瓦斯隧道安全技术培训课件.pptx
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1、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。第1页/共69页二、隧道内的空气二、隧道内的空气大气进入隧道后,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
2、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。第2页/共69页氧气是无色、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%。第3页/共69页2二氧化碳(CO2)二氧化碳对人的呼吸道有刺激作用。当肺泡中二氧化
3、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%。第4页/共69页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力大200300倍。一氧化碳与血红蛋白结合成碳氧血
4、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)。第5页/共69页第6页/共69页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
5、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)。第7页/共69页第8页/共69页第9页/共69页此外内燃机械、焊接、隧道内火灾也产生氮氧化物第10页/共69页8 8沼气(CH4)9其它有害物质第11页/共69页第12页/共69页第13页/共69页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
6、少形成了5米深的空腔,空腔内并伴有掉块现象。第14页/共69页事故经过 2005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
7、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。第15页/共69页事故发生地点事故地点(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。第16页/共69页瓦斯涌出 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
8、。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。第17页/共69页引爆火源 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
9、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,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。第18页/共69页爆炸强度 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
10、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。第19页/共69页瓦斯来源分析 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0
11、57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;第20页/共69页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-
12、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
13、,在瓦斯相对富集的部位,一经揭露就有异常涌出的可能。第21页/共69页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。第22页/共69页间接原因 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
14、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。第23页/共69页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2.4
15、7(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。第24页/共69页事故性质 经过现场勘察、查阅相关资料、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。第25页/共69页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
16、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名责任人相应的党纪、政纪处分。第26页/共69页防范措施建议 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
17、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。第27页/共69页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。第28页/共69页二、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
18、)为主的有毒、有害气体的总称,有时单独指甲烷。第29页/共69页第30页/共69页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。如果从一处涌出甲烷,随着隧道内空气的流动,就能扩散到隧道内任何瓦斯容易积聚的位置。第31页/共69页甲烷不易溶于水,有很强的渗透性。能穿过煤层或岩
19、层的微小孔隙。甲烷无毒,但空气中甲烷浓度的增高会导致氧气浓度的降低。当空气中甲烷浓度为43%时,氧气浓度将降至12%,人会感到呼吸困难;当空中甲烷浓度为57%时,氧气浓度将降至9%,人会处于昏迷状态。为避免发生窒息事故,应禁止人员进入通风不好的区域。甲烷具有燃烧性和爆炸性。甲烷在空气中达到一定浓度后遇到高温热源能燃烧和爆炸。第32页/共69页瓦斯燃烧污染环境煤与瓦斯突出瓦斯窒息瓦斯爆炸瓦斯危害瓦斯危害第33页/共69页游离瓦斯吸收状态吸着状态吸附瓦斯第34页/共69页第35页/共69页第36页/共69页风量不足风量不足第37页/共69页第38页/共69页防止放炮火源防止电器火源防止摩擦和撞击点
20、火防止明火点燃防止其他火源加强管理提高防火意识 第39页/共69页第40页/共69页建立自动化监测系统与人工现场检测相结合。自动化系统由洞口监测中心(配置主控计算机)和洞内的控制分站以及在洞内各处设置瓦斯传感器,风速传感器,自动报警器,远程断电仪组组成。通过各传感器,监测中心随时了解洞内各处瓦斯浓度和风速情况,如有超标立即报警并通过断电器关闭洞内电器电源。各工作面和瓦斯情况可及时地被监控人员掌握,提高对事故的应变能力,特别是揭煤放炮期间,监测人员能立即观察到炮后瓦斯浓度变化曲线,节省施工间隙。但设置自动监测系统的探头须离开挖面有一定的距离,还要人工配合检查,实行装药前,放炮前,爆破后人工进行瓦
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