淺談三屯河水電站發電引水隧洞施工過程中出現硫化氫氣體的處置措施

洪偉明

【摘要】三屯河中游段第三極水電站三屯河水電站在發電引水隧洞施工過程中，由于圍巖斷層中含有大量的硫磺礦物質，出現濃度較高的硫化氫氣體（H2S）。經現場勘察和檢測，硫化氫氣體濃度嚴重超標，已達到100mg∕m3，掌子面施工部位已超過130mg∕m3以上.根據硫化氫氣體的化學特性和檢測結果制定了相應的處置措施，確保了發電引水隧洞的安全施工。

【關鍵詞】發電引水隧洞；硫化氫氣體（H2S）；處置措施

近年來，水電資源作為清潔能源，各地按照國家產業政策和當地水資源狀況，積極建設水電站工程。昌吉市政府在2011年8月引進社會資本，利用三屯河流域年經流量3.6億方水資源，開發建設三屯河中游段四級水電站，三屯河水電站為第三級。在三屯河水電站發電引水隧洞施工過程中，由于部分洞身段圍巖中含有大量的硫化氫氣體（H2S）。自2015年7月開工至今，施工人員出現頭暈，惡心，鼻、眼、喉嚨呼吸道不適等現象，為此還付出了兩名施工人員的寶貴生命。

基于這一情況，我們組織力量通過現場踏勘、室內試驗及區域地質調查等方法對隧道硫化氫氣體的賦存特征進行了分析，結合施工實際情況，提出了隧道安全預警機制，為施工危害防治提出理論依據。本人想通過親身經歷，總結和歸納應對這一突發現象而采取的處置措施，供業內人士共同探討與參考。

1、三屯河水電站開發項目簡介 工程概況

三屯河位于新疆昌吉州昌吉市轄區的中部，是昌吉州境內第三大河流，發源于天山北坡中段的天格爾峰。位于三屯河流域中游段三屯河水庫下游7公里處，是三屯河流域中游段水電規劃中第三極水電站三屯河水電站。三屯河梯級水電站為混合式水電站，該水電站利用已建成的三屯河水庫蓄水發電，三屯河水庫相應庫容1767.10萬m3，可進行年調節。大壩為已建的漿砌石重力壩，壩高52 m，電站引水采用洞式引水進入右岸山體隧洞即發電引水隧洞，水電站主副廠房順河東向西布置，尾水高程878 m，利用落差153 m，裝機容量為42MW。

1.1引水隧洞設計布置內容

發電引水系統全長7119.743m，布置在三屯河右岸。主要由進口引渠段、進水口、壓力引水道、調壓井、壓力鋼管段（包括斜井段和下水平段）、出洞回填管、岔管及支管段組成。洞徑4米，洞身的埋藏深度因利用圍巖抗力，圍巖厚度大于3倍開挖洞徑級，根據地形條件洞身的埋藏深度在26至556米不等。

1.2主要工程地質條件

隧洞穿越三條規模較大的沖溝，沿線上覆巖體厚度52～556m，洞身段處于微風化及新鮮巖體內，巖性為侏羅系砂巖夾泥質粉砂巖、局部夾薄層砂質泥巖，層理發育，具薄層～中厚層狀結構。帶內以碎裂巖、糜棱巖為主，斷層兩側巖石破碎。斷面略呈舒緩波狀，屬壓扭性逆斷層，洞室開挖過程中，沿斷出現滲水和涌水現象，對洞室穩定影響較大，該段以Ⅳ類圍巖為主，局部（過溝段及斷層帶附近）為Ⅴ類圍巖。

1.3 硫化氫氣體的分布及成因分析

在隧道施工中產生的硫化氫氣體一般作為在特殊的地層巖性，特殊的金屬含礦異常帶、區域性褶皺斷裂組合情況下，某些化學反應和蛋白質自然分解過程的產物以及某些天然物的成分和雜質，隧道施工就是其中的一種。含硫地層物質在硫酸鹽熱化學還原情況下，產生硫化氫，并向上飄逸遇水溶解于地下水中，隨地下水運移，在隧道開挖后，由于圍巖體及地下水場受到擾動，破環了硫化氫存在的狀態和硫化礦水解的原有平衡，硫化氫便會隨之涌出。

2、硫化氫氣體（H2S）

硫化氫氣體（H2S）是無色氣體，有特殊的臭味（臭雞蛋味）。易溶于水，比重比空氣大，易積聚在通風不良的污水管道、窯井、化糞池、污水池以及其它各類發酵和蔬菜腌制池等低洼處（含氯化合物，如蛋白質腐敗分解產生）。硫化氫屬窒息性氣體，是一種強烈的神經毒物，硫化氫濃度在0.4 mg∕m3時，人能明顯嗅到硫化氫的臭味，當濃度在70～150 mg∕m3時，吸入數分鐘即發生嗅覺疲勞而聞不到臭味，濃度越高嗅覺疲勞越快，越容易使人喪失警惕，當濃度超過760 mg∕m3時，短時間內即可發生肺水腫、支氣管炎、肺炎，可能造成生命危險。與濃硝酸、發煙硫酸或其它強氧化劑劇烈反應，發生爆炸。氣體比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇明火會引起回燃 有毒，吸入會引起急性中毒反應

3、處置措施

制定《三屯河水電站發電引水隧洞有毒有害氣體環境下的預防和安全生產的應急措施》。主要內容：

（1）、作業時指定專人監護，遇險時科學施救?，F場安全監護人員負責檢查作業人員佩戴防護用具和了解應急預案的情況，提前告知作業人員可能遇到的危險因素、緊急情況下的呼救方式和逃生方式，落實監督安全措施，及時制止不安全行為。

（2）、作業過程中，現場安全監護人不得擅自離崗。當發生硫化氫等有毒氣體中毒時，要沉著應對，冷靜處理，及時報警，尋求專業救護；救援者應佩帶專業防護面具實施救援，禁止不具備條件的盲目施救，避免傷亡擴大。

（3）、隧洞上下游必有各自獨立的通風系統，隧洞內的風道出口隨著掘進進度，距離掌子面作業點在30米左右。隧洞出口要有明顯的迎面出風的感覺。

（4）、隧洞內既有硫化氫氣體又有巖體滲雜的硫磺粉，在隧洞一側挖排水溝將融入水中的硫磺排出洞外并做好稀釋處理。

（5）、加強對有毒氣體濃度的檢測手段。按照“掘前必探、先探后掘、長探短掘”的原則施工掘進，在有毒氣體作業面放緩施工進度，確保安全施工。

（6）、給施工人員必須配備防護自救用具，如人手一條濕毛巾、口罩、隔絕式壓縮自救器等，人員一旦出現異常，不要驚慌亂跑，迅速到通風口靜坐呼吸新鮮空氣緩解癥狀。

（7）、加強對洞內通風能力的檢測手段，通風能力包括風量風速要滿足降低硫化氫氣體含量的技術要求。通過排氣通風硫化氫濃度不能超過0.000666﹪；氧氣不能低于16﹪；配備常規的檢測儀器，隨時檢測，掌握第一手資料，確保萬無一失。

（8）、每班組縮短作業時間，增加輪班次數。根據幾年來的實踐經驗，每班連續作業時間不超過兩個小時，采取輪班或出洞后至少休息40分鐘后再進入洞內繼續作業，讓施工人員充分吸入新鮮空氣緩解身體不適。

（9）選擇和使用正確的檢測儀器。

存在硫化氫（H2S）、一氧化碳（CO）等有毒氣體，則要優先選擇一個特定氣體檢測儀才能保證工作人員的安全。檢測硫化氫（H2S）可購買單一性的便攜式硫化氫檢測儀，它可連續檢測作業環境中硫化氫氣體泄漏濃度。目前，針對隧道施工氣體監測，也可選擇便攜式多氣體（復合式）檢測儀也是我們的最佳選擇。

（10）開展科學施救的現場演練。根據硫化氫等有毒氣體的特點，制定有針對性的應急預案，明確緊急情況下作業人員的逃生、自救、互救方法的演練。

4、結束語

根據硫化氫氣體的化學特性和檢測結果，經過分析和研究，制定科學的切實可行的處置方案、應急預案以及施工時的預防措施，其中重要的環節就是要對項目經理和安全員、現場施工人員進行預防和救護知識的專業培訓，這是保障各種方案、預案、措施順利實施的前提保障，更是在隧洞這樣有限空間內作業，用科學的處置方法戰勝有毒有害氣體，是確保安全生產的有效保障。