數碼電子雷管在高瓦斯隧道開挖中的應用探討

楊譯 顧光祥 楊吉

（貴州省銘豪爆破監理有限公司 貴陽 550001）

數碼電子雷管是最近幾年來發展很快的一種新型電雷管，而且具有很高的安全性，是爆破器材領域里最引人矚目的進展，被稱為爆破技術的一場革命。數碼電子雷管延期誤差少，延期時間可調，可根據保護對象物的遠近來設置起爆時間，從而達到降低振動強度的目的，并且可以減少起爆過程的總時間，從而改善爆破塊度和爆堆形狀，提高炸藥的利用率。

1 數碼電子雷管簡介及其在隧道開挖中的應用

數碼電子雷管的本質在于用一個微型電子定時器取代了普通電雷管中的延期藥和電點火元件，不僅使延期精度大大提高，而且控制了通往引火頭的電源，最大限度地減少了因引火頭能量需求所引起的誤差。

1.1 數碼電子雷管的發展及應用

電子雷管技術的研發工作，始于20世紀80年代初，到80年代中期，數碼雷管產品開始進入爆破器材市場，但總體上還處于產品的研究開發和應用試驗階段。1993年前后，瑞典Nobel公司、南非AEL公司公布了他們的第一代數碼雷管技術和相應的起爆系統。1998年在澳大利亞就進行了電子雷管大型的起爆試驗，1999年，美國也進行了大量的試驗，取得了很好的爆破效果和巨大的成功。2006年我國三峽圍堰爆破拆除中，Orica公司ikon數碼雷管及其起爆系統得到了成功應用，2009年i-kon數碼雷管在神華集團黑岱溝露天煤礦拋擲爆破中使用，結果表明其具有明顯的經濟和安全效益。

2001年，國內第一代電子雷管通過技術鑒定和技術定型。2007年1月，“隆芯1號”數碼雷管通過國防基礎科技項目驗收，其主要技術指標達到國際先進水平，2009年底在德興銅礦進行了深孔爆破應用試驗并獲得成功。

工程應用表明，數碼電子雷管特別適用于逐孔精準延期爆破、毫秒延時干擾降振爆破、惡劣環境高可靠性爆破、高安保要求爆破、精細爆破等高技術爆破。

1.2 數碼電子雷管在隧道爆破開挖中的應用

2009年，數碼電子雷管在貴廣鐵路牛王蓋隧道、棋盤山隧道開挖中得到成功運用。其中牛王蓋隧道開挖面距運營的黃田鐵路隧道平面距離只有34m。采用數碼電子雷管爆破技術先后在這兩個隧道進行了6次爆破試驗。爆破振動監測表明，振速較使用導爆管毫秒雷管分段延時爆破減少60%；從爆破效果來看，其爆破的破碎度和均勻性明顯提高。

關子嶺隧道位于西秦嶺中山區，山體陡峻。在該隧道開挖過程中，使用數碼電子雷管后，爆破振動能量分布均勻，主振頻率從92.3Hz提高到250.9Hz，最大振速由1.57cm/s降低到1.06cm/s，振動持續時間由1s縮短到265ms，降振效果顯著。與傳統非電毫秒雷管相比，單耗藥量小、巖石破碎度高、鉆爆循環時間短、平均進尺量大、工程進度快。

在距民房近的隧道或城市地下隧道開挖中，由于周圍環境復雜，為減小振動對民房的影響，使用數碼電子雷管后，均取得很好的效果。長洪嶺隧道為重慶至利川鐵路第二特長隧道。在本工點中采用數碼雷管，實踐證明，相對于普通雷管爆破，數碼雷管引起的爆破震動降低60%，炮眼利用率達到98%，改善了爆破塊度，同時降低了對圍巖的擾動。采用數碼雷管能實現隧道全斷面微差爆破快速施工，施工速度加快。

深圳軌道交通11號線工程暗挖段隧道埋深為6.895～10.133m，在施工現場西側有燃氣集團所屬1.6MPa次高壓燃氣管道，距離隧道開挖邊界的最小距離為34m，采用數碼電子雷管后，振動波形呈現較為緩和的波峰（谷），爆破振動的錯峰降振效果較好，有利于爆破振動速度的控制及管線的安全保護。

2 工程概況

馬堰隧道屬于新建成都至貴陽鐵路樂山至貴陽段站前工程CGZQSG-16標段，隧道位于貴陽市白云區麥架鎮馬堰村，隧道起訖里程為D3K507+877～D3K509+210，隧道斷面尺寸為12m×9m，單洞洞型為馬蹄形，隧道中心線走向為自西向東，隧道最大埋深約為93m，整個隧道拱頂上方地表沒有建筑物。

馬堰隧道工程范圍內主要為含煤地層且巖溶發育。地層巖性為白云質灰巖夾泥巖，頁巖、炭質頁巖、粉砂巖夾硅質巖。隧道屬于高瓦斯隧道，為二級高風險隧道。隧道煤層煤質主要為煙煤；瓦斯涌出為4.55m3/min。根據地勘結果，D3K508+660～D3K509+030段含3～10層煤層，單層厚度約0.2～3m。隧區山坡上分部有較多小煤窯采空區，開采年代長，采空區分布亂，巷道最長可達100～200m，最深約50m。小煤窯采空區驗證孔完成17孔，9孔揭示采空區共18處，最低高程位于路肩以下約10m，對隧道工程影響很大。

3 瓦斯隧道開挖區段爆破設計

3.1 使用煤礦許用安全電雷管的設計

結合施工進度與安全的需要及在瓦斯隧道中只允許使用1～5段的煤礦許用安全電雷管這一硬性規定要求，采取導洞略超前并隨擴挖同步爆破的方式，進行上斷面開挖爆破；下半斷面采取大孔網參數（加大排距）爆破。

隧道內Ⅲ～Ⅴ級圍巖的爆破設計方案如圖1～2及表1所示。

3.2 數碼電子雷管起爆網路的設計

圖1 使用煤礦許用雷管起爆網路時炮孔延期時間設計（上臺階）

圖2 使用煤礦許用雷管起爆網路時炮孔延期時間設計（下臺階）

表1 使用煤礦許用雷管時鉆爆參數(上斷面)

使用數碼電子雷管起爆網路時，炮孔的布置及各孔裝藥量與使用電雷管時相同，但由于數碼電子雷管的延期時間可以任意設定，這給設計帶來很大的方便。使用數碼雷管后的設計如圖3～4所示。

圖3 使用數碼電子雷管起爆網路時炮孔延期時間設計（上臺階）

圖4 使用數碼電子雷管起爆網路時炮孔延期時間設計（下臺階）

3.3 方案比較

使用數碼電子雷管起爆網路，延期時間沒有超過130ms，符合《爆破安全規程》的規定，而且它還具有以下優點：

（1）顯著提高掘進循環時間。普通煤礦許用電雷管只有1～5段，所以在上臺階爆破中，需進行兩次爆破，而使用數碼雷管起爆系統時，上臺階僅需一次爆破就可完成開挖，這樣可顯著提高工作效率，縮短每次循環的工作時間，從而加快施工進度。

（2）降低最大段起爆藥量，減小振動危害。使用普通電雷管時，上臺階最大段起爆藥量是21.6kg，下臺階是23.1kg（每孔裝0.7kg）。改用數碼電子雷管，上臺階最大段起爆藥量減少到9.6kg，下臺階減少到5.6kg。最大單響藥量減少了，則可減少爆破振動對圍巖及隧道上方舊煤窯的擾動，保證施工過程更安全。

（3）提高光爆孔的質量。使用普通電雷管，雷管的延期時間誤差較大，按原設計，周邊孔用2段，相鄰炮孔的起爆延期時間最大可能相差25ms，而數碼電子雷管的延期精度為±0.2ms，即相鄰炮孔的起爆延期時間最大可能相隔0.4ms。光爆孔之間起爆時間間隔越少，光面爆破的質量越高。

綜上所述，使用數碼電子雷管符合國家的規定，而且可以提高工程質量，加快施工進度，安全性更高。

4 高瓦斯隧道爆破開挖中非電雷管起爆系統的應用

近年來，國內在一些高瓦斯隧道中使用非煤礦許用電雷管，也順利完成了工程任務。

貴州省六盤水至盤縣高速公路發耳隧道位于貴州省水城縣發耳鄉境內，該隧道貫穿發耳礦區的煤系地層，瓦斯涌出量大，危險系數高。發耳隧道施工前期，采用煤礦許用毫秒延期電雷管進行爆破，爆破效果不理想，欠挖嚴重，經常需要多次補炮才能達到預期效果，循環周期長。對此，在采取安全預防措施的前提下，嘗試采用高段別毫秒導爆管爆破。爆破效果明顯有所提高，工作效率和安全環境得到明顯改善。

洪福高瓦斯隧道全長1525m，為四川省重點項目。隧道局部地段為三迭系煤系地層，煤層厚0.3～1.84m，局部瓦斯涌出量較大，揭煤后瓦斯濃度達0.06～1.4%。在該隧道開挖中使用導爆管起爆網路，工程也順利完成。

5 結論

通過兩種設計方案的比較可知，使用數碼電子雷管的設計方案具有快速、高效、施工質量高、爆破振動強度小等優點，安全性也可保證。結合近年來在高瓦斯隧道爆破開挖中使用非煤礦許用雷管并取得成功的工程實例，我們認為，在馬堰隧道高瓦斯段使用數碼電子雷管是完全可行的。

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