中国学术杂志网

隧道机械设备简易改装与防爆改装探讨

 论文栏目:机电设备论文     更新时间:2020/11/17 15:47:49   

摘要:机械设备是隧道施工安全事故发生的因素之一,为安全管控重点对象。基于安全生产的目标,论述高瓦斯隧道机械设备改装问题。首先,分析瓦斯隧道工程的安全风险。其次,分析高瓦斯隧道机械设备的改装要求。最后,结合实例论述高瓦斯隧道机械设备简易改装和主动防爆改装,总结改装策略。

关键词:高瓦斯隧道;机械设备;简易改装;主动防爆改装

近年来,高瓦斯隧道施工安全事故频发,引起施工企业的高度重视。开展高瓦斯隧道施工作业,要认真贯彻落实安全管理制度,借助高性能设备和防爆机械设备作业,减少安全隐患,实现安全生产的目标。很多高瓦斯隧道机械设备无法达到工程作业的要求,需要进行改装,为施工作业的开展提供保障。

1高瓦斯隧道施工的安全风险

瓦斯爆炸为主要安全风险,为安全防控重点内容。瓦斯爆炸需要达到以下条件:①浓度。将空气和瓦斯混合气体遇到火后能够引起爆炸的浓度范围,定义为瓦斯爆炸界限,在5%~16%内。将<5%的区域,划分为燃烧区域;对浓度不超过9.5%的区域,为不易爆炸区域;浓度超过16%的区域为易爆区域;②引火温度。瓦斯引火温度通常在650~750℃,不过会随着瓦斯浓度以及火源性质等产生变化。如果瓦斯含量处于7%~8%时,很容易引燃。随着混合气体的压力增加,引燃温度随之降低;③氧的浓度。如果作业空间内存在着大量的瓦斯,但是氧气浓度比较低,即使有火源,发生爆炸的风险比较小;不过如果有氧气进入,并且浓度>12%,遇到火源会立即发生爆炸。高瓦斯隧道施工作业环境下,存在着可以满足瓦斯爆炸的两大条件,包括溢出瓦斯与氧气浓度。作业时,若采取无轨运输方式的非防爆机械设备,存在着瓦斯爆炸的高风险。若想实现对爆炸事故的有效预防和避免,要做好瓦斯浓度监控;对作业机械普通电器部件,采取防爆改装措施,实现对电气火花的隔离,达到安全作业的要求。

2高瓦斯隧道机械设备改装形式与要求

2.1简易改装

高瓦斯隧道机械设备采取简易改装方案,主要是安装用于瓦斯浓度监测的装置,当作业环境内的瓦斯浓度达到预设值,车辆柴油机立即断油熄火停止作业。排气配套灭火罩,不属于主动防爆改装,没有防爆性,不可以在存在瓦斯与煤尘等气体作业环境下使用,即不适用于高瓦斯隧道作业环境。此类工程环境下,极易发生瓦斯突出与集聚的危险,虽然配套了通风系统,但是难以解决问题,如果出现火花或者高温情况,则会造成瓦斯爆炸或者燃烧,因此要做好全面的防范。采取的简易改装措施,选择柴油机自动保护装置上配置传感器,无法消除车辆开关和接头等类型的电器火花,并且无法消除柴油机排气高温,更无法立即停车,因此还需要对机械设备进行防爆改装。

2.2主动防爆改装

按照现行的规定,防爆柴油机和车辆必须要设置自动保护装置,当出现异常情况能够快速报警,使得车辆动力系统自动停止运行。异常情况整理如下:①排气温度最大值达到70℃;②表面温度最大值达到150℃;③冷却水温度最高值达到95℃或者设计值;④机油压力最低值达到设定最低压力等。采取主动防爆改装,将作业巷道内部的瓦斯监控系统断电装置,改装到工程车上,无法达到规定的功能与防爆性能,当发生瓦斯突出的情况,未等实现快速报警停车,爆炸事故就已经发生。如果采取此改装方案的车辆,进入到高瓦斯作业区域或者瓦斯突出地带,难以实现防爆。

2.3全部防爆改装

对于上述两种简易防爆改装存在的不足和问题,全部防爆改装能有效克服。按照MT990—2006以及MT/T989—2006标准,配置防爆柴油机自动保护装置,遇到异常情况时,系统能够在1min内停车。需要注意的是,改装时要充分考虑报警到实现断油停机所需的时间,以及警报后快速转移车辆的时间,切实保障防爆改装的价值实现。

3高瓦斯隧道机械设备的改装实例分析

3.1案例概述

以新高坡隧道贵州段为例,为单线隧道,全长4140m,最大埋深约445m。DK304+059~DK306+650段为高瓦斯,DK306+650~DK308+199段为低瓦斯,DK306+468处下穿成贵铁路。出口里程DK308+199,设计为6‰、10.4‰、及11‰的单面上坡。全隧道DK306+150.841~DK307+638.510段位于半径8000m的右偏曲线上,其余地段均为直线;Ⅳ级围岩1497m、Ⅴ级围岩2643m。根据相关规定,低瓦斯隧道,洞内施工设备可以不改装,高瓦斯隧道只对洞内设备进行改装,对行走设备只加装瓦斯断电设备。现结合改装方案进行分析。

3.2改装思路

此隧道工程机械设备改装的基本思路如下:①对发动机尾輫輲气,采取处理措施,同时完全消除排气火焰,使得排气温度最大程度上降低。采取此措施,使得发动机尾气中的明火无法与外部环境的可燃气体接触,通过控制瓦斯爆炸发生的条件避免爆炸发生。除此之外,采取上述措施,能够避免高温尾气与可燃气体接触,避免爆炸的发生;②选用降温涂料,对发动机的表面高温位置进行覆盖,使其与外界断绝联系;③改装电气系统,围绕发电机系统和自动系统以及照明系统等进行改造,切断瓦斯与明火直接接触;④配置自动保护装置,实现对防爆系统运行和瓦斯浓度的监控,增强系统运行的安全性[1]。

3.3改装位置

从改装实践来说主要改装部位如下:①塑封起动机。对隧道工程使用的普通工程车辆配置的起动机,采取注胶密封措施,实现和外界可燃气的有效隔绝,进而达到防爆要求。基于安全生产目的,选择矿用隔爆型控制按钮,当作车辆起动机的开关,确保车辆启停操作时的火花不会和外界空气接触,避免引发故障。对普通工程车辆使用的照明灯与信号灯进行改装,选择矿用隔爆型照明灯以及信号灯;②柴油机自动保护装置。改装中,选用矿用柴油机自动保护装置,发挥装置的功能,实现对瓦斯和排气温度以及发动机温度等的动态化监测。对于自动保护装置,严格按照标准要求配置[2]。选择的自动保护装置,必须为隔爆型。配置此装置,实际应用中,当某项指标超出设定的安全值,装置能够自动报警,促使车辆可以快速自动断电熄火,停止运行,并且能够提醒驾驶员进行检查。配置的自动保护装置,监测柴油机机体表面温度,设定值为≤150℃,自动保护值为(148±2)℃;监测柴油机排气温度,设定值为≤70℃,自动保护值为(68±2)℃;监测机油油压变化,设定值为<0.15MPa,自动保护值为(0.15±0.01)MPa;监测补水箱水位变化,设定值为>60mm水位,自动保护值为缺水;监测甲烷浓度变化,设定值为0.5%CH4,自动保护值为0.75%CH4;③尾气处理。改装方案中,对于尾气处理,使用夹层排气管道与水箱装置处理。选择废气处理箱排气口位置,设置阻火栅栏,进而消除排气火花。为了能够实现对火花源以及热源的有效消除,严格把控柴油机表面温度,使其<150℃;对于排气出口位置,将温度控制在≤70℃。对于尾气处理系统,由双层水冷排气冷纹管以及双层水冷排气弯管等组成。作业时,为驾驶人员提供便携式瓦斯检测仪器,将安全值设定为0.5%CH4,如果甲烷浓度超过了设定的安全值,设备可以自动报警,驾驶人员要立即停止作业并且快速撤离,等到隧道内部经过通风处理达到安全作业状态后,再开展施工作业。隧道内部的作业车辆,必须要配置便携式灭火器,并且定期对其进行检查;④管道。对双层水冷排气波纹涵管以及双层水冷排气弯管,选择夹层中行走水方案,借助水的力量,完成对排气管道的降温处理,并且冷却尾气[3]。除此之外,发挥双层水冷波纹管道的作用,能够将车架上放置的废气处理箱与水冷波纹管发动机有效连接,同时减少车架与发动机的振动耦合。

3.4电气系统

此隧道工程中,进行防爆改装,电气系统的改装策略如下:①选择矿用隔爆型蓄电池作为对象进行改装。实际作业中,电路的控制元件和蓄电池,如果处于运行状态或者故障状态,难以避免产生火花。若其和作业环境中存在的可燃气体接触,必然会引发爆炸。对于此类风险,选择矿用隔爆型蓄电池封闭,同时对接线口部分运用注胶以及橡胶的方式进行处理[4];②选用隔爆型控制按钮。此类按钮内部设置了启动机的控制开关,通过封装的方式,实现了和外部可燃气体的隔离,使得明火无法和可燃气体接触,避免爆发的发生。对起动机设备,采取注胶密封处理措施,实现和外界可燃气体的隔绝;③选用矿用隔爆型主令开关。此类开关内部封装有照明灯的控制开关,实现了和外界可燃气体的隔绝,确保没有明火和可燃气体接触,避免爆炸的发生。3.5改装效果分析国内当前适用于高瓦斯隧道作业环境的专用防爆柴油机械比较少,需要进行防爆改装,使其能够达到防爆要求。现行的工程规范,对高瓦斯隧道作业环境中的机械车辆防爆等级、形式和改装方式没有明确的要求,主要包括车载瓦斯检测仪+电闭锁改装方案、电气隔爆改装方案、综合防爆改装方案。不同方案的优势和缺陷不同,采用车载瓦斯检测仪+电闭锁改装方案,可以享有简单可靠和低成本优势;而电气隔爆改装方案、综合防爆改装方案后期运行维护工作量比较大。综合分析,为了满足隧道作业环境下的机械设备运行要求,对于普通作业车辆,可以配备便携式瓦斯检测仪器;对于低瓦斯隧道工程,采取车载瓦斯检测仪+电闭锁改装方案;对于高瓦斯隧道,采取车载瓦斯检测仪+电闭锁改装或者电气隔爆改装方案。对于瓦斯突出施工段,综合运用多种防爆改装方案。上述隧道工程中,对于瓦斯突出施工段,为了确保作业的安全性,杜绝爆炸事故的发生,采取了综合防爆改装方案。通过采取以下措施获得了不错的成效:①洞内设施各类机电设备采用防爆型,移动设备(装载机、挖机、汽车)安装了瓦斯断电系统;②超前地质预报设备:防爆钻机2台;③钻孔设备:风动凿岩机、防爆型煤电钻;④供风、供水、照明设备:防爆型轴流风机、阻燃型防静电通风管、抽水机、高压水箱、发电机、变压器、防爆灯等;⑤瓦斯监测设备:光学瓦检仪、便携式瓦检报警仪、瓦斯自动检测报警断电装置、多参数检测报警仪等;⑥塑封起动机、柴油机自动保护装置、尾气处理等。总体来说,采取车载瓦斯检测仪+电闭锁改装+电气隔爆改装等综合防爆方案。

4结束语

结合机械设备的防爆改装,通过实际案例进行了分析,总结了适用于高瓦斯隧道工程施工的机械设备改装方法。经过工程施工检验,采取综合防爆方案,对保障隧道施工安全有序开展,起到了积极的作用,具有推广应用价值。

参考文献

[1]唐斌,徐文平.瓦斯隧道施工机械车辆防爆改装形式探讨及建议[J].现代隧道技术,2019,56(5):67-71,103.

[2]冯冰.瓦斯隧道机械设备改装方案与主动防爆改装[J].低碳世界,2019,9(9):309-310.

[3]韩伟.瓦斯隧道机械防爆性能改装技术[J].价值工程,2019,38(18):149-150.

[4]李江洪,周明浩.油气田区地铁隧道机械设备的防爆改装与应用[J].四川水力发电,2019,38(S1):19-20.

作者:郭锐 单位:中铁十九局集团第一工程有限公司

学术网收录7500余种,种类遍及
时政、文学、生活、娱乐、教育、学术等
诸多门类等进行了详细的介绍。

机电设备论文
@2008-2012 学术网
出版物经营许可证 音像制品经营许可证
主机备案:200812150017
值班电话
0825-6697555
0825-6698000

夜间值班
400-888-7501

投诉中心
13378216660
咨询电话
唐老师:13982502101
涂老师:18782589406
文老师:15882538696
孙老师:15982560046
何老师:15828985996
江老师:15228695391
易老师:15228695316
其它老师...
咨询QQ
89937509
89937310
89903980
89937302
89937305
89937307
89937308
业务
综合介绍
在线投稿
支付方式
常见问题
会员评价
官网授权
经营许可
关于我们
网站简介
版权声明
友情链接
人员招聘
联系我们