸能量大,参与瓦斯量多。 现场勘察情况及实验研究经验,经估算爆炸最低瓦斯参与量为143.9m3,约合1105 kgTNT当量。事故原因分析7.1直接原因 事故的直接原因是由于掌子面处塌方,瓦斯异常涌出,致使模
15、板台车附近瓦斯浓度达到爆炸界限,模板台车的配电箱附近悬挂的三芯插头短路产生火花引起瓦斯爆炸。,瓦斯来源分析 根据事故发生地段的地质构造条件分析,该处地层中有瓦斯大量集聚的条件。 1) 地质勘查报告曾明确指出,此段隧道穿越一组背斜,在其褶曲轴部地带中的炭质泥岩及薄煤层中赋存有瓦斯等有害气体,有瓦斯聚集涌出的可能,施工中应按瓦斯安全规程进行重点设防,加强通风及瓦斯的监测工作。 2) 2005年6月7日,四川省交通厅公路规划勘察设计研究院以川交设服务2005便字第057号文指出:根据调查、其他瓦斯隧道类比和施工单位现场测试资料总结,预测该隧道可能存在高瓦斯工区。 3 )设计单位、施工单位分别委托四川
16、省康泰煤矿劳动安全评价咨询有限责任公司对隧道瓦斯情况进行了评估,评估报告指出:根据施工单位日常瓦斯记录分析,隧道局部区域绝对涌出量大于0.5m3min。根据“铁路瓦斯隧道技术规范”属高瓦斯工区;根据“煤矿安全规程”第134条的规定,属低瓦斯隧道中的高瓦斯区域;,4 )发生瓦斯爆炸地段的掌子面位于龚家向斜和龚家背斜组成的复式褶皱中,为挤压强烈、地应力相对集中地段。该地带节理裂隙发育、岩层十分破碎,构成瓦斯赋存的空间。在此地段前后分别发育F11和F11-1两条逆冲断层,阻隔了其间瓦斯沿隧道纵向向前后运移的通道。此段隧道洞顶地表正处于自然沟谷低洼之处,覆盖有较厚的堆积层,形成天然的封闭盖层,又阻隔了
17、向斜部位瓦斯沿其一翼向地表排放的通道。故上述两逆冲断层所夹持的地段属于具有良好封闭条件的瓦斯赋存地段。但因岩性差异,此地段中节理裂隙发育程度和岩层破碎程度各有不同,岩体中瓦斯赋存、富集程度也会大有不同。另据施工地质描述,庄F11和F11-1两断层间尚有发育多条次一级小断层,这些小断层又将此地段地层切割为互不连通的小段岩体。各小段岩体中瓦斯赋存、富集条件也会各有差异。因此,在此遭断层分割的复式褶曲地段,瓦斯的分布既具不均衡性的特点,又具有相对富集的特点,在瓦斯相对富集的部位,一经揭露就有异常涌出的可能。,5 )救援结束后,24日14:OO救护队检测掌子面高顶处瓦斯浓度为0.4,27日救护队检测掌
18、子面高顶处及模板台车二平台处瓦斯浓度均为9.0,说明该地段的瓦斯仍然持续涌出。,间接原因 1)右线隧道风机(对旋)型号:SBDY-CANO12.5A,功率2115kw,风压1500Pa,利用直径1.5m的风筒供风,风筒出风口距掌子面30m左右,通风距离超过1400m。据调查,风机2台电机夏天都在高档运行,冬季一般是一中一低运行,事故前一班只有一台电机在中档运行,喷射混凝土时只有一台电机在低档运行,无法完全稀释掌子面有害气体,易造成瓦斯聚集。 经调查取证,右线隧道在打右矮边墙、移动模板台车及修补、延长风筒时,均要停风。除此之外,施工队带班人员杨兴生为节约电费也擅自停风机,11月份以来已停风3次。
19、,2 )瓦斯检查员全部使用便携式瓦斯报警仪检查瓦斯,检查高处时一般将便携瓦检仪绑在一根长2-3m的竹杆上举起进行检查,未达到规定检查高度,且存在检查次数不符规定等情况。 3) 右线隧道仅有一台甲烷传感器,事故当天安装于距跨塌处5m隧道左侧、离隧道底板2m高的地方,安装位置不符合要求,不能有效监控瓦斯,安装以来从未报过警 .4) 2005年1O月19日至12月5日,右洞隧道掌子面拱顶瓦斯浓度经常超过O.5,最大达2.47(11月5日k14+872处)。5)经查阅资料,四川省康泰煤矿劳动安全评价咨询有限责任公司指出了该隧道的高瓦斯区段,但该隧道未明确按高瓦斯区段设防。,事故性质 经过现场勘察、查阅
20、相关资料、询问有关当事人,并对事故原因进行技术分析和论证,事故调查技术组认定:四川都江堰-汶川高速公路董家山隧道工程右线隧道特大瓦斯爆炸事故为一起责任事故。,事故责任人员的处理 6名事故直接责任人移交司法机关处理: 1)杜富杰,中铁一局四公司都汶公路C合同项目经理部董家山隧道工区负责人、瓦斯监控小组副组长 2)张党选,董家山隧道工区瓦斯检查员右线隧道瓦斯检查小组组长 3)李庆强,董家山隧道工区专职安全员 4)叶鹏勇,中铁一局四公司都汶公路C合同项目经理部副总工程师 5)何林峰,中铁一局四公司都汶公路C合同项目经理部总工程师 6)于勃,中铁一局四公司都汶公路C合同项目经理部经理 给予其他17名责
21、任人相应的党纪、政纪处分。,防范措施建议 1) 地质勘察部门要加强瓦斯地质勘察,进一步明确地层中瓦斯等有害气体的赋存状况和防范等级。 2)业主和设计单位严格按地质报告和相关规范、规程进行勘察、评估和设计,严禁降低安全设防等级。 3)承建单位要严格执行安全生产法等法律法规,严禁将工程项目承包给不具备安全生产条件或者相应资质的单位或者个人施工。 4)董家山隧道工程必须重新请有资质的设计单位和中介评价机构进行施工方案的论证及安全评估,明确防范等级,据此重新制定施工方案和安全措施。,5)董家山隧道项目经理部必须配齐相关技术人员尤其是通风瓦斯方面的技术人员及特种作业人员,加强现场管理,严格执行瓦斯隧道施
22、工的各项制度和措施。监理单位必须认真履行职责,严格监督措施的落实。6)隧道施工中对软弱、破碎围岩地段要格外重视,采取特殊措施,尽量减少和避免隧道发生塌方。一旦塌方,必须加强通风和瓦斯监测,抓紧治理。董家山隧道左洞应立即恢复通风,并加强通风管理。,二、瓦斯的性质与赋存状态,1、矿井瓦斯的慨念瓦斯:是成煤过程中的一种伴生气体,是指矿井下以甲烷(CH4)为主的有毒、有害气体的总称,有时单独指甲烷。,瓦斯的物理化学性质,化学式:CH4分子量:16.042kg/kmol 密度:0.7168kg/m3沸点:-161.7(0.1MPa下) 液态密度:415kg/m3水中的溶解度:55.6 l/m3 发热量:
23、8568cal/m3,分子直径:0.4110-9m分子体积:22.36m3/kmol对空气的比重:0.5545溶点: -182.5扩散系数:0.196cm2/s空气中的爆炸下限:5%空气中的爆炸上限:16%,2、瓦斯的性质 瓦斯通常指甲烷,是一种无色、无味的气体。既看不到,尝不出,也闻不出,所以是很危险的。要检查空气中是否含有瓦斯极其浓度,必须使用瓦斯检测仪器。 甲烷比空气轻,其相对密度为0、554。(在标准状态下,1m3甲烷的质量为0、7168kg,而空气的质量为1.293。)在风速低的情况下,常积聚在隧道拱部、冒落区顶部等处。 甲烷的扩散性很强,扩散速率是空气的1.34倍。如果从一处涌出甲
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