瓦斯隧道機(jī)械設(shè)備改裝

廖 波

(中鐵二局股份有限公司，四川成都610031)

1 瓦斯的危害

瓦斯是成煤過(guò)程中的一種伴生氣體，是以甲烷(CH4)為主的有毒、有害氣體的總稱。它無(wú)色、無(wú)味，比空氣輕，有很強(qiáng)的擴(kuò)散性。

(1)瓦斯窒息：甲烷本身無(wú)毒，但在空氣中濃度較高時(shí)，就會(huì)相對(duì)降低空氣中氧氣，當(dāng)濃度達(dá)到 57 %時(shí)，氧氣濃度就會(huì)降到9 %，這時(shí)人置身其中，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)因缺氧窒息而死亡。

(2)瓦斯的燃燒和爆炸：當(dāng)瓦斯與空氣混合達(dá)到一定濃度時(shí)，遇到高溫火源就能燃燒或發(fā)生爆炸。瓦斯爆炸事故是瓦斯隧道五大自然災(zāi)害之首。瓦斯爆炸必須具備3個(gè)基本條件：瓦斯?jié)舛冗_(dá)到5 %～16 %；點(diǎn)火溫度達(dá)到650～750℃；空氣中的氧氣含量不低于12 %。瓦斯爆炸產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：高溫(爆炸時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)溫度在1 850～2 650℃)；高壓(高溫引起氣體壓強(qiáng)驟然增大，爆炸后的壓強(qiáng)約為爆炸前的10倍)；有毒有害氣體(爆炸后產(chǎn)生大量有害氣體，特別是一氧化碳)。

2 瓦斯隧道的特點(diǎn)及施工方案綜述

瓦斯隧道特點(diǎn)富含瓦斯等有害氣體，施工中容易對(duì)施工人員、機(jī)具造成傷害。瓦斯隧道施工總原則為：控火源，快封閉，防突出，強(qiáng)通風(fēng)，勤監(jiān)測(cè)。瓦斯隧道施工方案包括通風(fēng)方案、瓦斯監(jiān)控及檢測(cè)方案、機(jī)械設(shè)備的防爆改裝方案、供電方案。本文重點(diǎn)闡述瓦斯隧道施工機(jī)械設(shè)備的防爆。

3 瓦斯隧道機(jī)械設(shè)備防爆措施

3.1 防爆改裝的目的

以普通內(nèi)燃機(jī)做動(dòng)力的隧道施工機(jī)械(挖裝、運(yùn)輸、混凝土罐車(chē)等)為非防爆型產(chǎn)品，在瓦斯環(huán)境中作業(yè)時(shí)，產(chǎn)生的火花和高溫容易引燃引爆瓦斯，發(fā)生瓦斯爆炸事故。因此，機(jī)械設(shè)備的防爆改裝目的是控制火源。機(jī)械設(shè)備的火花來(lái)源：內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起的排氣管、增壓器、照明燈具、水箱、機(jī)體等高溫可能產(chǎn)生的火花；電氣火花(包括靜電火花)如啟動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的大電流引起電路的各部火花、發(fā)電機(jī)充電時(shí)的電路火花、電瓶端子和燈具的電流火花、各種可能短路或接觸不良引起的電流火花等；機(jī)械火花如離合器裝置、制動(dòng)裝置產(chǎn)生的機(jī)械火花。

3.2 防爆改裝方案

機(jī)械設(shè)備的防爆改裝是針對(duì)易產(chǎn)生火花和危險(xiǎn)高溫來(lái)源的排氣處理系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改裝。

3.2.1 動(dòng)力系統(tǒng)

由防爆柴油機(jī)、排氣處理系統(tǒng)、排氣連接管、進(jìn)氣連接管、進(jìn)氣箱、水散熱器、空氣濾清器、補(bǔ)水箱組成。具體改裝是將普通柴油機(jī)更換為防爆柴油機(jī)，啟動(dòng)方式為防爆電機(jī)啟動(dòng)；在柴油機(jī)排氣總管和增壓器廢氣輪殼表面粘結(jié)厚度為15 mm的硬硅鈣高溫絕熱材料，以確保該部件表面溫度不超過(guò)150 ℃； 內(nèi)燃機(jī)排氣采用了補(bǔ)水箱式廢氣處理裝置和夾層排氣管道或絕熱材料包封措施，同時(shí)在廢氣處理箱排氣出口處設(shè)置阻火柵欄，使排氣出口處排氣溫度保持在設(shè)定值為≤70 ℃的安全范圍內(nèi)，杜絕排氣火花(圖1)。

3.2.2 電氣系統(tǒng)改裝

由隔爆發(fā)電機(jī)、隔爆啟動(dòng)電機(jī)、機(jī)車(chē)照明、防爆蓄電池、防爆啟動(dòng)開(kāi)關(guān)等組成。具體改造是更換發(fā)電機(jī)，將原普通發(fā)電機(jī)更換為隔爆型發(fā)電機(jī)，把原啟動(dòng)機(jī)(馬達(dá))改為隔爆型啟動(dòng)機(jī)；將蓄電池更換為閥控式免維修鉛酸蓄電池，電網(wǎng)電路中接線處各種操縱開(kāi)關(guān)均安裝于隔爆箱內(nèi)，與外界完全隔絕；照明、信號(hào)等燈具均采用符合國(guó)家安全監(jiān)察局規(guī)定的防爆產(chǎn)品；對(duì)容易產(chǎn)生靜電積聚的非金屬件采取了抗靜電措施(圖2)。

3.2.3 增設(shè)安全系統(tǒng)

由自動(dòng)保護(hù)和瓦斯報(bào)警裝置等組成。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中某一項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)安全值時(shí)，自動(dòng)聲報(bào)警并自動(dòng)停機(jī)。同時(shí)在駕駛室增設(shè)了瓦斯報(bào)警裝置，瓦斯?jié)舛瘸^(guò)設(shè)定值，將自動(dòng)聲光報(bào)警。

3.2.4 機(jī)械防爆改裝后技術(shù)特征

(1)啟動(dòng)方式為隔爆電起動(dòng);(2)排氣方式為水洗式;

1.防爆照明燈與支架 2.電器防爆開(kāi)關(guān)與支架 3.電氣線路圖 4.監(jiān)控儀 5.發(fā)電機(jī) 6.熄火電磁閥與閥板 7.油杯與支架 8.隔爆電起動(dòng)器 9.熄火油缸與支架 10.橡膠塞 11.離合器透氣柵欄 12.隔爆蓄電池與支架 13.補(bǔ)水箱與支架 14.防爆信號(hào)燈與支架 15.廢氣處理箱與支架 16.排氣管 17.排氣波紋管 18.防爆發(fā)電機(jī)與支架 19.三通 20.監(jiān)控標(biāo)與支架

圖1 設(shè)備改裝

圖2 電氣系統(tǒng)防爆改造原理

(3)系統(tǒng)電壓為不改變;(4)照明為隔爆燈;(5)排氣溫度為70±2℃;(6)機(jī)體表面溫度為150±5℃;(7)冷卻水溫度為95±2℃;(8)機(jī)油壓力為設(shè)定最低壓力值;(9)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為設(shè)定最高轉(zhuǎn)速值;(10)增壓器及排氣阻力為≤15 kPa;(11)增壓器前進(jìn)氣阻力為≤3 kPa (清潔濾清器);(12)增壓器前進(jìn)氣阻力為≤6.3 kPa(較臟濾清器)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高瓦斯隧道施工主要措施在控制火源并加強(qiáng)隧道通風(fēng)，同時(shí)利用瓦斯自能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)施工中瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)控?？刂苹鹪闯捎梅辣娎|、開(kāi)關(guān)外重要的就是對(duì)機(jī)械設(shè)備的防爆改裝，只有有效的控制火源的產(chǎn)生，才能避免在瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)而發(fā)生瓦斯燃燒和爆炸等安全事故。從而減少瓦斯隧道施工中的人員及機(jī)械設(shè)備等財(cái)產(chǎn)的損失。

[1] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M].煤炭工業(yè)出版社，2011

[2] TB 10120-2002鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范[S]

[3] 鐵建設(shè)(2009)62號(hào) 關(guān)于發(fā)布鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范等44項(xiàng)鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)局部修訂條文

[4] 中鐵二局股份有限公司,成都理工大學(xué),高瓦斯特長(zhǎng)隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究[P].2009