中国水利水电第五工程局有限公司、中电建成都建设投资有限公司
摘要：根据现场施工情况，结合施工经验，对比分析，解决瓦斯隧道施工设备问题。
关键词：高瓦斯、隧道、防爆改装
1前 言
目前城市轨道交通施工针对油气田高瓦斯隧道研究还比较少，针对洞内作业的机械设备的防爆改造没有统一标准要求，绝大多数参考一些煤矿用的标准和其他施工，但是其作业与市政轨道交通工程又有些不同。本文结合工程实际情况，针对市政高瓦斯隧道机械设备防爆改装技术、设备参数、功效等进行探讨。为类似工程施工提供参考。
2工程概况
成都轨道交通地铁18号线合江车辆段试车线隧道全长2143m，最大埋深229m。隧道位于龙泉山断层区域内节理裂隙发育，岩层多为风化岩，为龙泉山油气田分布区域，区域内天然气最大浓度达到26200ppm（2.62%），瓦斯压力0.67Mpa，开挖掌子面最大天然气涌出量为0.73m3/min，全线均为高瓦斯段。
该试车线隧道隧道位于龙泉山背斜含油气构造上，属油气田区高瓦斯隧道，开挖油气田区的高瓦斯隧道，有着极高的危险性。由于隧道底部围岩为油气层，是隧道施工瓦斯的补给源。而且，不同于煤层瓦斯的是油气田区瓦斯无处不在，只要有断层、节理带存在，通常就会有瓦斯溢出。所以，在油气田区，必须密切关注节理、断层的位置。
针对上述情况，针对施工过程中各项台车（包含开挖、钢筋绑扎及衬砌台车）、机械设备、配电设施等进行防爆改装，以解决在施工过程中机械设备产生的火花、线路漏电产生的电火花及运转中设备对瓦斯隧道的施工造成的安全隐患。通过对该项改良技术的推广应用，将为后续类似施工奠定良好的基础。
3.施工工艺及操作要点
3.1工艺流程及原理
3.1.1工艺流程
图3-1 工艺流程图
3.1.2工艺原理
⑴内燃机设备
在内燃机械设备（装载机、挖掘机、混凝土罐车等）上设置监测分站，安装位置可根据内燃施工设备本身的结构特点进行选择，安装于驾驶室、内燃设备底部或侧面以及驾驶室与车箱连接处等，传感器安装于驾驶室顶部通风处。因内燃施工设备在运行中是一个振动剧烈的载体，因此安装时需对车载监控断电系统设备进行专门的加固与防振设计。
针对机械设备的使用情况，实时监测隧道内瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到或超过预置报警值（0.3%）时，传感器立即发出声、光报警信号，当瓦斯浓度超过预置断电值（0.5%）时，断电仪立即输出断电指令（切断柴油车供油装置及所有电源装置），使柴油车熄火，以确保生产安全。当瓦斯浓度回落到预置解锁值（0.4%）以下时，断电仪自动解锁（恢复柴油车供油及供电线路），并继续进行监控。
⑵用电设备
通过矿用甲烷传感仪与远程馈电断电器有效组合，当洞内甲烷气体浓度达到0.5%的报警浓度时，洞内甲烷传感器将信号传输至监控室，监控室自动下达指令至远程馈电断电器，对洞内施工用电进行断电，实现“瓦电闭锁”，同时当主风机出现故障停止供风时，监控室感应到信号时自动下达指令至远程馈电断电器，对洞内施工用电进行断电，实现“风电闭锁”。
3.1.3防爆改装系统构成
系统主要包括甲烷断电仪主机和低浓度甲烷传感器。系统主要由三部分组成：系统维护与配置管理中心、控制分站、检测控制器，见图3-2。
图3-2 瓦斯自动监控报警与断电系统组成示意图
⑴系统维护与配置管理中心（瓦斯断电仪主机）
系统维护与配置管理中心主要用于设置、调试系统配置参数和控制逻辑。主要由瓦斯断电仪、系统软件、数据传输线组成。该功能主要由设备防爆改造厂家使用，用于设备初始值的设置与调试。在使用过程中，由厂家安排专人进行检查、调试。
⑵控制分站
分站是系统的数据采集处理和逻辑控制中心，负责从传感器采集环境参数，并将结果按照管理中心软件所设计的控制逻辑进行判断处理，根据配置方案在检测到异常时输出报警和断电等控制信号。
⑶检测控制器
检测控制器包括传感器和报报警器。
传感器主要是采集隧道的环境参数，传感器的种类比较多，如：甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、二氧化氮、风速等。目前瓦斯监控系统配置的传感器多为沼气传感器，也可根据现场需要配备其他类型传感器。
报警器接收分站发来的报警信号，发出声光报警提示，提前发出预警。
3.2操作要点
3.2.1防爆改装设备主体检查
对需要改装设备的性能和状态进行检查，确保所改装的设备具有良好的工作状态。如果设备的工作状态满足不了要求，则需对设备进行维修和保养。
3.2.2设备防爆改装
⑴机械设备防爆改装
①机械设备尾气防爆改装
在设备排气管出口外安装尾气火花熄灭器，以消除可能排出的火花，尾气火花熄灭器是在罩内排气出口处设置了阻火栅栏，消除了排气引发的危险高温和排气火花。尾气火花熄灭器安装后不改变设备的动力特性。
②主要设备的改装
在内燃机械设备（装载机、挖掘机、混凝土罐车等）上设置监测分站，安装位置可根据内燃施工设备本身的结构特点进行选择，安装于驾驶室、内燃设备底部或侧面以及驾驶室与车箱连接处等，传感器安装于驾驶室顶部通风处。因内燃施工设备在运行中是一个振动剧烈的载体，因此安装时需对车载监控断电系统设备进行专门的加固与防振设计。
针对机械设备的使用情况，实时监测隧道内瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到或超过预置报警值（0.3%）时，传感器立即发出声、光报警信号，当瓦斯浓度超过预置断电值（0.5%）时，断电仪立即输出断电指令（切断柴油车供油装置及所有电源装置），使柴油车熄火，以确保生产安全。当瓦斯浓度回落到预置解锁值（0.4%）以下时，断电仪自动解锁（恢复柴油车供油及供电线路），并继续进行监控。
图3-7 DJ4/660-Z甲烷断电仪
4 结 论
隧道内设备改装的研究，确保了地铁矿山法瓦斯隧道施工设备运行的安全，避免了因设备运行产生火花、漏电等问题造成的瓦斯爆炸现象，同时该技术的运用又节约了成本，提高了施工作业的安全性，缩短了施工工期，具有较高的经济效益与社会效益。可为以后高瓦斯隧道工程施工的工艺创新奠定良好的基础。
作者简介：
李新强：（1985-），男，河南平顶山人，工程师，从事市政工程技术管理工作。
论文作者:李新强
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第16期
论文发表时间:2019/3/5
标签：瓦斯论文; 设备论文; 隧道论文; 传感器论文; 浓度论文; 甲烷论文; 柴油车论文; 《建筑细部》2018年第16期论文;