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萧县凤山隧道及北延道路市政工程
( K0+000至K4+131.27)

隧道有害气体检测设备与检测方案

浙江海天建设集团有限公司
萧县凤山隧道及北延道路工程项目部

04月04日
隧道有害气体检测设备与检测方案
一、 生产过程中常见的有毒、 有害气体
  在生产过程中对财产与人的健康、 生命造成危害的因素大致上能够分为物理、 化学与生物三方面。其中化学因素的影响危害性最大。而有毒有害气体又是化学因素中最普遍、 最常见的部分。
  有毒有害气体分为可燃气体与有毒气体两大类。有毒气体又根据她们对人体不同的作用机理分为刺激性气体、 窒息性气体和急性中毒的有机气体三大类。
  其中刺激性气体包括氯气、 光气、 双光气、 二氧化硫、 氮氧化物、 甲醛、 氨气、 臭氧等气体。刺激性气体对机体作用的特点是对皮肤、 黏膜有强烈的刺激作用, 其中一些同时具有强烈的腐蚀作用。刺激性气体对机体的损伤程度与其在水中的溶解度与作用部位有关。一般来说, 水溶性大的化学物, 如氯气、 氨气、 二氧化硫等对眼和上呼吸道迅速产生刺激作用, 很快出现眼和上呼吸道的刺激症状; 水溶性较小的化学物, 如光气、 二氧化氮等, 对下呼吸道及肺泡的作用较明显。刺激性气体造成的病变的严重程度除化学物本身的性质外, 最重要的是与接触化学物的浓度和时间密切相关。短期接触高浓度刺激性气体, 可引起严重急性中毒, 而长期接触低浓度则可造成慢性损伤。急性刺激性气体中毒一般先出现眼及上呼吸道刺激症状, 如眼结膜充血、 流泪、 流涕、 咽干、 咳嗽、 胸闷等症状, 随后这些症状可减轻或消失, 经过几小时至3天不等的潜伏期后症状突然重现, 很快加重, 严重者可发生化学性支气管肺炎、 肺水肿, 表现为剧烈咳嗽、 咯白色或粉红色泡沫痰、 呼吸困难、 发绀等, 可因肺水肿或并发急性呼吸窘迫症等导致残废。
  窒息性气体包括一氧化碳、 硫化氢、 氰氢酸、 二氧化碳等气体。这些化合物进入机体后导致的组织细胞缺氧各不相同。一氧化碳进入体内后主要与红细胞的血红蛋白结合, 形成碳氧血红蛋白, 以致使红细胞失去携氧能力, 从而组织细胞得不到足够的氧气。氰化氢进入机体后, 氰离子直接作用于细胞色素氧化酶, 使其失去传递电子能力, 结果导致细胞不能摄取和利用氧, 引起细胞内窒息。甲烷本身对机体无明显的毒害, 其造成的组织细胞缺氧, 实际是由于吸入气中氧浓度降低所致的缺氧性窒息。硫化氢进入机体后的作用是多方面的。硫化氢与氧化型细胞色素氧化酶中的三价铁结合, 抑制细胞呼吸酶的活性, 导致组织细胞缺氧硫化氢可与谷胱甘肽的巯基结合, 使谷胱甘肽失活, 加重了组织细胞的缺氧另外, 高浓度硫化氢经过对嗅神经、 呼吸道黏膜神经及颈动脉窦和主动脉体的化学感受器的强烈刺激, 导致呼吸麻痹, 甚至猝死。
  急性中毒的有机溶剂有正己烷、 二氯甲烷等。上述有机挥发性化合物同以上无机有毒气体一样, 也会对人体的呼吸系统与神经系统造成危害, 有的致癌, 比如苯。由于有机化合物大多为可燃的物质, 因此对于有机化合物的检测以前大多检测她的爆炸性, 但有机化合物的最低爆炸极限远远大于它的MAC( 空间最大允许浓度) 的值。也就是说, 对有机化合物的毒性进行检测是必要的, 也是必须的。
  可燃性气体的危害主要是气体燃烧引起爆炸, 从而对财产与人的生命造成危害。但可燃气体发生爆炸必须具备一定的条件。一定量的可燃气体、 足够的氧气与点燃的火源。以上三个条件缺一不可。一般将可燃气体发生爆炸的气体浓度称为最低爆炸极限, 一般用LEL表示。不同的可燃气体具有不同的LEL。因此对于可燃气体的检测一般检测它的LEL。
有毒气体
TWA
( 8小时统计权重平均值)
STEL
( 15分钟短期暴露水平)
IDLH
( 立即致死量)
ppm
MAC
( 空间最大允许浓度) mg/m3
氨气NH3
25
35
500
30
一氧化碳CO
25
/
1500
30
氯气Cl2
0.5
1
30
1
氰化氢HCH
10
4.7
50
0.3
硫化氢H2S
10
15
300
10
一氧化氮NO
25
/
100
/
二氧化硫SO2
2
5
100
15
VOC*
50
100
/
/
二、 隧道中的有害气体
隧道中的常见有害气体表
序号
有 害 气 体 名 称
极 限 浓 度
1
瓦斯( CH4)
1％
2
一氧化碳( CO)
0.0024％
3
二氧化碳( CO2)
1.5％
4
硫化氢(H2S)
0.00066％
5
二氧化硫(SO2)
0.0005％
6
氨(NH3)
0.0004％
7
二氧化氮(NO2)
0.0025％
8
氮氧化合物(NOn)
换算NO2的浓度不得超过5mg/m3
9
粉尘
每立方米空气中, 含有10％以上游离二氧化硅的粉尘必须在2mg以下
 三、 如何选择有毒有害气体检测仪
  在中国, 由于历史和认识上的原因, 我们在选用各类检测仪时存在的问题还比较多, 具体体现在:
  A) 对可燃气体的检测重于对有毒气体的检测。
  B) 对可能引起急性中毒气体的检测重于对可能引起慢性中毒的气体的检测。
  对于各类不同的生产场合和检测要求, 选择合适的气体检测仪是每一个从事安全和生产工作的人员都必须十分注意的。
  1、 确定所要检测气体种类和浓度范围
  如果甲烷和其它毒性较小的烷烃类居多, 选择LEL检测仪无疑是最为合适的。这不但是因为LEL检测仪原理简单, 应用较广, 同时它还具有维修、 校准方便的特点。如果存在一氧化碳、 硫化氢等有毒气体, 就要优先选择一个特定气体检测仪才能保证工作人员的安全。如果更多的是有机有毒有害气体, 考虑到其可能引起人员中毒的浓度较低, 比如芳香烃、 卤代烃、 氨( 胺) 、 醚、 醇、 酯等等, 就应当选择光离子化检测仪, 而绝对不要使用LEL检测器应付, 因为这可能会导致人员伤亡。
  如果气体种类覆盖了以上几类气体, 选择一个复合式气体检测仪可能会达到事半功倍的效果。
  2、 确定使用场合
  工业环境的不同, 选择气体检测仪种类也不同。
  ① 、 固定式气体检测仪
　　这是在工业装置上和生产过程中使用较多的检测仪。它能够安装在特定的检测点上对特定的气体泄漏进行检测。固定式检测器一般为两体式, 有传感器和变送组成的检测头为一体安装在检测现场, 有电路、 电源和显示报警装置组成的二次仪表为一体安装在安全场所, 便于监视。它同样要根据现场气体的种类和浓度加以选择, 同时还要注意将它们安装在特定气体最可能泄漏的部位, 比如要根据气体的比重选择传感器安装的最有效的高度等等。
  ②、 便携式气体检测仪
  由于便携式仪器操作方便, 体积小巧, 能够携带至不同的生产部位, 电化学检测仪采用碱性电池供电, 可连续使用1000小时; 新型LEL检测仪、 PID和复合式仪器采用可充电电池( 有些已采用无记忆的镍氢或锂离子电池) , 使得它们一般能够连续工作近12小时, 因此, 作为这类仪器在各类工厂和卫生部门的应用越来越广。
  如果是开放的场合, 比如敞开的工作车间使用这类仪器作为安全报警, 能够使用随身佩戴的扩散式气体检测仪, 因为它能够连续、 实时、 准确地显示现场的有毒有害气体的浓度。这类的新型仪器有的还配有振动警报附件――以避免在嘈杂环境中听不声音报警, 并安装计算机芯片来记录峰值、 STEL(15分钟短期暴露水平)和TWA(8小时统计权重平均值)――为工人健康和安全提供具体的指导。
如果是进入密闭空间, 比如反应罐、 储料罐或容器、 下水道或其它地下管道、 地下设施、 农业密闭粮仓、 铁路罐车、 船运货舱、 隧道等工作场合, 在人员进入之前, 就必须进行检测, 而且要在密闭空间外进行检测。此时, 就必须选择带有内置采样泵的多气体检测仪。因为密闭空间中不同部位( 上、 中、 下) 的气体分布和气体种类有很大的不同。比如: 一般意义上的可燃气体的比重较轻, 它们大部分分布于密闭空间的上部; 一氧化碳和空气的比重是差不多, 一般分布于密闭空间的中部; 而硫化氢等较重气体则存在于密闭空间的下部。同时, 氧气浓度也是必须要检测的种类之一。另外, 如果考虑到罐内可能的有机物质的挥发和泄漏, 一个能够检测有机气体的检测仪也是需要的。因此一个完整的密闭空间气体检测仪应当是一个: 具有内置泵吸功能――以便能够非接触、 分部位检测; 具有多气体检测功能――以检测不同空间分布的危险气体, 包括无机气体和有机气体; 具有氧检测功能――防止缺氧或富氧; 体积小巧, 不影响人工作的便携式仪器。只有这样才能保证进入密闭空间的工作人员的绝对安全。
    另外, 进入密闭空间后, 还要对其中的气体成分进行连续不断的检测, 以避免由于人员进入、 突发泄漏、 温度等变化引起挥发性有机物或其它有毒有害气体的浓度变化。
    如果用于应急事故、 检漏和巡视, 应当使用泵吸式、 响应时间短、 灵敏度和分辨率较高的仪器, 这样能够很容易泄漏点的方位。
在进行工业卫生检测和健康调查的情况时, 具有数据记录和统计计算以及能够联接计算机等功能的仪器应用起来就非常方便。
    当前, 随着制造技术的发展, 便携式多气体( 复合式) 检测仪也是我们的一个新的选择。由于这种检测仪能够在一台主机上配备所需的多个气体( 无机／有机) 检测传感器, 因此它具有体积小、 重量轻、 响应快、 同时多气体浓度显示的特点。更重要的是, 泵吸式复合式气体检测仪的价格要比多个单一扩散式气体检测仪便宜一些, 使用起来也更加方便。
需要注意的是在选择这类检测仪时, 最好选择具有单独开关各个传感器功能的仪器, 以防止由于一个传感器损害影响其它传感器使用。同时, 为了避免由于进水等堵塞吸气泵情况发生, 选择具有停泵警报的智能泵设计的仪器也要安全一些。
四、 隧道中的有害气体仪器的选择和使用方法
中国煤矿的有害气体监测技术发展较快, 当前部分煤矿已采用全自动电脑监控, 但其成本较高。根据隧道实际情况和经济比较等, 在确保监测准确的前提下, 参照选用九种24台有害气体监测仪器及大量CO、 CO2、 H2S、 SO2、 NOn等各剂量浓度有害气体检测试管。
隧道中有害气体监测仪器参照选用表
序号
仪器名称
型号
主要技术指标
仪器特点
产地及用途
使用方法
1
四合一气体检测仪
YHA102
量程参数为: 0～100%CH4、 0～50PPmH2S、 0～500PPmCO、 0～25%O2。
全自动, 可任意调节报警指标, 自动报警, 精度高
英国产测CH4、 H2S、 CO、 O2
由瓦检人员随身携带巡检。

2
三合一气体检测仪
GBX2( NL式)
可任意调节报警指标而且当出现警报状态时发出特定的警报信号, 它能在可燃性气体浓度超过了爆破下限、 CO浓度超过500PPm和H2S浓度超过了100PPm进行检测并显示, 它也能对氢气浓度在0～25％以外范围的情况进行分析, 当达到预置的缺氧水平, 或检测到了可燃性气体、 CO、 H2S时, 发出特定警报。
较先进的有害气体监测仪, 其精度高, 自我保护装置优良, 不易损坏, 故障率低。
日本产测CH4、 CO、 O2
由现场瓦检人员在洞内各部位巡检。
3
瓦斯警报断电仪
ADJ-2
a、 测量范围: 0～3% CH4
b、 误差: 浓度在0～1.0%时, 误差±0.10%; 浓度在1.0%～2.0%时, 误差±0.12%; 浓度在2.0%～3.0%时, 误差±0.3%;
c、 检测距离: 0～1000m( 主机至探头)
d、 报警点: 0.5～1.5% CH4可调。
e、 断电点: 0.5～2%可调。
可对甲烷进行连续检测, 声光报警, 精度高, 探头移动位置大, 在出现瓦斯超限时自动切断洞内电源, 人工送电, 确保安全。
国产测CH4
掌子面一台, 衬砌台车上固定一台。
4
光干涉甲烷测定器
GWJ-1A
a、 测量范围: 0～10%CH4
b、 误差范围: 浓度在0～1%时, 误差±0.05%; 浓度在1～4%时, 误差±0.1%; 浓度在4～7%时, 误差±0.2%; 浓度在7～10%时, 误差±0.3%。
精度高, 可探测探孔内浓度, 测定范围大。
国产测CH4
由值班瓦检员随身携带测洞内各处。
5
甲烷测定报警仪
JCB-2
a、 测量范围: 0～5%CH4
b、 报警方式: 0.5～2%CH4连续可调
c、 响应时间: 30s
d、 外形尺寸: 140×72×33(mm)
连续监测, 携带方便, 具有声光报警功能, 适合管理人员使用, 但其寿命较短。
国产测CH4
由管理人员进洞随身携带。
6
沼气检测报警仪
AZJ-92
a、 测量范围: 0～5%CH4
b、 误差范围: 浓度在0～2%时, 误差小于0.1%; 浓度在2～3.5%时, 误差小于0.2%; 浓度在3.5～5%时, 误差小于0.3%。
c、 催化元件使用寿命: 一年以上
d、 外形尺寸: 170×84×36( mm)
可固定悬挂, 亦移动方便。
国产测CH4
固定在掌子面, 回风区及瓦斯可能聚集处。
7
甲烷二氧化碳测定仪
JEJ-1
a、 测量范围: 0～10%CO2,3.0～99.9%CH4,(0.0～3.0%CH4的参考值)
b、 基本误差: 0.0～1.5%CO2,±0.3CO2; 1.5～3.0%CO2,±0.5%CO2; 3.0～10%CO2,±1.0%CO2; 3.0～99.9%CH4,误差不大于真值约10%。

属热导式, 可测高、 低浓度CH4、 CO2。
国产测CH4、 CO2
由瓦检人员随身携带,进行检测。
8
瓦斯突出预测仪
ATY
a、 测量范围: 0～10000Pa;
b、 测量精度: ±1.5%;
c、 分辩率: 10Pa;
d、 环境条件: 温度0～40℃, 相对湿度95%以内;
e、 外形尺寸: 220×150×70( mm)
具有数据处理、 储存、 打印、 报警等功能。
国产预测突出危险性
揭煤时在工作面使用
9
气体采样器
XK-1

操作简单, 携带方便, 价格低廉。用于各种剂量浓度检测试管, 测各种高低浓度气体;缺点是误差大。
国产用于气体采集
由瓦检员携带, 根据有害气体浓度在洞内各处检测。

因各个厂家、 品牌的瓦检仪性能、 精度均有差异, 应选用多种瓦斯仪, 互相参照, 相互印证。
五 有害气体监测管理
1、 人员配置
成立专业检测组, 所有检测人员经专业技术培训, 24h值班,做到分工明确, 责任明确, 保证仪器精确度, 一切情况直接向指挥或管理系统人员汇报。
所有管理人员进洞检查要携带便携式检测仪器。所有施工人员应经常注意洞内固定检测仪器位置、 气体浓度情况等, 以此形成所有洞内施工人员全员监测有害气体。
2、 培训
专职检测员进行专业技术培训, 取得资格证后方可上岗, 所有进洞施工人员要经过有关知识培训, 合格后方可进洞施工。
3 、 监测
按有关规定对有害气体进行监测, 并对煤系地层和高含气段地层, 实行重点监测, 增加监测断面的密度。
4 、 监测数据整理分析
在洞内检测的同时, 做好各种有害气体浓度变化的记录, 并及时汇总到组织指挥系统。
对有害气体监测数据的整理分析, 是指导隧道施工、 协调各工序间关系, 确保施工生产在安全的前提下, 能有序地进行。
5 、 管理措施
①、 检测仪器专人保管、 充电。应随时保证测试的准确性, 按各种仪器说明书要求, 定期送地区级以上检查站鉴定, 日常每3天校正一次, 对仪器大修送国家认定机构进行修复。
②、 每个检测点应设置明显的记录牌, 每次检测应及时填写在瓦斯记录本上, 并定期逐级上报。
六 有害气体综合治理
当前对隧道内有害气体的综合治理, 主要是采用超前探测、 排放、 通风、 防护、 注浆止气及气密性砼封闭等方法对有害气体进行综合治理。
1、 超前探测、 排放
利用KDL-3型防爆地质雷达对开挖面至前方60m范围进行超前探测, 了解其地层构造、 含气状况, 对探测出的裂隙发育、 连通性好的含气层或较大的气囊, 用ZY-150型钻机进行超前钻探, 对有害气体进行判断, 并经过钻孔排放有害气体。在隧道每个开挖循环作业钻孔前, 加强局部爆破钻孔对开挖面前方5m范围进行探测, 判断是否有有害气体逸出。
超前钻孔的位置可根据岩层产状确定: 当掘进由煤层顶板进入煤层时, 超前钻孔布置在隧道底部; 反之, 当掘进由煤层底板进入煤层时, 超前钻孔布置在隧道顶部。采用5m超前钻探工艺, 避免了钻机的频繁移动, 不中断隧道的正常掘进, 简便易行, 事半功倍。同时由于科学布孔, 最大限度的发挥了钻孔作用。超前探孔还可兼做炮眼, 节约成本, 提高功效。
2、 通风
通风是降低有害气体浓度、 防止有害气体积聚的最有效手段; 通风能够不断向洞内送入新鲜空气, 排出有害气体和降低粉尘浓度, 从而改进洞内施工环境, 确保洞内施工安全和人员身体健康, 提高生产效率。
通风标准:
根据经验及安全规范要求, 通风量至少应满足以下要求:
a、 洞内空气含氧量不得少于20%, 并保证洞内施工人员每人每分钟能获得4m3的新鲜空气。
b、 粉尘允许浓度, 每立方米空气中, 含有10%以上游离二氧化硅的粉尘必须在2mg以下。
c、 洞内有害气体最高允许浓度标准见表2。
d、 洞内最小风速: Vmin=0.25( m/s) 。
3、 防护
①、 在有害气体含量高地段施工, 作业人员必须携带个体自救器。爆破采用煤矿许用安全炸药, 非电毫秒起爆系统和电雷管引爆, 洞内人员全部撤离, 洞外起爆。通风后, 先由救护人员带灭火器、 自救器及检测仪进入工作面, 经检查无燃烧、 无有害气体涌出后再供电, 待检测各种有害气体浓度降至安全标准以下后, 才能开始施工作业。
②、 洞内不能停止通风, 必须有备用电源。
4 、 注浆止气
对有害气体含量高地段, 为施工及营运安全, 采用小导管注浆封闭周边围岩裂隙, 防止有害气体渗漏。使用ф42钢管钻梅花孔, 管长5m ,沿开挖周边以5°～8°外插角钻孔, 钢花管插入孔内, 孔口用锚固剂堵塞缝隙, 注浆用水泥-水玻璃双液浆掺BR增加型防水剂, 配合比为: 水: 水泥: 水玻璃: 防水剂=1: 1: 0.67:0.256,注浆压力 0.7～0.9 MPa 。
5 、 气密性砼
在瓦斯设防段, 初期支护采用气密性喷砼封闭瓦斯, 二次衬砌采用全封闭复合式衬砌, 模筑气密性砼, 气密性砼渗透系数小于10×10-11cm/s。
6 、 防爆与防煤层瓦斯突出
有害气体防治,最重要的内容就是防爆与防煤层瓦斯突出。防爆可经过加强通风对洞内瓦斯进行稀释, 使其浓度降至安全浓度以下; 同时采取控制火源、 使用防爆电器、 防爆机械等手段实现。而防煤层瓦斯突出, 必须先预测煤层是否具有突出危险, 然后根据预测情况采取相应的措施。
在隧道工作面距煤层5m垂距时停止掘进, 掌子面布置3个测压钻孔, 测定瓦斯压力和瓦斯涌出量。如瓦斯压力大于1MPa或单孔涌出量大于5L/min时, 必须采取防治突出措施, 同时近距离布孔排放瓦斯, 释放瓦斯压力; 当瓦斯压力降至0.6～1Mpa( 或瓦斯压力本身为0.6～1Mpa) 时, 可采用远距离放炮或微震动爆破法揭穿煤层。若瓦斯压力小于0.6Mpa时, 可正常掘进。
为了保证既能一次揭开煤层, 又不致围岩因过度”震动”而引起坍塌, 应结合掘进在工作面进行爆破试验, 不断调整和修正爆破参数, 使之达到最佳的爆破效果, 并尽可能减少对围岩的扰动。揭煤后应及时支护, 加固围岩, 以防坍塌; 并尽快采用气密性砼衬砌封闭, 以防瓦斯渗出。
7 、 其它方法
利用有害气体的化学、 物理特性, 采取下列措施,也可降低有害气体浓度。
①、 对H2S气体, 可向煤体或岩体压送石灰水及化学浆液。
②、 水幕降尘, 把水雾化成微细水滴射到空气中, 使之与空气中的粉尘碰撞, 则尘粒附于水滴上, 被润湿的尘粒凝聚成大颗粒, 从而加快其降落速度, 达到防尘防有害气体的目的。
七、 具体要求
1、 全员重视,合理投入是实现安全生产的先决条件。
把有害气体监测放在第一位, 把通风管理作为”重中之重”, 在”人、 财、 物”上优先保证, 牢固树立”防有害气体灾害大于一切”的思想,当施工进度与有害气体监测、 防治相矛盾时,以”宁停三天, 不抢一秒”作为处理问题的准则。
2、 建立完善各种有害气体监测、 管理制度, 严格执行。
根据《煤矿安全规程》、 《防治煤与瓦斯突出细则》、 《铁路瓦斯隧道技术暂行办法》、 《公路隧道施工规范》等法规, 结合隧道实际情况, 制定各种瓦检制度、 安全检查制度等, 并严格执行制度, 在制度面前人人平等。
3、 经过各种方式, 提高全员安全意识。
安全工作只有100%和0两种结果, 因此, 提高洞内每一个施工人员的安全意识是保证安全的前提。除对施工人员进行专业培训、 上岗培训外, 还要经常在各种大、 小会议上提安全、 讲安全, 做到警钟长鸣, 甚至举行专题知识竞赛等生动有趣的活动, 使每一个施工人员随时脑子中有安全这根弦, 树立”隧道施工安全无小事”的观念。
4 、 综合治理见成效。
有害气体隧道安全施工不是哪一个人、 哪一个部门、 哪一个施工环节能够完全保证的,它贯穿于整个施工过程中,只有进行全时效、 全方位综合治理, 采取一切有效的管理、 技术措施, 消灭一切安全隐患, 才能保证安全。对于有害气体监测, 要狠抓检测员检查有害气体制度的落实, 明确每班检查地点、 时间。洞内无检测员不能施工, 检测员有现场停止施工的权力。