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隧(suì)道施工常(cháng)見(jiàn)的地質災害之瓦斯爆炸
更新時間:2021-04-10 17:51
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瓦斯爆炸是隧道(dào)施工常見的地質災(zāi)害之一,而且危害性(xìng)相當大,極大地威脅著人們的 生命及(jí)財產安全。在隧道施工過程中,如果遇(yù)到煤係地層,煤層內的遊離態、吸附態的瓦 斯氣體,由於原始平(píng)衡壓力狀態遭到破壞,瓦斯會沿著煤層或圍岩縫隙進入隧道內部,由 於隧道施(shī)工過程中通風條件相對較差,如果瓦(wǎ)斯得不到及時排出洞外,就會(huì)引起瓦斯爆炸,從而引起一係列的地質災害(hài),嚴重影響(xiǎng)施工安全。  
一、瓦斯(sī)爆(bào)炸條件  
瓦斯(sī)爆炸(zhà)必須同(tóng)時具(jù)備四個條件:①瓦斯本身具有爆炸(zhà)件:⑦瓦斯必須懸(xuán)浮(fú)於空(kōng)氣 中,並達到一定的濃度;③存在能引燃瓦斯爆炸的高溫熱源;④一定濃度的氧氣.  
1.瓦斯的可燃性(xìng)及爆炸性  
瓦斯的主(zhǔ)要成分是甲烷(wán)( CH4),也就是天然氣的主要(yào)成分,易燃易爆,如果瓦斯燃燒產生的熱(rè)能得不到及時的釋放(fàng),就會產生爆(bào)炸,從(cóng)而引起(qǐ)更大的災(zāi)害。  
2. 懸浮瓦斯的濃度  
瓦斯的密(mì)度很小,當(dāng)隧道空氣中隻有懸浮的瓦斯達到一定濃度時,才可能引(yǐn)起爆炸,單位體(tǐ)積中能夠發生瓦(wǎ)斯爆炸的最低或最高瓦斯量稱為下限和上限濃度。低於下限濃度或高於上限(xiàn)濃度瓦斯都不會發生爆炸。瓦斯(sī)爆炸的濃度範圍與瓦斯的成分、粒度引火源的(de)種類和溫度及度試驗條件等有關,一般說來,瓦斯爆炸的下限濃度(dù)為30— 50g/m3,上限濃(nóng)度為1000 - 2000g/m,,其中(zhōng)爆炸力最強的濃度範圍為300 - 500g/m3。  
3.引燃瓦斯爆炸的高溫熱源(yuán) 
瓦斯的引燃溫度變化範圍較大,它隨著瓦斯性狀、濃度及試驗條件的不同而變化。我國瓦斯(sī)爆炸的(de)引燃溫度(dù)在650 -1050℃之間(jiān),一般為700 - 800℃。瓦斯爆炸的最小點火能為4.5 - 40mJ。這樣的溫度條件,幾乎一切火源均可達到,如爆破火焰、電氣火花、機械攣擦火花、瓦斯燃燒或(huò)爆炸、井下火災等。 
3.一定濃度的(de)氧氣 
瓦(wǎ)斯爆炸是一種氧化反應,方程式為CH4+2O2====CO2+2H2O或2CH4+3O2=====2CO+4H2O,
是在(zài)高溫或一定點火能的熱源(yuán)作用(yòng)下(xià),空(kōng)氣中氧氣與瓦斯急劇氧化的反應過程。瓦(wǎ)斯(sī)爆炸是一種非常複雜的鏈式反應,如果氧氣(qì)濃度達(dá)到瓦斯充分燃燒所需量時,瓦斯(sī)充分燃燒產生C02,否則產生CO。由此可見,具備一定濃度(dù)的氧氣是瓦斯爆炸的必要(yào)條件,要求氧氣的濃(nóng)度(dù)不低於18%  (體積分數)。隧道和(hé)煤礦井氧氣濃(nóng)度一定(dìng)大(dà)於18%,所以在防止瓦斯爆炸過程中一(yī)般不會(huì)考慮(lǜ)這一條件。
二(èr)、瓦斯爆炸特征
瓦斯本身是可(kě)燃物質,當它以遊離態存在時,總表麵積(jī)顯著(zhe)增加(jiā),吸氧和被氧化的能力大大增加;瓦斯與空氣混合,在高溫作用下吸收能(néng)量,形成氣體外殼,即活化中心,當活化(huà)中心的能量達到一定程度後,鏈式反應過程開始,遊離基迅速增加,發生(shēng)了(le)塵粒的閃燃;閃燃所形成的熱量傳遞給周圍的塵(chén)粒,並(bìng)使之參與鏈式反應,導致燃燒(shāo)過程急劇地循環發生,當燃燒不斷加劇,火焰速度達到每秒數百米後,瓦斯的燃燒便在一定(dìng)臨界條件下呈跳躍式轉變為爆炸。
1. 形(xíng)成高(gāo)溫、高壓、衝擊波
瓦斯爆(bào)炸火焰溫度為1600 -1900℃,爆源的溫度達到2000℃以上,這是瓦斯爆炸得以(yǐ)自動(dòng)傳播的條件(jiàn)之一。在隧道或礦井條件下,瓦斯爆炸的平均理論壓力為736kPa,但爆(bào)炸壓力隨著離開爆源距離的延長而呈跳躍式增大。爆炸過(guò)程中如遇障礙物,壓力將進一步增加,尤其是連續爆炸時,後一次爆炸的理論壓力將是前一次的5 -7倍。瓦斯爆炸產生的火焰速度(dù)可達(dá)1120m/s,衝擊波速度為2340m/s。
2. 瓦斯爆炸具有連續(xù)性
由於瓦(wǎ)斯爆炸具有很高(gāo)的衝擊波速,能將(jiāng)巷道中落塵揚起,甚至使圍岩破碎形成新(xīn)的瓦斯,導致新的爆炸,有時可如此反複多次,形成連續爆炸,這是瓦斯爆炸的重要特征。
3.瓦斯爆炸的感應(yīng)期
瓦(wǎ)斯爆炸也有一個感應期,即(jí)瓦斯受熱分解(jiě)產(chǎn)生足夠數(shù)量的(de)可燃(rán)氣體形成爆炸所需的時間。根據試驗(yàn),瓦(wǎ)斯爆炸的感應期主要決定於圍岩中煤的揮發分(fèn)含(hán)量,一般(bān)為40%( 280ms),揮發分越高,感應期越(yuè)短。
4.產生大量的CO
瓦斯爆炸(zhà)時產生的CO,在災區氣體中濃度(dù)可達2% -3%,甚(shèn)至高(gāo)達到8%壽(shòu)右-爆乩斯爆炸事故中受害者的(de)大多數(70% - 80%)是由(yóu)於CO中毒造成的。
三、瓦斯爆炸事故實例
(1) 2015年2月成都龍泉驛區五洛路I號隧道發生(shēng)爆炸,爆炸(zhà)聲從洛帶鎮(zhèn)旁邊的山腳(jiǎo)傳出,然後洛帶(dài)的北麵山腳冒出濃煙。隨後,當地還下起了“灰塵雨”,從天而降的灰塵、泥沙撒在當地居民和遊客身上,一些車輛上也布滿了塵點。爆炸的衝擊力將隧道口附近(jìn)大量(liàng)的建築物震毀,相(xiàng)鄰的板(bǎn)房工棚屋頂被掀起了一大片,停放在一側的施工貨車等被推出數(shù)百米遠,四周散落著(zhe)大量石塊,鐵皮等物體。 事故當場造成3人死亡,8名施工人員及(jí)12名周邊(biān)群眾(zhòng)受傷,其中2人重傷,被送往醫院救治,另有1人中(zhōng)度傷,17人輕傷,遇難4人。
(2) 2005年12月22日14日(rì)40分,四川省都江堰至汶川高速公路董家山右線隧道發生特別重(chóng)大瓦斯爆炸(zhà)事故,造成44人死亡(wáng),11人受傷,直接經濟損失2035萬元。董家山隧道左線全長(zhǎng)4090m,右線全長4060m,事(shì)故(gù)發生(shēng)時右線隧道完成開挖1487m、襯砌1419m。事故原因是由於掌子麵處塌方,瓦斯異常湧出,致使模(mó)板台車(chē)附近瓦斯濃度達(dá)到(dào)爆炸極限,模板(bǎn)台車配電箱附近懸(xuán)掛的三芯插頭短路產生火花引起瓦斯爆炸。
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