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摘要：根据南吕梁山隧道施工设计，隧道正洞DK299+650~DK301+000里程段穿越二叠系下统下石盒子组（P1x）、山西组（P1S）、石炭系太原组（C3t）、本溪组（C2b）煤系地层，其中正洞在DK300+180-DK300+900段正穿含煤地层，DZK-6钻孔揭露了五层煤，分别为1#、2#、8#、9#和11#煤，厚度分别为0.45m、3.80m、1.30m、0.65m和5.60m，倾角约36度，煤层走向与隧道交角约79度，推测揭煤里程分别是DK300+495、DK300+586、DK300+830、DK300+857和DK300+900。根据DZK-6钻孔揭露的1#、2#、8#、9#和11#煤层判定，DK300+180-DK300+900段煤的破坏类型受紫荆山断裂构造影响大，煤层光泽半暗，小片状构造，纹理紊乱，节理不清，断面呈粒状，用手捻之成粉末状，硬度低。综合判断为Ⅲ类强烈破坏煤，存在瓦斯突出危险性，该工区定义为高瓦斯工区。
关键词：瓦斯隧道；电力；设备；通风
中图分类号： U45 文献标识码： A
一.瓦斯隧道电力设计
南吕梁山隧道进口属于高瓦斯隧道，隧道内电力系统按照煤矿标准进行设计施工。
1.1、 矿用移动变电站
矿用移动变电站由防爆变压器、低压真空保护开关、高压真空隔爆开关三部门组成，属于中性点不接地防爆变压器，规格型号为KBSGZY-800/10煤安证号为MAC060023容量为800KV.A。高压真空隔爆开关具有漏电、断相、短路、过载、欠压保护，为隧道低压线路的总保护开关。
高压开关由主回路、控制回路两部门组成。
主回路由隔离开关、电压互感器、断路器、压敏电阻等组成，当10KV电源接入线腔后，通过隔离开关的分合可控制电压互感器、断路器的得电与失电。通过配电型硅橡胶氧化锌压敏电阻实现对真空断路器的操作过电压保护。
控制回路有综合保护、闭锁按钮、控制按钮及断路器电机、欠压线圈、分励线圈、辅助触点、中间继电器等组成。高压综合保护器对真空开关的线路电压、电流、分合状态及变压器内部温度进行实时监控；对系统的过载、断相、短路、过压、欠压、超温等故障以及低压侧反馈来的故障进行检测、显示，并通过断路器上的欠压、分励线圈控制开关分闸，按自检按钮做仿真实验，实现在线检测功能，实现保护。
1.2瓦斯隧道照明
南吕梁山进口瓦斯隧道照明统一采用127V电压照明，防爆灯采用矿用隔爆型防爆白炽灯型号为DGS60/127V，煤安证号为MAH060020。主要安裝在隧道掌子面开挖台架、二衬台架、台车及二衬至隧道口及横通道里。
在二衬防水板台架上安装两盏矿用防爆投射灯型号为DGE175/127B(Z)，安标证号为MAH090021，有效功率为175W供电电压为127V。从而实现加强掌子面照明强度的目的。
照明动力由照明信号综合保护器型号为ZBZ-4.0/660(380)M提供，煤安证号为MAD090708，隧道照明600M安装一台照明信号综合保护器，防爆灯有效功率为60W/盏，每10M安装一盏。台车及掌子由于光线要求高加装防爆投射灯则各安装一台照明信号综合保护器。
1.3矿用隔爆型电磁启动器
矿用隔爆型电磁启动器型号QBZ-200/660(380) ，煤安证号为MAD050153。使用于启动电流200A以下的防爆三相交流电机启动。电磁启动器在启动前漏电检测电路对负载进行检测，同时在启动时或者运转中发生过载、断相、漏电等故障时立即停止供电。
1.4、防爆电气改造
1.41 防爆台车改造
由于瓦斯隧道电压等级决定且变压器属于中性点不直接接地，台车控制盘进行改造成为防爆控制盘。台车行走电力、液压电机全部更换成为防爆电机。
1.42 输送泵改造
输送泵由于处购置设备，电机非防爆，而且控制盘的控制电压为220V不符合瓦斯隧道规范要求。南吕梁进口变压器属于中性点不接地变压器，根据现场情况加装一台380V/220V控制变压器。
风险控制措施根据现场测量瓦斯浓度确定是否施工：
1、当瓦斯浓度≦0.5%时正常施工，加强瓦斯监测，需瓦检员现场监测。
2、当瓦斯浓度≧0.75%时，切断电源停止作业，加强通风。
3、当瓦斯浓度≧1%时人员撤离隧道，根据瓦斯浓度确定是否人员进洞 施工作业。
1.5 隧道人员定位系统原理
南吕梁山隧道进口项目在隧道进口值班室处安设一台无线数据接收器，在左洞、右洞进口和掌子面分别安装一台无线数据接收器。当值班室数据接收器接收到人员信息时，系统记录人员信息，待下面分站检测到并将信号传到数据库时，系统通过运算计算出此人所在分站区域，然后识别是在隧道左线还是隧道右线，然后将信息输出到LED大屏上，同时通过WEP网络远程计算机可以访问监控计算机。
1.6瓦电闭锁、风电闭锁系统
1.61 KJ70N煤矿安全生产监控系统原理
南吕梁山进口瓦电闭锁系统采取KJ70N煤矿安全生产监控系统进行控制。KJ70N煤矿安全生产监控系统是集国内外煤矿监控技术优势并针对我国煤矿现状而开发的一套软、硬件结合的煤矿安全生产综合监控计算机控制系统及瓦斯检测、瓦电闭锁、风电闭锁等功能为一体的综合计算机控制系统。具有功能齐全、软件丰富、可靠性高、操作使用方便、设置灵活、经济实用等特点，可全面监控矿井上下各类安全、生产及电力参数，可汇接多个安全与生产环节子系统，适用于各类大、中、小型及地方煤矿。
1.62 瓦电闭锁系统实现原理
瓦电闭锁是基于KJ70N煤矿安全生产监控系统上建立的，甲烷传感器检查掌子面、台车瓦斯浓度、回风巷道瓦斯浓度并传输到KJ70N分站进行数据处理，分站数据处理后将数据传至控制中心计算机与设置数据比对，若瓦斯浓度超标则控制中心向分站发送数据，分站将信号传输给断电执行器，断电执行器控制真空馈电开关分闸，瓦斯闭锁。
1.63 风电闭锁系统
风电闭锁基于矿用隔爆型真空馈电开关自身功能上建立，在左右线风管上各安装一台风筒传感器，当隧道停风时传感器将信号传输给馈电开关，馈电开关断电闭锁，停风停电，而且没有恢复通风则无法复电。
二.瓦斯隧道机械设备改造
机械设备改造主要对柴油机的进排气系统、电气系统进行防爆改造，同时安装自动监控闭锁系统。
2.1、尾气处理系统
2.11、排气系统
双层水冷排气弯管和双层水冷排气波纹管在工作时夹层中走水，通过水的冷却来降低排气管表面温度，并对尾气进行冷却。同时双层水冷波纹管使得发动机与固定在车架上的废气处理箱柔性得连接在一起，降低发动机与车架之间的震动耦合，提高刚性排气管的寿命。
2.12、废气处理系统
废气处理箱的主要作用是消除尾气中的火花，让废气与废气处理箱中的冷却水有充分的接触面积和接触时间，这个过程也称之为水洗。通过废气处理箱的水洗，大量的碳烟和各种有害气体一并溶解在水中，净化了发动机尾气，改善了隧道内的工作环境，实现安全排放和清洁排放。
2.13、防爆格栅
防爆栅栏是尾气处理系统中另外一道阻火装置，它能阻止尾气中的火焰传播，是废气处理系统中防止火焰向外界传递的又一道保险，使得尾气中的火焰完全没有可能传递到外界空气中。
2.2、电气系统
2.21、隔爆电瓶箱
隔爆电瓶箱中封装了两只蓄电池，电路中各个接线部分，隔绝与外界的接触，保证无明火与外界空气接触。
2.22、隔爆控制箱
启动马达的控制开关、照明灯的控制开关等以及各个工作指示灯全部封装在隔爆控制箱内，隔绝了与外界的接触，保证无电火花与外界空气接触。
2.23、防爆灯具
防爆灯包括两个前车照明灯，一个倒车灯和一个信号灯，保证了车辆在隧道内的良好照明环境。
2.24、启動马达及发电机
由于车型较多，启动马达和发电机与发动机各自不同的匹配关系，无法使用现有的防爆发电机和启动马达。但为防止在发生故障时可能出现的火花传递，采用阻燃橡胶进行塑封已达到基本的防爆目的。
3、现场改造存在问题
3.31机械设备功率损耗
进行防爆改造的机械设备功率损耗较大，在总功率的30%左右，且现场使用困难。同时改造出来的设备和设备规格型号得不到国家安标部门认可，存在非常严重的安全隐患。
3.32 涡轮增压器表面温度
大功率柴油机经过防爆改造，打破柴油机原机设计进排气相应技术指标，大大降低了进排气系统循环。同时没有对涡轮增压器壳体进行有效处理，表面温度还是居高不下。
三、瓦斯隧道通风管理
3.1 南吕梁进口瓦斯隧道通风设计
3.11需风量计算参数
根据隧道内施工组织方案确定了风量计算的参数
项目 正洞 单位
断面积 53 m2
一次爆破炸药量 160 kg
洞内最多作业人数 50 人
内燃机械设备 装载机 162×1 kW
自卸汽车 250×1 kW
通风时间 30 min
最低风速 0.15 m/s
3.12风量计算结果
① 按洞内同时作业最多人数计算，正洞开挖面需风量为150 m3/min；
②按开挖面爆破排烟计算需风量为：正洞开挖面排烟需风量为517.6 m3/min；
③按稀释内燃机废气计算需风量为：正洞开挖面需风量为1236m3/min；
④按最低风速计算需风量为：正洞开挖面最小风量为477 m3/min；
按照瓦斯隧道回风区回风速度不得低于1m/s计算风量：53×60=3180 m3/min
根据以上计算结果：取瓦斯隧道回风回风速度计算需风量为控制风量，正洞开挖面需风量为3180 m3/min。
3.2 通风施工管理
3.21施工组织
由专业队伍进行现场施工，风管安装必须平、直、顺，减少通风管路转弯如必须弯度平缓，避免转锐角弯，以减小管路沿程阻力和局部阻力，并加强日常维修和管理工作。同时配置液压升降车将风管安装在隧道拱顶位置，这样不但台车移动可以不停风作业，而且风管高挂减少隧道施工时的损坏率。
3.22供风风量调控
必须配有专业技术人员对现场通风效果和瓦斯涌出状况进行检测，测定大气参数、风速、风量、瓦斯、一氧化碳、硫化氢等参数，特别是瓦斯浓度指标，根据检测指标及时调整通风机的运行频率，从而调节供风量。
3．23通风机管理
(1)隧道无瓦斯状态
a、引入先进科技，采用变频调速装置，旨在满足隧道掌子面供风要求，降低综合成本的目的。
b、变频调速必须根据现场情况和现场需求随时改变风机频率
c、适当提高基础频率调节的柔性，南吕梁隧道属于高瓦斯隧道除了在保证掌子面供风的同时，如果存在瓦斯溢出情况时，需硬性增加供风量，可通知值班人员调节。在非异常情况下值班人员必须严格按照机电部每月制定通风方案执行。
（2）隧道瓦斯溢出情况下
当隧道瓦斯溢出的情况下，需根据现场检测瓦斯浓度制定风量要求，同时开启通风竖井煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流通风机型号为FBCDZ№21/2×132对隧道内回风进行抽排，加速将瓦斯稀释并抽排到隧道外，直到达到安全施工瓦斯浓度为止。
结束语：
如上是山西中南五分部在瓦斯隧道施工中关于防爆电气改造、防爆设备改造以及通风管理的一些方式和方案，谈不上经验之谈，我们也是摸索着时时战战业业、如履薄冰才走到现在，做到现在这个样子，还有很多不足和缺点以及难题，希望同仁帮忙指出缺点不足，希望领导帮忙解决难题。从而我们一起来解决瓦斯隧道施工难题，做到安全生产、质量保障、效益卓越。
关键词：瓦斯隧道；电力；设备；通风
中图分类号： U45 文献标识码： A
一.瓦斯隧道电力设计
南吕梁山隧道进口属于高瓦斯隧道，隧道内电力系统按照煤矿标准进行设计施工。
1.1、 矿用移动变电站
矿用移动变电站由防爆变压器、低压真空保护开关、高压真空隔爆开关三部门组成，属于中性点不接地防爆变压器，规格型号为KBSGZY-800/10煤安证号为MAC060023容量为800KV.A。高压真空隔爆开关具有漏电、断相、短路、过载、欠压保护，为隧道低压线路的总保护开关。
高压开关由主回路、控制回路两部门组成。
主回路由隔离开关、电压互感器、断路器、压敏电阻等组成，当10KV电源接入线腔后，通过隔离开关的分合可控制电压互感器、断路器的得电与失电。通过配电型硅橡胶氧化锌压敏电阻实现对真空断路器的操作过电压保护。
控制回路有综合保护、闭锁按钮、控制按钮及断路器电机、欠压线圈、分励线圈、辅助触点、中间继电器等组成。高压综合保护器对真空开关的线路电压、电流、分合状态及变压器内部温度进行实时监控；对系统的过载、断相、短路、过压、欠压、超温等故障以及低压侧反馈来的故障进行检测、显示，并通过断路器上的欠压、分励线圈控制开关分闸，按自检按钮做仿真实验，实现在线检测功能，实现保护。
1.2瓦斯隧道照明
南吕梁山进口瓦斯隧道照明统一采用127V电压照明，防爆灯采用矿用隔爆型防爆白炽灯型号为DGS60/127V，煤安证号为MAH060020。主要安裝在隧道掌子面开挖台架、二衬台架、台车及二衬至隧道口及横通道里。
在二衬防水板台架上安装两盏矿用防爆投射灯型号为DGE175/127B(Z)，安标证号为MAH090021，有效功率为175W供电电压为127V。从而实现加强掌子面照明强度的目的。
照明动力由照明信号综合保护器型号为ZBZ-4.0/660(380)M提供，煤安证号为MAD090708，隧道照明600M安装一台照明信号综合保护器，防爆灯有效功率为60W/盏，每10M安装一盏。台车及掌子由于光线要求高加装防爆投射灯则各安装一台照明信号综合保护器。
1.3矿用隔爆型电磁启动器
矿用隔爆型电磁启动器型号QBZ-200/660(380) ，煤安证号为MAD050153。使用于启动电流200A以下的防爆三相交流电机启动。电磁启动器在启动前漏电检测电路对负载进行检测，同时在启动时或者运转中发生过载、断相、漏电等故障时立即停止供电。
1.4、防爆电气改造
1.41 防爆台车改造
由于瓦斯隧道电压等级决定且变压器属于中性点不直接接地，台车控制盘进行改造成为防爆控制盘。台车行走电力、液压电机全部更换成为防爆电机。
1.42 输送泵改造
输送泵由于处购置设备，电机非防爆，而且控制盘的控制电压为220V不符合瓦斯隧道规范要求。南吕梁进口变压器属于中性点不接地变压器，根据现场情况加装一台380V/220V控制变压器。
风险控制措施根据现场测量瓦斯浓度确定是否施工：
1、当瓦斯浓度≦0.5%时正常施工，加强瓦斯监测，需瓦检员现场监测。
2、当瓦斯浓度≧0.75%时，切断电源停止作业，加强通风。
3、当瓦斯浓度≧1%时人员撤离隧道，根据瓦斯浓度确定是否人员进洞 施工作业。
1.5 隧道人员定位系统原理
南吕梁山隧道进口项目在隧道进口值班室处安设一台无线数据接收器，在左洞、右洞进口和掌子面分别安装一台无线数据接收器。当值班室数据接收器接收到人员信息时，系统记录人员信息，待下面分站检测到并将信号传到数据库时，系统通过运算计算出此人所在分站区域，然后识别是在隧道左线还是隧道右线，然后将信息输出到LED大屏上，同时通过WEP网络远程计算机可以访问监控计算机。
1.6瓦电闭锁、风电闭锁系统
1.61 KJ70N煤矿安全生产监控系统原理
南吕梁山进口瓦电闭锁系统采取KJ70N煤矿安全生产监控系统进行控制。KJ70N煤矿安全生产监控系统是集国内外煤矿监控技术优势并针对我国煤矿现状而开发的一套软、硬件结合的煤矿安全生产综合监控计算机控制系统及瓦斯检测、瓦电闭锁、风电闭锁等功能为一体的综合计算机控制系统。具有功能齐全、软件丰富、可靠性高、操作使用方便、设置灵活、经济实用等特点，可全面监控矿井上下各类安全、生产及电力参数，可汇接多个安全与生产环节子系统，适用于各类大、中、小型及地方煤矿。
1.62 瓦电闭锁系统实现原理
瓦电闭锁是基于KJ70N煤矿安全生产监控系统上建立的，甲烷传感器检查掌子面、台车瓦斯浓度、回风巷道瓦斯浓度并传输到KJ70N分站进行数据处理，分站数据处理后将数据传至控制中心计算机与设置数据比对，若瓦斯浓度超标则控制中心向分站发送数据，分站将信号传输给断电执行器，断电执行器控制真空馈电开关分闸，瓦斯闭锁。
1.63 风电闭锁系统
风电闭锁基于矿用隔爆型真空馈电开关自身功能上建立，在左右线风管上各安装一台风筒传感器，当隧道停风时传感器将信号传输给馈电开关，馈电开关断电闭锁，停风停电，而且没有恢复通风则无法复电。
二.瓦斯隧道机械设备改造
机械设备改造主要对柴油机的进排气系统、电气系统进行防爆改造，同时安装自动监控闭锁系统。
2.1、尾气处理系统
2.11、排气系统
双层水冷排气弯管和双层水冷排气波纹管在工作时夹层中走水，通过水的冷却来降低排气管表面温度，并对尾气进行冷却。同时双层水冷波纹管使得发动机与固定在车架上的废气处理箱柔性得连接在一起，降低发动机与车架之间的震动耦合，提高刚性排气管的寿命。
2.12、废气处理系统
废气处理箱的主要作用是消除尾气中的火花，让废气与废气处理箱中的冷却水有充分的接触面积和接触时间，这个过程也称之为水洗。通过废气处理箱的水洗，大量的碳烟和各种有害气体一并溶解在水中，净化了发动机尾气，改善了隧道内的工作环境，实现安全排放和清洁排放。
2.13、防爆格栅
防爆栅栏是尾气处理系统中另外一道阻火装置，它能阻止尾气中的火焰传播，是废气处理系统中防止火焰向外界传递的又一道保险，使得尾气中的火焰完全没有可能传递到外界空气中。
2.2、电气系统
2.21、隔爆电瓶箱
隔爆电瓶箱中封装了两只蓄电池，电路中各个接线部分，隔绝与外界的接触，保证无明火与外界空气接触。
2.22、隔爆控制箱
启动马达的控制开关、照明灯的控制开关等以及各个工作指示灯全部封装在隔爆控制箱内，隔绝了与外界的接触，保证无电火花与外界空气接触。
2.23、防爆灯具
防爆灯包括两个前车照明灯，一个倒车灯和一个信号灯，保证了车辆在隧道内的良好照明环境。
2.24、启動马达及发电机
由于车型较多，启动马达和发电机与发动机各自不同的匹配关系，无法使用现有的防爆发电机和启动马达。但为防止在发生故障时可能出现的火花传递，采用阻燃橡胶进行塑封已达到基本的防爆目的。
3、现场改造存在问题
3.31机械设备功率损耗
进行防爆改造的机械设备功率损耗较大，在总功率的30%左右，且现场使用困难。同时改造出来的设备和设备规格型号得不到国家安标部门认可，存在非常严重的安全隐患。
3.32 涡轮增压器表面温度
大功率柴油机经过防爆改造，打破柴油机原机设计进排气相应技术指标，大大降低了进排气系统循环。同时没有对涡轮增压器壳体进行有效处理，表面温度还是居高不下。
三、瓦斯隧道通风管理
3.1 南吕梁进口瓦斯隧道通风设计
3.11需风量计算参数
根据隧道内施工组织方案确定了风量计算的参数
项目 正洞 单位
断面积 53 m2
一次爆破炸药量 160 kg
洞内最多作业人数 50 人
内燃机械设备 装载机 162×1 kW
自卸汽车 250×1 kW
通风时间 30 min
最低风速 0.15 m/s
3.12风量计算结果
① 按洞内同时作业最多人数计算，正洞开挖面需风量为150 m3/min；
②按开挖面爆破排烟计算需风量为：正洞开挖面排烟需风量为517.6 m3/min；
③按稀释内燃机废气计算需风量为：正洞开挖面需风量为1236m3/min；
④按最低风速计算需风量为：正洞开挖面最小风量为477 m3/min；
按照瓦斯隧道回风区回风速度不得低于1m/s计算风量：53×60=3180 m3/min
根据以上计算结果：取瓦斯隧道回风回风速度计算需风量为控制风量，正洞开挖面需风量为3180 m3/min。
3.2 通风施工管理
3.21施工组织
由专业队伍进行现场施工，风管安装必须平、直、顺，减少通风管路转弯如必须弯度平缓，避免转锐角弯，以减小管路沿程阻力和局部阻力，并加强日常维修和管理工作。同时配置液压升降车将风管安装在隧道拱顶位置，这样不但台车移动可以不停风作业，而且风管高挂减少隧道施工时的损坏率。
3.22供风风量调控
必须配有专业技术人员对现场通风效果和瓦斯涌出状况进行检测，测定大气参数、风速、风量、瓦斯、一氧化碳、硫化氢等参数，特别是瓦斯浓度指标，根据检测指标及时调整通风机的运行频率，从而调节供风量。
3．23通风机管理
(1)隧道无瓦斯状态
a、引入先进科技，采用变频调速装置，旨在满足隧道掌子面供风要求，降低综合成本的目的。
b、变频调速必须根据现场情况和现场需求随时改变风机频率
c、适当提高基础频率调节的柔性，南吕梁隧道属于高瓦斯隧道除了在保证掌子面供风的同时，如果存在瓦斯溢出情况时，需硬性增加供风量，可通知值班人员调节。在非异常情况下值班人员必须严格按照机电部每月制定通风方案执行。
（2）隧道瓦斯溢出情况下
当隧道瓦斯溢出的情况下，需根据现场检测瓦斯浓度制定风量要求，同时开启通风竖井煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流通风机型号为FBCDZ№21/2×132对隧道内回风进行抽排，加速将瓦斯稀释并抽排到隧道外，直到达到安全施工瓦斯浓度为止。
结束语：
如上是山西中南五分部在瓦斯隧道施工中关于防爆电气改造、防爆设备改造以及通风管理的一些方式和方案，谈不上经验之谈，我们也是摸索着时时战战业业、如履薄冰才走到现在，做到现在这个样子，还有很多不足和缺点以及难题，希望同仁帮忙指出缺点不足，希望领导帮忙解决难题。从而我们一起来解决瓦斯隧道施工难题，做到安全生产、质量保障、效益卓越。