解读瓦斯隧道

解读瓦斯隧道
相信很多人对于瓦斯这个名字并不陌生，通常在电视里都会提到瓦斯爆炸之类的新闻。

那么瓦斯到底是怎样一种物质呢？
瓦斯是隧道从地层中涌出的以甲烷为主的各种有害气
体的统称，由gas音译而来。

其成分组成比较复杂，它含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气和数量不等的重烃以及微量的稀有气体等。

但其主要成分是甲烷（CH4，俗称沼气），占80%~90%。

甲烷无色无味无毒且难溶于水，比空气轻，遇火即燃或爆炸。

铁路瓦斯隧道瓦斯多出现在煤系地层。

瓦斯无色无味，但与其他芬芳族气体混合，则散发出类似苹果的香味。

其熔点为℃，沸点为-164℃，在标准状态下，密度为㎏/m3。

相对于空气的比重为，因此易积聚在坑道，且渗透性高，扩散速度快，约为空气的倍。

当瓦斯与空气混合到一定浓度时，遇到火源易燃烧或爆炸。

瓦斯无毒，但其中的乙烷、丙烷具有麻醉性，容易使人出现头晕目眩、头痛甚至昏迷的症状。

瓦斯浓度过高时，相对降低空气中氧的含量便会使人窒息。

瓦斯具有以下几个特性：
爆炸性：本身不具有自燃和爆炸的特性，但和空气混合达到一定浓度后，遇到火源才会燃烧或爆炸。

渗透性：渗透性极高，其扩散速度是空气的倍，容易透过裂隙发育、结构松散的岩石或煤层，渗透到隧道开挖空间里。

不稳定性：瓦斯在煤体和围岩中以游离状态和吸附状态存在。

两种状态的瓦斯是处在不断变化的动平衡中，当温度、压力等外界条件变化时，平衡就被打破。

压力升高温度降低时，瓦斯将由游离状态转化为吸附状态。

当压力降低温度升高时，瓦斯将由吸附状态转化为游离状态。

窒息性：当瓦斯浓度升高，空气中氧气浓度急剧下降，会引起人员窒息。

大多数煤矿事故中都是因为瓦斯浓度过高而导致人员窒息。

上面介绍的是瓦斯的基本情况，接下来再把瓦斯隧道做个简单的区分。

瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种，瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。

瓦斯隧道工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区共四类。

低瓦斯工区和高瓦斯工区可按绝对瓦斯涌出量进行判定。

当全工区的瓦斯涌出量小于min时，为低瓦斯工区；大于或等于min时，为高瓦斯工区。

瓦斯隧道只要有一处有突出危险，该处所在的工区即为瓦斯突出工区。

判定瓦斯突出必须同时满足下列4个指标：瓦斯压力P ≥；瓦斯放散初速度△P≥10；煤的坚固性系数f≤；煤的破
坏类型为Ⅲ类及以上。

那么瓦斯突出是怎样呢？
所谓的瓦斯突出是施工过程中，发生的一种瓦斯的突然剧烈运动并造成巨大的动力效应现象，其机理较为复杂，破坏性极大，易引起瓦斯爆炸等突发性自然灾害。

一般认为包含瓦斯的煤层或地质构造，在构造力、地层静压力等的综合作用下蓄积了较大的弹性能量并处于平衡状态，当隧道施工影响造成该平衡状态下瓦斯压力体系的破坏时，巨大的弹性能量和游离瓦斯突然释放，在极短的时间内大量瓦斯混合物喷射到施工空间，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸。

综上所述，瓦斯突出与地质构造、瓦斯含量与地层压力等密切相关。

瓦斯突出的一般规律：突出最易发生在地质构造带及其附近，如断层、褶曲、扭转地带、火成岩侵入区、煤层倾角骤陡、走向拐弯、层厚变化异常等地段；在开挖形成的应力集中区，应力增大，突出危险性随应力增大而增大，如坑道的上隅角，相向开挖接近区，坑道开挖分支处等；突出次数和强度，随煤层厚度和煤层倾角放散初速度高、瓦斯含量大、层理紊乱、无明显节理、光泽暗淡、容易粉碎、有分枝型节理等特征；突出前常出现各种预兆，如坑道支撑压力增大，岩块迸出或掉碴，外鼓或移动加剧，煤岩发生破裂声、闷雷声、折断声等，瓦斯涌出量忽大忽小等；绝大多数突出发生
在掘进工序，尤其在爆破时，突出的危险性随着煤体的震动而加剧；突出具有延时性，其延迟时间从几分钟到几十个小时不等。

由此可见瓦斯是一种相当危险的物质，那么瓦斯爆炸的原因有哪些呢？
瓦斯爆炸的主要原因是由于瓦斯积累，通风不当导致而成。

一方面爆破作业后，瓦斯易漏面急剧增大，洞内通风条件差，瓦斯浓度最易升高。

另一方面是瓦斯突涌。

引起爆炸的原因是电力短路、电气焊防火不当以及车辆设备保养不及时等原因产生火花引起爆炸。

瓦斯爆炸的三个同时存在基本条件：
（1）一定的瓦斯浓度。

瓦斯浓度在5%-16%之间，当瓦斯浓度低于5％时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为％时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在16％以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。

（2）一定的引火温度。

点燃瓦斯的最低温度在
650-750℃之间，且存在时间必须大于瓦斯爆炸的感应期。

（3）充足的氧气含量。

氧气浓度不得低于12%。

关于瓦斯工区的衬砌：
瓦斯工区的衬砌结构则根据其所含瓦斯的情况，划分为非瓦斯地段和一、二、三级这三种含瓦斯地段，并分别采用
不同的衬砌结构。

一、二级瓦斯地段应采用复合式衬砌，其初期支护和二次衬砌应根据埋置的深度、围岩级别、工程地质和水文地质条件、瓦斯严重程度按全封闭原则进行设计。

瓦斯隧道的衬砌结构应有防瓦斯措施，确定防瓦斯处理范围时，瓦斯较重、等级较高地段应向瓦斯较轻、等级较低地段适当延长。

含瓦斯地段的喷射混凝土厚度不应小于15cm，模筑混凝土衬砌厚度不应小于40cm。

喷射混凝土中掺用气密剂后，透气系数不应大于10-10cm/s，模筑混凝土中掺用气密剂后，透气系数不应大于10-11cm/s。

模筑混凝土衬砌施工缝应进行气密处理，其封闭瓦斯性能不应小于衬砌本体。

掺气密剂的混凝土施工材料应符合下列规定：水泥宜选用强度等级为的硅酸盐和普通硅酸盐水泥，不得采用其他水泥；砂的细度模数Mx≥，含泥量不大于3%，不得使用细砂；石子的最大粒径Dmax≤40mm，级配宜为2～3级，含泥量不大于1%，不得有泥土块，或泥土包裹石子表面，针片状颗粒含量不大于15％；气密剂宜选用FS-KQ型，掺量应符合设计要求，气密剂为硅灰、粉煤灰及高效减水剂的复合剂。

掺气密剂的混凝土施工应符合下列要求：C20混凝土配合比宜为1::，水灰比宜取；原材料应按以上配合比进行称量，水的允许偏差为士1%,水泥及气密剂的允许偏差为士2%，砂石允许偏差为士3%；原材料应按采用强制式搅拌机搅拌，不得采用人工拌合；水泥、气密剂及砂应先干拌1～min，
达到颜色均匀后，再加入石子及水搅拌～，形成均匀的拌合物；混凝土拌合物从搅拌机卸出至灌注完毕所需时间宜为40～60min；应采用机械震捣，不得用人工震捣；连续养护时间不得少于28d，并应避免在5℃以下施工。

当衬砌内设置瓦斯隔离层时，其垫层应采用闭孔型泡沫塑料，厚度不应小于4mm。

全封闭防瓦斯地段有地下水时，宜采取在左右边墙下部外侧铺设纵向透水管，将地下水引离含瓦斯地段的排水措施。

透水管终点宜设置气水分离装置，分离出的瓦斯气体可用管道引出洞外在高处放散。

从隧道内引出瓦斯的金属管，其上端管口距地面不应小于10m，并应妥善接地，防止雷击。

瓦斯放空管的接地电阻不得大于5Ω，其周围20m内禁止有明火火源及易燃易爆物品。

当隧道内含瓦斯地段较长且初始瓦斯压力大于时，宜在衬砌背后预埋通向大气的降压管；有平行导坑时，可从平行导坑向正洞施钻瓦斯降压孔，防止隧道建成后瓦斯压力回升。