瓦斯隧道机械设备改装

廖 波

(中铁二局股份有限公司，四川成都610031)

1 瓦斯的危害

瓦斯是成煤过程中的一种伴生气体，是以甲烷(CH4)为主的有毒、有害气体的总称。它无色、无味，比空气轻，有很强的扩散性。

(1)瓦斯窒息：甲烷本身无毒，但在空气中浓度较高时，就会相对降低空气中氧气，当浓度达到 57 %时，氧气浓度就会降到9 %，这时人置身其中，短时间内就会因缺氧窒息而死亡。

(2)瓦斯的燃烧和爆炸：当瓦斯与空气混合达到一定浓度时，遇到高温火源就能燃烧或发生爆炸。瓦斯爆炸事故是瓦斯隧道五大自然灾害之首。瓦斯爆炸必须具备3个基本条件：瓦斯浓度达到5 %～16 %；点火温度达到650～750℃；空气中的氧气含量不低于12 %。瓦斯爆炸产生的危害主要表现在三个方面：高温(爆炸时产生的瞬时温度在1 850～2 650℃)；高压(高温引起气体压强骤然增大，爆炸后的压强约为爆炸前的10倍)；有毒有害气体(爆炸后产生大量有害气体，特别是一氧化碳)。

2 瓦斯隧道的特点及施工方案综述

瓦斯隧道特点富含瓦斯等有害气体，施工中容易对施工人员、机具造成伤害。瓦斯隧道施工总原则为：控火源，快封闭，防突出，强通风，勤监测。瓦斯隧道施工方案包括通风方案、瓦斯监控及检测方案、机械设备的防爆改装方案、供电方案。本文重点阐述瓦斯隧道施工机械设备的防爆。

3 瓦斯隧道机械设备防爆措施

3.1 防爆改装的目的

以普通内燃机做动力的隧道施工机械(挖装、运输、混凝土罐车等)为非防爆型产品，在瓦斯环境中作业时，产生的火花和高温容易引燃引爆瓦斯，发生瓦斯爆炸事故。因此，机械设备的防爆改装目的是控制火源。机械设备的火花来源：内燃机运转时引起的排气管、增压器、照明灯具、水箱、机体等高温可能产生的火花；电气火花(包括静电火花)如启动机启动的大电流引起电路的各部火花、发电机充电时的电路火花、电瓶端子和灯具的电流火花、各种可能短路或接触不良引起的电流火花等；机械火花如离合器装置、制动装置产生的机械火花。

3.2 防爆改装方案

机械设备的防爆改装是针对易产生火花和危险高温来源的排气处理系统和电气系统结构进行了改装。

3.2.1 动力系统

由防爆柴油机、排气处理系统、排气连接管、进气连接管、进气箱、水散热器、空气滤清器、补水箱组成。具体改装是将普通柴油机更换为防爆柴油机，启动方式为防爆电机启动；在柴油机排气总管和增压器废气轮壳表面粘结厚度为15 mm的硬硅钙高温绝热材料，以确保该部件表面温度不超过150 ℃； 内燃机排气采用了补水箱式废气处理装置和夹层排气管道或绝热材料包封措施，同时在废气处理箱排气出口处设置阻火栅栏，使排气出口处排气温度保持在设定值为≤70 ℃的安全范围内，杜绝排气火花(图1)。

3.2.2 电气系统改装

由隔爆发电机、隔爆启动电机、机车照明、防爆蓄电池、防爆启动开关等组成。具体改造是更换发电机，将原普通发电机更换为隔爆型发电机，把原启动机(马达)改为隔爆型启动机；将蓄电池更换为阀控式免维修铅酸蓄电池，电网电路中接线处各种操纵开关均安装于隔爆箱内，与外界完全隔绝；照明、信号等灯具均采用符合国家安全监察局规定的防爆产品；对容易产生静电积聚的非金属件采取了抗静电措施(图2)。

3.2.3 增设安全系统

由自动保护和瓦斯报警装置等组成。机器运转中某一项指标超过安全值时，自动声报警并自动停机。同时在驾驶室增设了瓦斯报警装置，瓦斯浓度超过设定值，将自动声光报警。

3.2.4 机械防爆改装后技术特征

(1)启动方式为隔爆电起动;(2)排气方式为水洗式;

1.防爆照明灯与支架 2.电器防爆开关与支架 3.电气线路图 4.监控仪 5.发电机 6.熄火电磁阀与阀板 7.油杯与支架 8.隔爆电起动器 9.熄火油缸与支架 10.橡胶塞 11.离合器透气栅栏 12.隔爆蓄电池与支架 13.补水箱与支架 14.防爆信号灯与支架 15.废气处理箱与支架 16.排气管 17.排气波纹管 18.防爆发电机与支架 19.三通 20.监控标与支架

图1 设备改装

图2 电气系统防爆改造原理

(3)系统电压为不改变;(4)照明为隔爆灯;(5)排气温度为70±2℃;(6)机体表面温度为150±5℃;(7)冷却水温度为95±2℃;(8)机油压力为设定最低压力值;(9)柴油机转速为设定最高转速值;(10)增压器及排气阻力为≤15 kPa;(11)增压器前进气阻力为≤3 kPa (清洁滤清器);(12)增压器前进气阻力为≤6.3 kPa(较脏滤清器)。

4 结束语

综上所述，高瓦斯隧道施工主要措施在控制火源并加强隧道通风，同时利用瓦斯自能监测系统对施工中瓦斯浓度进行监控。控制火源除采用防爆电缆、开关外重要的就是对机械设备的防爆改装，只有有效的控制火源的产生，才能避免在瓦斯浓度超标而发生瓦斯燃烧和爆炸等安全事故。从而减少瓦斯隧道施工中的人员及机械设备等财产的损失。

[1] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].煤炭工业出版社，2011

[2] TB 10120-2002铁路瓦斯隧道技术规范[S]

[3] 铁建设(2009)62号 关于发布铁路工程地质勘察规范等44项铁路工程建设标准局部修订条文

[4] 中铁二局股份有限公司,成都理工大学,高瓦斯特长隧道建设关键技术研究[P].2009