袁順利

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津市津南區(qū)）

鉆爆法施工工藝在新涼風(fēng)埡隧道瓦斯突出工區(qū)中的應(yīng)用

袁順利

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津市津南區(qū)）

鉆爆法施工在國內(nèi)外隧道工程施工中應(yīng)用極為普遍，其施工工藝簡單、控制靈活，適應(yīng)性強(qiáng)是較為傳統(tǒng)的隧道洞身開挖工法。目前以采用“塑料導(dǎo)爆管——非電雷管起爆系統(tǒng)”配合“巖乳化炸藥”為主，但在高瓦斯工區(qū)或瓦斯突出工區(qū)，按照相關(guān)規(guī)程只能采取“礦用電雷管”配合“礦用炸藥”施工，因此在高瓦斯突出工區(qū)需結(jié)合“礦用電雷管”和“礦用炸藥”的特點(diǎn)進(jìn)行工藝改進(jìn)。

瓦斯突出工區(qū)；鉆爆法；施工應(yīng)用

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道工程在國內(nèi)隧道工程中開始凸顯，由于礦用電雷管段位少（僅 5段），隧道斷面大、應(yīng)用數(shù)量多、電阻大等特點(diǎn)，造成隧道施工中難以控制。施工中容易出現(xiàn)啞炮、一次開挖成功率低或大面積未起爆的特點(diǎn)。本文以新涼風(fēng)埡隧道瓦斯突出工區(qū)成功應(yīng)用“礦用電雷管”配合“礦用炸藥”鉆爆法施工為例，闡述瓦斯突出隧道鉆爆法施工工藝，供大家參考應(yīng)用。

1、工程概況

新涼風(fēng)埡隧道起止里程為 DK149+846～DK157+464，全長 7618m，為鐵路雙線隧道。隧道在DK155+413～DK155+588段穿越二疊系龍?zhí)督M頁巖、砂巖夾煤層，共9層煤，總長度175m。其中可采煤層5層，分別為K2、K4、K5、K8、K9，主采K2、K4、K5，厚度1.5～2.0m，層位穩(wěn)定。瓦斯絕對涌出量為0.13～3.02m /min，壓力為0.45～1.5Mpa。

據(jù)DZ-新涼風(fēng)埡-11號鉆孔煤層自燃與煤塵瓦斯鑒定報(bào)告、隧址周邊煤礦瓦斯等級鑒定報(bào)告和桐梓煤礦在2004年7月14日、2006年6月30日發(fā)生煤層瓦斯突出爆炸分析，該段含煤地層為高瓦斯并具有突出風(fēng)險。

2、爆破設(shè)計(jì)

新涼風(fēng)埡隧道煤系地層DK155+413～DK155+588段，全長175m，巖性主要為：＜11-1＞灰?guī)r（P2C）：灰、深灰色，厚層狀，塊狀構(gòu)造，微粒結(jié)構(gòu)，含少量燧石結(jié)核，巖質(zhì)硬，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，地表表現(xiàn)為干溶洞及＜11-2＞ 頁巖夾煤層、砂巖（P2l）：灰、深灰、灰黑色，頁巖結(jié)合性差，質(zhì)軟，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。強(qiáng)風(fēng)化帶巖體破碎，完整性差，厚2～ 5m，屬Ⅳ級軟石，弱風(fēng)化屬Ⅳ級軟石。因此該段主要采用臺階法開挖施工。

3、鉆爆設(shè)計(jì)

新涼風(fēng)埡隧道穿越DK155+643～DK155+363煤層瓦斯地段采用光面爆破，根據(jù)工程設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，應(yīng)使用安全等級不低于三級的煤礦許用的含水炸藥和煤礦許用電雷管。在施工中不斷修訂爆破參數(shù)，達(dá)到最佳爆破效果。結(jié)合施工進(jìn)度與安全的需要及瓦斯隧道 5個段別的煤礦許用安全電雷管爆破規(guī)定要求，采用上下臺階法組織施工。

①設(shè)計(jì)原則

A．滿足瓦斯隧道規(guī)程與規(guī)范的要求。

B、盡量能提高爆破質(zhì)量與改善爆破效果。

②爆破器材選用

全部采用煤礦許用電雷管，電力起爆。使用煤礦許用 1、2、3、4、5個段別的毫秒延期電雷管，其最后一段的延期時間不大于125毫秒。

礦用電雷管根據(jù)電阻不同分鎳鉻和康銅兩種，每一種由于腳線不同（鐵、銅）其電阻又不同，施工過程中根據(jù)網(wǎng)路計(jì)算和經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較選擇。表 3-1電雷管電阻表

表3-1 電雷管電阻表

注：本表只作為計(jì)算網(wǎng)路電阻參考，具體使用前要查看說明書，并依此為計(jì)算依據(jù)。

由于新涼風(fēng)埡隧道洞口里程為 DK157+464，距離煤系地層 DK155+588長1876m，因此考慮到起爆功率及電阻損耗，選用康銅，2m長鐵線腳線，安裝連接線選用鐵線連接。

選用三級煤礦許用乳化炸藥，由于該炸藥威力低，爆速低，對巖層爆破效果差。藥卷選用φ32-200g規(guī)格藥卷。

起爆采用用380V洞外瞬間高壓。

炮泥選用水炮泥和黏土炮泥。采用水炮泥比單純使用黏土炮泥可減少放炮產(chǎn)生的有害氣體，使煤層濃度降低20%-50%，并產(chǎn)生水霧，防止放炮引爆瓦斯煤塵。

4、爆破計(jì)算

結(jié)合新涼風(fēng)埡隧道地質(zhì)情況和隧道斷面尺寸進(jìn)行爆破計(jì)算，新涼風(fēng)埡隧道煤系地層上斷面爆破條件如表表4-1隧道煤系地層上斷面爆破原始條件表所示。

表4-1 隧道煤系地層上斷面爆破原始條件

炮眼數(shù)目計(jì)算：

公式中：q：單位炸藥消耗量，Kg/m3；

S：斷面面積，㎡；

m:藥卷長度,m;

η:炮眼利用率，%；

а：裝藥系數(shù)0.5～0.7；

p：單個炸藥質(zhì)量。

取：S=75.75；f=5

則N=5.5*S1/2* f2/3=5.5*75.351/2*52/3=140(個)

炸藥消耗量：

公式中：q：單位炸藥消耗量，Kg/m3；

Q：爆破炸藥消耗總炸藥量

V：爆破巖體體積。

單位裝藥量計(jì)算

式中：q：單位裝藥量，Kg/m3；

Km：煤層厚度影像系數(shù)，取0.95

則：q=（1.68* Km* f1.2）/S0.75=（1.68*0.95*51.2）/75.350.75=0.431 Kg/m

鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)炮眼名稱 炮眼深度（cm）炮眼個數(shù)（個）裝藥類型裝藥數(shù)量單孔裝藥量（Kg）總裝藥量（Kg）上臺階 周邊眼 100 46 32*200*2 2 0.3 13.8二圈眼 100 26 32*200*2 2 0.3 7.8輔助眼 100 40 32*200*2 2 0.3 12擴(kuò)槽眼 100 11 32*200*2 2 0.3 3.3掏槽眼 120 12 32*200*3 3 0.45 5.4底板眼 100 26 32*200*2 2 0.3 7.8小計(jì) 161 50.1下臺階 周邊眼 200 36 32*200*4 4 0.6 21.6輔助眼 200 44 32*200*5 5 0.75 33合計(jì) 241 104.7開挖面積 75.35/52.86（上臺階/下臺階）炮眼密度 1.87（個/㎡）單位用藥量 0.58Kg/m預(yù)計(jì)進(jìn)尺 上臺階1.0m/循環(huán)；下臺階2.0m/循環(huán)說明 本圖為示意圖，僅供參考，具體施工是，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整裝藥量和炮眼位置。

則：Q= q*V=0.431*75.35=32.48Kg

爆破網(wǎng)絡(luò)示意圖：

5、煤系地層爆破施工控制要點(diǎn)

（1）工作面應(yīng)全斷面一次起爆，不能的，必須采取安全措施。

（2）在高瓦斯礦井、低瓦斯礦井的高瓦斯區(qū)域的采掘工作面采用毫秒爆破時，若采用反向起爆，必須制定安全技術(shù)措施。

（3）實(shí)行全斷面一次起爆時，要注意合理布置炮眼,起爆順序必須按爆破說明書要求進(jìn)行,不得隨意變更。

（4）炮眼深度小于0.6m時,不得裝藥爆破。在特殊條件下，如挖底、刷幫、挑頂確需淺眼爆破時，必須制定安全措施，炮眼深度可以，小于0.6m，但必須封滿炮泥。

（5）炮眼深度為0.6～1m時,封泥長度不得小于炮眼深度的1/2。

（6）炮眼深度超過1m時，封泥長度不得小于0.5m。

（7）炮眼深度超過2.5m時，封泥長度不得小于1m。

（8）光面爆破時，周邊光爆炮眼應(yīng)用炮泥封實(shí)，且封泥長度不得小于0.3m。

（9）工作面有2個或2個以上自由面時，在煤層中最小抵抗線不得小于0.5m，在巖層中最小抵抗線不得小于0.3m，淺眼裝藥爆破大眼塊時，最小抵抗線和封泥長度都不得小于0.3m。

（10）爆破母線必須符合標(biāo)準(zhǔn)。

（11）爆破母線和連接線、電雷管腳線和連接線、腳線和腳線之間的接頭必須相互扭緊并懸掛，不得與軌道、金屬管、金屬網(wǎng)、鋼絲繩、刮板輸送機(jī)等導(dǎo)電體相接觸。

（12）掌子面附近爆破母線應(yīng)隨用隨掛。不得使用固定爆破母線，特殊情況下，在采取安全措施后，可不受此限。

（13）爆破母線與電纜、電線、信號線應(yīng)分別掛在巷道的兩側(cè)。如果必須掛在同一側(cè)，爆破母線必須在電纜的下方，并應(yīng)保持0.3m以上的距離。

（14）只準(zhǔn)采用絕緣母線單回路爆破，嚴(yán)禁用軌道、金屬管、金屬、水或大地當(dāng)作回路。

（15）爆破前，爆破母線必須扭結(jié)成短路。

（16）爆破母線長度必須大于《采掘作業(yè)規(guī)程》的規(guī)定距離。

6、煤系地層爆破施工安全注意事項(xiàng)

（1）對隧道內(nèi)爆破人員進(jìn)行有關(guān)爆破安全方面的教育培訓(xùn)。

（2）爆破人員必須熟練爆炸材料的性能。

（3）爆破工作必須由專職的爆破工擔(dān)任，在有煤與瓦斯突出的煤層中，專職爆破工的工作應(yīng)固定在一個工作面。

（4）爆破工必須經(jīng)過專門的培訓(xùn)，并持有爆破合格證，而且爆破必須依照爆破說明書進(jìn)行爆破工作。

（5）每一個爆破點(diǎn)都必須編制爆破說明書，爆破說明書應(yīng)附有炮眼布置圖和炮眼說明表。

（6）爆破說明書必須報(bào)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。

（7）爆破工、班組長、瓦斯檢查工都必須在現(xiàn)場執(zhí)行“一炮三檢查”和“三人連鎖放炮制”。

（8）嚴(yán)禁用煤粉、塊狀材料和其他可燃物作炮眼封泥，無封泥或封泥不實(shí)的炮眼嚴(yán)禁爆破及嚴(yán)禁裸露爆破。

（9）炮眼深度小于0.6 米時不得裝爆破，必須淺眼爆破時制定安全措施必須封滿炮泥。

（10）炮眼深度為0.6—1米時封泥長度不得小于炮眼深度的二分之一，炮眼深度超過1 米時封泥不得小于0.5 米，炮眼深度超過 2.5 米時封泥長度不得小于1 米。

（11）爆破前檢查瓦斯?jié)舛仁欠竦陀?%。

（12）爆破前必須對爆破工作面進(jìn)行強(qiáng)細(xì)檢查，班組長必須設(shè)置專人在警戒線和可能進(jìn)入爆破地點(diǎn)的所有通道上站崗截人，嚴(yán)禁一切人員通過，所有人員要撤到警戒線外的安全地點(diǎn)。

（13）爆破工必須最后離開爆破地點(diǎn)，必須在有掩護(hù)的安全地點(diǎn)進(jìn)行爆破。

（14）發(fā)爆器的把手、鑰匙必須由爆破工隨身攜帶，不得移交他人。

（15）爆破后必須立即把鑰匙拔出，摘掉母線并接成短路。

（16）爆破前班組長必須清點(diǎn)人數(shù)，確認(rèn)安全無誤后方準(zhǔn)下達(dá)命令，爆破工接到班組長的命令后，必須發(fā)出爆破警示信號后等5 秒方可爆破。

（17）爆破后班組長和爆破工必須巡視爆破地點(diǎn)，檢查支架通風(fēng)瓦斯，煤塵、支架、拒、殘爆等情況后，如有危險情況必須立即處理。

（18）只有在炮煙被吹散，警戒人員由布置的班組長親自撤回后，方可進(jìn)入工作面工作。

（19）不得使用質(zhì)量低劣的、變質(zhì)嚴(yán)重的炸藥。一次性起爆破要以通風(fēng)能力相適應(yīng)。采煤工作面要加強(qiáng)通風(fēng)管理，減少漏風(fēng)并應(yīng)避免串聯(lián)通風(fēng)。

（20）爆破前后20米范圍內(nèi)要充分灑水，通過炮煙區(qū)時用濕毛巾捂住口鼻。

（21）嚴(yán)防早爆雷管腳線與爆破母線的裸露部分與其他物體接觸，并事先將雷管腳線短路。

（22）加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備的檢修和維護(hù)，使工作的雜散電流不超50 毫安。

（23）在有雜散電流的地點(diǎn)裝引藥時，應(yīng)鋪上絕緣膠墊，操作人員在膠墊上作業(yè)。

（24）存放炸藥和雷管及裝引藥的地方，以及工作面的頂部一定要安全可靠、工具要放置妥當(dāng)，嚴(yán)防煤、巖塊硬質(zhì)器件撞擊雷管和炸藥。

（25）距穿透老空區(qū)15 米前，必須搞清老空的具體位置和面積以及積水、瓦斯、火等情況，否則不準(zhǔn)爆破。

（26）打眼時如發(fā)現(xiàn)炮眼內(nèi)出水，溫度驟然升高降低，有大量瓦斯涌出或煤巖松散等情況應(yīng)停止爆破。

（27）爆破穿透老空區(qū)時，凡是能受水害危險，所有人員都應(yīng)撤到安全地點(diǎn)，爆破后在確認(rèn)無危險情況才可恢復(fù)作業(yè)。

（28）必須堅(jiān)持“有掘必探、先探后掘”的原則。

（29）接近積水區(qū)要根據(jù)實(shí)際情況編制確實(shí)可行的探放水設(shè)計(jì)和安全措施，否則嚴(yán)禁爆破。

（30）工作面發(fā)現(xiàn)有透水預(yù)兆時，停止爆破、及時匯報(bào)、查明原因、采取措施。

（31）必須使用木質(zhì)的炮棒，嚴(yán)禁使用起爆器打火達(dá)接雷管角線作導(dǎo)通。

（32）領(lǐng)用的炸藥、雷管必須分箱裝運(yùn)，并分別上鎖，并且做到領(lǐng)、用、退賬目清楚，帳物相符。

7、施工工藝調(diào)整及總結(jié)

上述施工方法在新涼風(fēng)埡隧道施工時，存在過一次開挖效果差，啞炮現(xiàn)象，在施工中對周邊眼的間距根據(jù)實(shí)際圍巖情況進(jìn)行了調(diào)整，周邊眼不易小于30cm，另外受遠(yuǎn)距離爆破和礦用電雷管電阻影像，根據(jù)隧道施工情況，將原設(shè)計(jì)的大串聯(lián)連接方式優(yōu)化為“段內(nèi)串聯(lián)，分段并聯(lián)”的連接方式，極大地提高了一次爆破成功率。

[1]《瓦斯隧道施工技術(shù)與管理》作者：雷升祥

[2]《公路瓦斯隧道施工及安全技術(shù)》作者：貴州路橋集團(tuán)

U45

B

1007-6344（2017）02-0040-02

袁順利，1981年出生，2006年畢業(yè)于山東理工大學(xué)土木工程學(xué)院隧道與橋梁專業(yè)，本科，現(xiàn)工作于中鐵十八局渝黔鐵路土建7標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部，擔(dān)任副總工程師。