重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074
摘要：瓦斯隧道的预防与治理是世界性的重大问题。在施工和运营期间，瓦斯及其他有害气体，如CO、H2S等浓度范围超限，会对人的身体产生不可忽视的影响，甚至严重的危及生命安全，而瓦斯的涌出通常是不可完全预测的，一旦发生必须立即作出反应，否则可能将造成极大的生命财产损失。本文主要从隧道施工期间的瓦斯防治进行考虑，分析瓦斯隧道的各种通风方式以及瓦斯隧道的防治方法。
关键词：瓦斯；隧道；通风方式
1引 言
瓦斯隧道施工期间的防治一直是隧道界的重大问题。一旦发生，生命财产必将遭受巨大的损失，产生不可磨灭的社会影响。过去的许多瓦斯隧道事故表明，瓦斯隧道的安全应从两个方面进行分析：一是瓦斯隧道本身的预防与治理问题；二是施工现场人员对瓦斯的安全意识问题。目前，随着社会经济的发展以及施工人员的基本素质的提高，由于施工人员意识不当造成的瓦斯隧道危害已经减少了很多，施工期间瓦斯隧道的预防和治理仍是瓦斯隧道研究的重点。
2瓦斯隧道基本概念
瓦斯隧道，即隧道地层中含有瓦斯，且以甲烷为主，其中一般还有一氧化碳（CO）硫化氢（H2S）等，浓度达到了一定的高度时，会对人体产生很大的危害甚至危及生命。
瓦斯自身不会产生自燃或爆炸，只有当瓦斯和空气中的氧气在一定的比例范围内，混合均匀，再加上危险的火源之后才会爆炸或者自燃。因此对瓦斯应持有警惕态度，但不必恐慌。
瓦斯的渗透性极强，很容易从裂隙发育、结构松散的岩体，经过一定的时间，渗透到隧道正在开挖的空间里。
通常瓦斯在煤层和岩层中的存在状态有两种：一是以游离状态；二是吸附状态。两种状态的瓦斯不断地进行动态平衡过程，当压力等外界条件发生变动时，现有平衡会被打破。瓦斯还具有窒息性，无色、无味、无毒的瓦斯不适于人体的呼吸，瓦斯浓度升高的同时，空气中可供人体呼吸的氧气浓度急剧下降，这必将使施工人员窒息。过去的许多瓦斯隧道伤亡事故中，有一部分是由瓦斯窒息造成的。
瓦斯隧道一般来说，可以分为以下三类：低瓦斯隧道、高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道。根据隧道内瓦斯工区的最高级别来对瓦斯隧道类型进行确定，因而瓦斯隧道工区又可分为四种：非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区和瓦斯突出工区。
3瓦斯爆炸必要条件
瓦斯爆炸的必要条件（缺一不可）：（1）一定的瓦斯浓度；（2）适当的氧气；（3）引火源。
瓦斯之所以会产生爆炸，是由于瓦斯与氧气进行剧烈反应。而探究其内在，隧道发生瓦斯爆炸多为瓦斯积聚造成的。隧道内造成瓦斯积聚的原因很多，比如通风不合理、局部通风管理不到位、超欠挖部位积聚瓦斯等。以往发生的特大瓦斯爆炸事故中，其中一些是因为不合理的通风系统，风流短路、多次串联和循环风，造成供风地点风量不足，最终引起瓦斯积聚；而有些是由于局部通风机安装位置不当、风筒也未延伸到供风点，最终造成瓦斯积聚；有一小部分是因为停电停风而引起瓦斯积聚的。
因此瓦斯积聚是施工过程中应密切关注的一个重要问题，应制定合理的施工瓦斯监测计划，及时变更施工通风方案，以免造成瓦斯爆炸事故。
瓦斯隧道之所以存在引火源，主要是爆破产生火花、摩擦撞击出火花、静电火花、电气火花等。其中瓦斯隧道爆炸事故的主要引火源是爆破和电器设备产生的火花。在过去的瓦斯隧道爆炸事故中，就有不少是由爆破产生的火花而引起的爆炸，也有部分是由电器以及电源线产生火花引起爆炸。
过去大量的实验发现，当瓦斯和氧气的混合气体中，降低氧气的浓度时，瓦斯的爆炸界限也跟着减小。并且当氧气浓度低于12%时，瓦斯和氧气的混合气体失去爆炸性，这时即遇明火也不会发生爆炸。
4瓦斯隧道的通风方式
按照通风的动力，隧道可分为两种通风方式：自然通风和机械通风。一般，瓦斯隧道的通风采用机械通风。
根据通风道类别和通风机设置的异同，一般分为下列三种：风管式通风、巷道式通风和风墙式通风。本文讨论隧道施工通风过程中常用的风管式通风和巷道式通风。
风管式通风可细分：压入式通风、抽出式通风和混合式通风。压入式通风利用通风机产生的风压把新鲜空气压入掌子面，隧道外大气压较隧道内风流压力小，因而压入式通风也称之为负压通风。
压入式通风的优点为：通风产生的工作面回风不通过风机，在瓦斯隧道中采用压入式通风更加安全；压入式通风一般使用柔性风筒，成本低，其安装也较为方便。其缺点为：当隧道为长隧道时，风管的风流不能迅速到达掌子面并回流，使得稀释及排除瓦斯等有害气体的时间过长，容易引起安全事故；混合空气经隧道回流，导致整条隧道空气都被污染，会使施工作业环境变得恶劣。高瓦斯隧道中必用压入式通风，以此保证施工安全。
抽出式通风（也叫压出式通风），抽出式通风管道将进风口放置于掌子面附近，将出风口放置于隧道洞口外，经通风管道将瓦斯等有害气体排出洞外，新鲜空气由洞外进入隧道流入掌子面附近。其优点为：污染气体不再经流隧道而是直接从风筒排出，排出瓦斯等有害气体时所需的风量相对较小，但效果良好。其缺点为：当风管距离掌子面较远时通风效果较差；瓦斯等有害气体经过风管风机会加大瓦斯爆炸的风险；风管需选用刚性风管，成本较柔性风管高。抽出式通风不适于瓦斯隧道中，施工安全水平较低。
混合式通风是压入式通风和抽出式通风进行组合的一种通风方式，压入式通风管进入新鲜空气，回风管抽出瓦斯等有害气体的联合通风。该方式兼具压入式通风与抽出式通风的优点，但是需要两套通风设备，导致成本高同时施工管理也较复杂。因此混合式通风适用于大断面长隧道的施工通风，而不适用于高瓦斯隧道通风。
巷道式通风适用于有平行导坑的单条长大隧道或有横通道联系的两条平行长大隧道，两洞通过横通道使得正洞与平行导坑或另一条隧道组成一个完整的风流循环系统，新鲜空气经正洞流入，由平行导坑或另一条隧道流出。巷道式通风将整个坑道作为通风道，因其断面大、通风效果好、阻力小、可供较大的风量、现场操作容易等优点广泛应用于长大隧道中。但因其需开挖平行导坑或使用至少两台以上的风机，导致成本高昂。
5瓦斯隧道的防治
施工前的防治，在施工开始之前就应按照“安全第一，预防为主”的原则，不断加强施工人员的安全意识，根据实际情况，制定合理、可调节的监控计划及各种应急预案。应加强超前地质预报与超前钻探工作，以探测前方可能出现的瓦斯位置及瓦斯涌出量等参数。
施工中的防治，应及时根据实际监测数据进行监控计划的调整，并加强通风管理，以确保通风安全可靠。
在瓦斯隧道施工过程中，可能会发生瓦斯燃烧、爆炸等各种危险，但是只要制定合理的各种计划，及时进行各项监测，定期开展各类培训，提高施工人员对瓦斯的安全意识，瓦斯防治必定具有良好的效果。
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