隧道中硫化氢的病害预防与处理

　　摘要：文章介绍隧道中H2S气体处理主要采取超前预报、结构封闭、H2S气体监测检测、施工安全控制、严用施工设备、制定应急预案等综合措施进行处理，尽量杜绝人员的伤亡。

　　关键词：隧道、硫化氢、处理、施工安全

　　Abstract: the article introduces the H2S gas processing main tunnel to advanced prediction, structure closed, H2S gas monitoring detection, construction safety control, and strict with the construction equipment, make emergency plans, and other comprehensive measures to deal with, as far as possible put an end to the personnel casualties.

　　Keywords: tunnel, hydrogen sulfide, processing, construction safety

　　一、硫化氢气体的危害

　　硫化氢(分子式为H2S)气体相对密度为1.19g/L,比空气重，是含硫有机物分解或金属硫化物与酸作用产生的一种无色、具有臭鸡蛋味、易挥发、易溶于水的有毒有害气体，具有可燃性和爆炸性。

　　硫化氢既是一种刺激性气体，也是一种窒息性气体。它主要作用于中枢神经系统，对眼、上呼吸道粘膜有较强的刺激，易引起急性中毒。硫化氢浓度低时，发生头昏、头痛、恶心、呕吐、全身虚弱、呼气有硫化氢味、瞳孔缩小、反应迟钝、有时会发生肺炎、肺气肿、尿中有蛋白出现。硫化氢浓度高时，吸入大量可使意识突然丧失、昏迷、窒息而死亡。

　　表一 不同浓度硫化氢气体对人体的影响

　　浓度/(mg/m3 )接触时间毒性反应

　　1 400立即昏迷并呼吸麻痹而死亡,除非立即进行人工呼吸;于此浓度时嗅觉立即疲劳,其毒性与氰氢酸相似

　　1 000数秒很快引起急性中毒,出现明显的全身症状;开始呼吸加快,接着呼吸麻痹而死亡

　　76015～60 min可能引起生命危险———发生肺水肿、支气管炎及肺炎,接触时间更长者,可引起头昏、恶心、兴奋、步态不稳、呕吐、鼻和咽喉发干及疼痛、咳嗽、排尿困难等

　　3001 h可引起严重反应———眼和呼吸道粘膜强烈刺激症状,并引发神经系统抑制,6～8 min即出现急性眼刺激症状,长期接触可引起肺水肿

　　70～1501～2 h出现眼及呼吸道刺激症状,长期接触可引起亚急性或慢性结膜炎,呼入2～15 min 即发生嗅觉疲劳

　　30～40-虽臭味强烈,仍能忍耐,这是可能引起局部刺激及全身性症状的浓度

　　4～7-中等强度,难闻臭味

　　二、隧道中硫化氢气体的赋存特点

　　硫化氢气体多分布在富含硫酸盐矿物(石膏)的碳酸盐层系中，穿越此类地层的隧道，除直接揭露的煤层段含H2S等有害气体外，在老窑、采空区、大的溶洞和封闭构造裂隙带均可能聚集H2S等有害气体。

　　由于H2S气体易溶于水，H2S气体易与水一起溢出，所以雨季施工隧道中H2S气体的溢出浓度会更大，危害也会体现的更为明显。

　　三、硫化氢气体的综合处理

　　H2S气体处理主要采取超前预报、结构封闭、H2S气体监测检测、施工安全控制、严用施工设备、制定应急预案等综合措施进行处理。

　　1、H2S综合处理措施

　　图一 硫化氢综合处理措施

　　(1)超前预测预报

　　煤层段、断层、老窑、采空区、可溶岩段、大的溶洞和封闭构造裂隙带有可能聚集H2S气体，成为重点的超前预报检测区域。由于H2S气体易与水一起溢出，利用超前预报的100m超前钻孔及短距离验证孔，在孔口采用探测仪准确地测量出前方H2S气体的含量。

　　(2)施工通风

　　优化现有通风方式，增加通风设备。采用洞外通风稀释及洞内抽排相结合的方式，将洞内硫化氢气体的含量降至安全浓度范围内。

　　防止H2S聚集的通风措施：

　　1)通风管出口距开挖面较远供风不足造成H2S积聚时，及时接长通风管。

　　2)通风管漏风严重供风不足造成H2S积聚时，及时修补或更换破损的通风管，减少漏风增加出口风量。

　　3)H2S集中涌出而风流速度较低容易造成H2S积聚时，使用空气引射器加快风流速度驱散H2S，根据具体H2S涌出情况随时调整引射器出口方向，作到“哪高吹哪”，彻底消除H2S超限。

　　4)为防止车(人)行横通道及其它预留通道、预留洞室、死角、塌腔地段H2S局部聚积，应定时进行通风处理，可采用如下通风措施：

　　a、用高压风管引出高压风驱散H2S;

　　b、增设风管驱散H2S;

　　c、用气动局扇驱散H2S;

　　d、用压气引射器驱散H2S。

　　(3)H2S监测检测

　　H2S监测由人工移动式检测和KJ90NA煤矿安全综合监控系统组成，硫化氢主要监控部位为隧道底部和离地面约1.5m高的位置。

　　(4)隧道结构封闭

　　1)建筑材料封闭

　　H2S地段初期支护混凝土采用气密性混凝土，其透气系数不大于10-10cm/s;二次衬砌混凝土采用气密性混凝土，其透气系数不大于10-11cm/s。

　　2)施工缝封闭

　　①环向施工缝采用全环外贴式橡胶止水带+全环中埋式橡胶止水带+界面剂+衬砌内表面水泥基渗透结晶型防水涂料抹面。

　　②纵向施工缝采用外贴式橡胶止水带+中埋式制品型遇水膨胀橡胶止水条+界面剂+衬砌内表面水泥基渗透结晶型防水涂料抹面。

　　③边沟检查井设置密封垫圈、中心沟检查井设置水封装置防止H2S溢出。

　　3)注浆封堵

　　H2S段落先采取Φ89超前钻孔释放H2S气体，再注入一定量的石灰水中和H2S气体，最后注浆封堵。

　　(5)钻孔引排

　　1)用超前钻孔和炮孔引排H2S气体。

　　图二 排放孔布置示意图

　　2)加密H2S段的环向盲管布设密度(每3m一道)，使H2S气体尽快溶于水并通过环、纵向盲管及横向导水管引排至排水沟。

　　(6)安全控制

　　通过建立H2S检查管理体系，贯彻执行安全生产责任制，抓好安全教育，做好安全管理，落实安全检查、严控作业细节等措施确保施工安全。

　　(7)施工设备

　　1)所有电气设备与作业机械必须使用防爆型。供电应配置两路电源及双电源线路，其电源线上不得分接隧道以外的任何负荷。

　　2)通风机应配置备用风机，并引入独立双回路电源。

　　3)隧道使用的机电设备，在使用期间除日常检查外，尚应按规定的周期进行检查。机电设备重点检查专用供电线、专用变压器、专用开关、H2S浓度超限与供电的闭锁情况。供电线路应无明接头，接头连接应牢固、紧密不松散，有漏电保护及接地装置，电缆悬挂整齐，防护装置齐全等。

　　(8)施工应急预案

　　施工单位应建立相应的应急预案，对隧道施工可能发生的H2S事故提前做出安排，明确应急职责，识别应急需求。开展应急知识教育和应急演练，防止出现因应急行动组织不力或现场救援工作的混乱无序而延误事故的应急救援时机，从而有效地避免或降低人员伤亡和财产损失。

　　1)工程处理措施

　　①加强通风

　　②开挖面喷混凝土封闭

　　③封闭衬砌采用气密性混凝土

　　2)安全防护措施

　　①根据超前钻探探测定的硫化氢的浓度配备相应的硫化氢监测仪及防护装置，并落实人员管理，使硫化氢监测仪及防护装置处于备用状态;

　　②作业环境设立风向标;

　　③硫化氢重点检测区设置醒目标志;

　　④进行检修和抢险作业时，携带硫化氢监测仪和正压式空气呼吸器;

　　2、H2S段施工流程

　　(1)超前探孔

　　在地质法、超前钻孔及物探等综合超前地质预报的基础上，必须对H2S地段进行超前钻探，以标定H2S的准确位置，掌握其赋存情况。

　　(2)H2S处理

　　1)当掌子面H2S浓度<150mg/m3，并满足下列条件之一时，应采取封堵措施：

　　①探孔揭示H2S随钻孔水溢出并符合注浆堵水条件。

　　②探孔揭示虽不符合堵水条件，但掌子面H2S浓度在30~150mg/m3之间，维持正常通风，4h后检查孔口H2S浓度无减小趋势。

　　2)探孔揭示不符合堵水条件，同时掌子面H2S浓度在30~150mg/m3之间，维持正常通风，4h后检查孔口H2S浓度虽有减小但掌子面H2S浓度仍大于10mg/m3时采取钻孔排放措施。

　　3) 掌子面H2S浓度小于30mg/m3且不符合堵水条件时，加强通风进行自然排放。

　　4)掌子面H2S浓度大于150mg/m3时，则进行变更处理。

　　四、结束语

　　硫化氢隧道遵循“超前预报、加强通风、加强探测、结构外封闭”的设计原则。结合施工安全控制、严用施工设备、制定应急预案等综合措施进行处理，做到安全施工，安全生产，杜绝人员伤亡;希对类似工程有一定的借鉴作用。

　　参考文献：

　　[1]洪开荣 山区高速公路隧道施工关键技术[M] 人民交通出版社，2011.

　　[2]重庆交通科研设计院. JGJ D70—2004 公路隧道设计规范[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

　　[3]山东鲁能泰山矿业开发有限公司硫化氢防治技术研究[Z]，2006

　　[4]樊广锋，戴金星，戚厚发.中国硫化氢天然气研究[J].天然气地球科学，1992

　　[5]徐永昌.天然气成因理论及应用[M].北京：科学出版社，1994