4.3.6.1 瓦斯等级划分标准
国外主要采用相对瓦斯涌出量对矿井瓦斯等级进行分级。如苏联、波兰和德国等国家，印度除相对瓦斯涌出量外，还考虑总回风流瓦斯浓度，具体如表4-17所示：
表4-17 国外矿井瓦斯分级
日本按工作面或人行巷道风流中可燃气体含量将瓦斯矿井分为甲种（高瓦斯）和乙种（低瓦斯）矿井。凡符合下列条件之一者，为甲种瓦斯矿井：①回风巷道风流中的可燃性气体含量＞0.25%；②采掘工作面风流中可燃性气体含量＞0.5%；③停风后1小时，采掘工作面或人行巷道风流中可燃气体含量＞3%。不符合甲种瓦斯矿井条件的皆划为乙种瓦斯矿井。
西班牙以矿井回风流中瓦斯浓度及瓦斯涌出形式为指标，把矿井分成四类：非瓦斯矿井、有瓦斯矿井、高瓦斯矿井和有突出危险的矿井。
美国将煤矿矿井只分为瓦斯矿井和非瓦斯矿井。当矿井有过瓦斯着火，或在任何采区检查（距顶、壁、工作面300 mm以上位置）发现瓦斯浓度达到或超过0.25%，就定为瓦斯矿井。
20世纪70年代前，我国煤矿矿井瓦斯等级划分一直沿用苏联的划分方法，分级指标及等级与苏联相同。1980年后，煤炭部仍以矿井相对瓦斯涌出量为分级指标，并考虑瓦斯涌出形式，将煤矿矿井分为低瓦斯矿井、高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井。煤矿瓦斯等级分级如表4-18所示：
表4-18 1980年煤矿瓦斯等级分级
1992年，煤炭科学研究总院重庆分院以矿井绝对瓦斯涌出量为分类指标，将矿井瓦斯等级分为3级，具体如表4-19所示：
表4-19 1992 年矿井瓦斯等级分级
铁路系统对瓦斯隧道的研究较为深入，颁布了《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB 10120—2002），对瓦斯隧道界定、工区划分以及相应措施都有了明确规定。
即按绝对瓦斯涌出量小于0.5 m3/min时判定为低瓦斯工区，大于或等于0.5 m3/min时判定为高瓦斯工区。
在《公路隧道设计规范·第一册·土建工程》（JTG 3370.1—2018）中针对瓦斯地层提出了较为具体的衬砌结构，在2010年的《公路隧道设计细则》（JTG/T D70—2010）中，将瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道以及瓦斯突出隧道，如表4-20所示。以瓦斯含量与瓦斯压力作为指标，将隧道瓦斯地段的等级进一步划为三级，具体如表4-21所示。
表4-20 瓦斯隧道的分类
表4-21 瓦斯地段等级
4.3.6.2 瓦斯灾害风险分析、评估
1.瓦斯隧道典型案例
据调查，新中国成立以来到2000年，我国修建了近20座瓦斯隧道。随着交通事业的蓬勃发展，在煤层和瓦斯地区通过并修筑隧道的机会越来越多，高瓦斯隧道也不断增加。据不完全统计，2000年至2008年间，我国修建的瓦斯隧道60余座，其中长度在3 km以上的隧道就有32座。1990年至2008年，我国修建的3 km以上瓦斯隧道如表4-22所示。
表4-22 1990—2008年我国修建的瓦斯隧道
续表
国内外曾发生过严重的隧道瓦斯爆炸，爆炸原因及造成巨大人员伤亡事故如表4-23所示。由表中可见，中国的瓦斯隧道发生事故较多，其中岩脚寨隧道和董家山隧道发生的瓦斯爆炸事故最为严重，造成30人以上死亡；四川省都汶高速董家山隧道瓦斯爆炸现场照片如图4-42所示。
表4-23 国内外隧道重大瓦斯事故统计表
图4-42 四川省都汶高速董家山隧道瓦斯爆炸
通过国内外瓦斯隧道的调查情况可知，当瓦斯浓度较高时，隧道中常发生瓦斯爆炸与燃烧，其共同特点：
（1）地层岩性为富集瓦斯的煤系地层，煤层厚度的大小直接决定瓦斯涌出量的大小，煤层越厚所能生成的瓦斯就越多，瓦斯浓度高，而且煤层越厚，也越容易发生突出的危险。瓦斯含量超过4%或绝对涌出量超过0.5 m3/min，即高瓦斯隧道发生事故较多。
（2）地质构造有的是瓦斯散逸通道，有的是很好的瓦斯赋存场所。而且煤与瓦斯突出多发生在构造带附近。
（3）围岩级别较低，完整性差。瓦斯涌出量较大的部位通常为断层破碎带或透气性较好的软岩带，由于瓦斯压力高，使得软岩易突出。
（4）地下水较发育，由于瓦斯多沿破碎的地层与断层破碎带附近渗出，若存在地下水，地下水也渗出较多。
（5）通风量不足。由上述的实例可见，由于通风机械设备不足，导致岩脚寨隧道发生瓦斯爆炸，而家竹箐隧道由于通风量充足，成功预防了高瓦斯突出事故。
（6）引火源是瓦斯燃烧与爆炸的必要条件。
（7）施工管理。在隧道开挖掘进过程中，由于施工方管理不当，造成施工中出现工人头晕、恶心和中毒等症状时，也没有引起管理层的重视，忽视瓦斯的影响，造成爆炸事故。
因此，在瓦斯隧道中，引起瓦斯事故的主要是瓦斯浓度、引火源、断层和围岩级别及通风量和施工管理等因素。如果忽视这些因素，往往造成工人中毒、瓦斯爆炸和瓦斯突出等严重事故。
2.项目区瓦斯危害性评价
高楼山隧道进口段（160 m长）存在板岩，以炭质板岩为主，岩性较坚硬，受断裂影响，岩体破碎，多呈裂隙块状结构，围岩级别以Ⅳ级为主，地下水发育，隧道开挖时以线状流水为主。
根据工程经验，以及本地区212国道隧道及铁路隧道施工情况，炭质板岩区域可能有瓦斯外溢，但本区域瓦斯浓度较小，对目前在建及已建隧道基本无影响，因此初步勘察阶段，未进行瓦斯浓度的监测。
考虑到本区域地质条件的复杂性，有可能存在瓦斯积聚，地质构造发育，褶皱、断裂较多，使隧道施工时产生微裂隙或裂缝，地层中的瓦斯可能顺缝隙散逸，造成隧道中瓦斯的局部聚集和反常现象，对人身健康和隧道安全运营造成危害。
结合上述分析，初步认为高楼山隧道施工时因瓦斯外溢而导致的中毒、燃烧与爆炸风险较小，但施工中应进一步对其进行预防监测。
3.项目区瓦斯风险等级评估
结合工程类比分析、专家调查及工程地质情况，对隧道瓦斯的风险概率等级及风险损失等级进行评价。隧道瓦斯风险等级如表4-24所示：
表4-24 隧道瓦斯风险等级表
根据上述对高楼山隧道瓦斯风险评估结果，可得出该隧道发生瓦斯风险的概率等级为1级，损失等级为3级，根据风险等级表判定瓦斯风险等级为Ⅱ级，风险较低。(www.xing528.com)
4.3.6.3 瓦斯风险控制措施及建议
1.瓦斯检测
由于本区域地质构造发育，有可能产生裂隙或裂缝，局部可能存在瓦斯富集，因此，应加强瓦斯监测。通常以个人携带的检测仪为辅，以现场通风监测法为主，进行实时监测。
（1）瓦斯检测设备
①瓦斯自动断电报警器（如AWJ-6型）；
②便携式瓦检仪（光干涉如SWJ-A型，催化型如AZJ-91型）；
③凡重要地点（如开挖面、煤层附近、衬砌台车前方等），人员难于攀登地点（如坍穴顶部），均应设置自动断电报警器的探头。
（2）检测地点
①开挖工作面风流中；
②未成洞段及已成洞段的拱顶下沿；
③衬砌台车前方；
④塌方、凹陷、裂隙、风流死角；
⑤地质破碎、地层变化；
⑦停放的大型设备后方风流死角；
⑧洞内电焊地点；
⑨洞内通风机、电机及开关附近；
⑩其他通风不良处。
2.瓦斯浓度管理标准
（1）工区内任何地点、任何时刻的瓦斯浓度不大于0.3%。
（2）任何地点瓦斯浓度达到0.4%时，应即刻报警，找出原因，及时处理。
（3）任何地点瓦斯浓度超过0.5%，应在前后20 m范围内立即停工，切断电气设备的电源，查找原因并加强通风，观测浓度变化。
（4）开挖面瓦斯涌出，且浓度超过0.5%时，掌子面至二次模筑衬砌起点之间立即断电，停工撤人，如加强通风后浓度仍降不下来，则全工区停电撤人，立即研究处理办法。（两个方案：①如瓦斯涌出强度超过0.5 m3/min，改按高瓦斯工区处理、设备换装；②增加通风设备，加强通风，等待瓦斯涌出衰减。）
3.电源
低瓦斯工区不要求设置两套互为独立的供电系统，但主通风机应有二路电源，直接由变电所馈出并来自不同变压器，当一路停电时，另一路在15 min内接通供电。
4.突发性瓦斯溢出
针对突发性瓦斯溢出，为高瓦斯工区时，可采取以下措施：
（1）支护施工
隧道开挖后，应尽快施做锚喷初期支护，用掺气密剂的喷射混凝土覆盖裸露岩面，喷混凝土厚度不小于15 cm。当喷射混凝土表面出现开裂，还应进行补喷，补喷厚度至少5 cm。
当洞壁喷混凝土不能有效减小瓦斯溢出时，可采用：
①对洞壁径向注浆，封堵瓦斯渗漏通道（用C-S浆，注浆厚度3 m）；
②提前施做瓦斯隔离层和二次衬砌（气密性混凝土），厚度不小于40 cm，衬砌接缝应进行气密。
（2）瓦电闭锁和风电闭锁
在隧道中安装“两闭锁”是非常必要的，所谓“两闭锁”即“瓦电闭锁”和“风电闭锁”。
“瓦电闭锁”——洞内重要位置均应布置探头，长期不间断监测瓦斯。当探头测得风流中瓦斯浓度超标时，可立即自动启动断电报警器，切断规定范围的电器设备电源，并产生声光报警。
“风电闭锁”——当隧道内通风机由于某种原因不能运转供风时，自动切断停风区全部电气设备电源。
5.其他
（1）设备配置，应结合瓦斯实际情况，配置有效设备，在可能有瓦斯地段，应进行防爆、防静电等施工组织设计。
（2）施工通风应24 h不间断，通风机应有备用。
（3）低瓦斯工区也应进行火源管理，严禁火源进洞，洞内及洞口20 m范围禁烟，洞口设检查岗，洞内不得储存易燃品（油类等），进洞人员不得穿易产生静电服装，进出洞人员应登记。
（4）所有施工人员均需岗前培训，合格后发给上岗证才能进洞。
（5）各工区应建立必要的安全生产制度，如瓦斯检测登记制度、瓦斯检测工作细则、瓦斯仪表校正检修制度、电气设备检查和修理保养制度、煤层采样试验规程、超前探孔施工作业细则等。
（6）关于瓦斯隧道安全施工内容很多，有的也很细，这里不能一一介绍，不详之处，请参考《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB 10120—2002）。
6.瓦斯灾害事故应急救援预案
隧道发生瓦斯灾害事故后，立即成立应急救援队。当发生瓦斯中毒、瓦斯爆炸或突出等事故时，建议采取相应的救援措施：
（1）若确定为瓦斯中毒或瓦斯突出，除加强通风外，应立即抢救遇难人员，本着“先活者后亡者、先重伤后轻伤、先易后难”的原则进行抢救。
（2）若为瓦斯爆炸事故，在进入瓦斯区时，应带有干粉灭火器，发现火源应及时扑灭。确认灾区没有火源不会再引起继续爆炸时，即可对隧道瓦斯部位进行通风。应尽快恢复原有的通风系统，加大风量，迅速排除爆炸后产生的烟雾和有毒有害气体，既有利于抢救遇难者，减轻遇难者的中毒程度，又可以消除隧道中有害气体对救援人员的威胁。
（3）做好爆炸区侦察、寻找爆炸点、封闭爆炸点等工作。
（4）瓦斯隧道施工时，应提前与当地专业救援部门进行联系，提前进行瓦斯救援演练。
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