隧道爆破揭煤施工技術

賈一忱

摘要：我國在十二五期間提出大力修建鐵路計劃，其中隧道比例很大，而瓦斯隧道因為危險性高，施工難度大越來越引起人們的關注，瓦斯的產生是由于古代動植物在堆積成煤的初期，纖維素和有機質經厭氧菌的作用分解而成，在高溫、高壓的環境中，在成煤的同時，由于物理和化學作用，繼續生成瓦斯。因為瓦斯易燃易爆，而且經常與煤層等易燃物共同存在，所以在隧道施工中，去除這部分危險源的過程就是揭煤，本文以項目為例，著重講述隧道揭煤施工工藝。

關鍵詞：隧道；揭煤；施工技術

中圖分類號：U455.6文獻標識碼：A 文章編號：1674―3024（2016）07―48―02

1工程概況

滬昆客專斗磨瓦斯隧道位于貴州省安順市境內，隧址區基巖大多裸露，斗磨隧道含煤地層為二疊系上統龍潭組（P2l），厚約465m，巖性以黑色泥巖、砂質泥巖、粉砂巖、細砂巖、灰巖為主，含煤（線）20余層，煤層總厚5.7m左右，含煤系數為1.5%；黑色含碳泥巖與煤層為瓦斯生氣層，煤層處于焦煤變質階段，瓦斯生成量較大，其上部粉砂巖、灰巖、砂質泥巖為瓦斯覆蓋層，巖石顆粒較細、致密，對瓦斯封閉較好，瓦斯壓力達0.9MPa。隧道施工開挖中具有煤與瓦斯突出的危險。根據其它瓦斯隧道經驗，以及煤與瓦斯突出相關規范標準的規定，選擇在探明煤層前10m到揭開煤層后10m為該未知煤層的揭煤段長度。如下圖1-1

揭煤段長度：

揭煤段的開挖斷面

開挖采用爆破開挖，在有瓦斯和煤塵爆炸危險的隧道所使用的雷管為煤礦許用毫秒延期電雷管，總延期時間不得超過130ms。采用上下臺階法開挖，待上半斷面震動爆破揭開煤層后，下半斷面再采用震動爆破揭開煤層。

2作業流程

由于該煤層煤與瓦斯突出危險性較大，特制定專門的揭煤防突措施，按照揭煤作業流程進行操作，揭煤施工技術如下：

第一步：（1）距煤層最小法向距離10m時，進行超前探測，探測煤層位置。根據鉆孔坐標、鉆孔角度、見煤深度等指標確定煤層厚度，走向，傾角；

（2）發現煤層后進行煤與瓦斯突出危險性預測，預測煤與瓦斯突出危險程度；本次主要采用瓦斯壓力測定法與綜合指標法進行突出預測；

（3）根據煤與瓦斯突出危險性預測數據，制定專項防突措施，鉆孔進行瓦斯排放。按設計打設瓦斯排放孔進行瓦斯排放；

（4）瓦斯排放結束后，進行瓦斯排放措施效果檢驗，主要采用的鉆屑指標法和瓦斯涌出初速度進行驗證。如驗證瓦斯排放措施效果不理想應采取補救措施。

（5）正常掘進至距煤層最小法向距離5m。

第二步：距煤層最小法向距離5m時，進行瓦斯突出預測驗證。有突出危險采取鉆孔排放措施，無危險則正常掘進至距煤層最小法向距離2m

第三步：距煤層最小法向距離2m時，進行瓦斯突出預測驗證。有突出危險采取鉆孔排放措施。

第四步：確認無煤與瓦斯突出危險后，首先采用超前小導管進行注漿支護，然后采用震動爆破進行揭煤，平導采用上下臺階法分步進行開挖，待上臺階揭穿煤層后進行下臺階揭煤。

第五步：進入煤層后，注意邊驗證邊掘進，保證施工安全，過煤段支護施工應該采用金屬骨架超前支護，以“先注漿、后開挖、快封閉、勤量測”來封閉瓦斯，同時對隧道圍巖位移變形做到經常觀測，防止出現過煤后突出。

在進行瓦斯排放措施并檢驗有效以后進行平導揭煤施工，平導采用上下臺階法進行揭煤施工，先進行上半部揭煤施工，待揭開煤層以后進行下半部的揭煤施工。揭煤施工采用震動爆破，在洞外距洞口20m以上的安全地點放炮，洞內停電撤人。震動爆破的具體技術要求如下：

（1）震動爆破炸藥使用安全等級不低于三級的煤礦許用炸藥，其單位巖體炸藥量按正常掘進2倍確定。最后一段起爆延期時間不得超過130ms。

（2）采用正向連續裝藥結構，要求炮眼中巖眼不得打入煤層，眼底距煤層0.2m，如果巖眼已打入煤層必須在眼底充填炮泥，炮泥在巖石段不少于0.2m。

（3）煤眼穿過煤層，煤眼個數大致為巖眼個數的一半。煤眼與巖眼相間布置，一般先引爆巖眼；設計煤眼在煤層段和巖石段應分段裝藥，并用長0.25m的炮泥隔開。

（4）所有炮眼在炸藥與封泥間裝1～2個水炮泥，封泥都必須密實地裝至孔口。

（5）爆破必須選用同一廠家、同一生產批次的電雷管，并進行導通測試，一次爆破所用電雷管的電阻值相差不得超過0.3？。

（6）裝藥前應加強支護，并將工作面清理整潔，裝藥地點20m范圍內不得有電氣設備，應避免在雷擊期間進行裝藥爆破作業；

（7）電雷管根據起爆器性能選擇合適的方式連接，但必須使通過每發電雷管的電流達到電雷管的引爆電流2倍以上。

（8）爆破母線采用信號專用電纜，所有母線接頭和電雷管腳線的連接使用絕緣膠布包扎嚴密，并盡可能減少接頭，以減少爆破母線的電阻。

震動爆破參數確定：

（1）炮眼數目確定

炮眼數目可參考下式進行計算：

式中：N為炮眼個數，S為隧道斷面面積，f為巖石堅固性系數。

由于揭煤防突采用震動爆破，炮眼數目可以設計為上述計算值的1.5到2倍。另外據《防止煤與瓦斯突出細則》規定，震動放炮應該按照石門斷面積的4—5倍進行確定。

（2）單孔裝藥量計算

Q0=α×L×G÷h

α-裝藥系數，取 0.75；h-每個藥卷長度，0.25m；G-每個藥卷重，0.15Kg；L-炮孔深度。

（3）確定掌子面開挖總藥量

Q=Q*×N*

式中：N*為炮眼總數，Q*為單孔平均藥量。

（4）炮眼布置與炮眼參數

平導上半部爆破炮眼布置可以參照圖1-2。平導上半部爆破炮眼參數可參考表2。

（5）震動放炮時隧道系統維護

由于震動放炮爆破強度較大，容易造成煤層突出，因此為了減小煤層突出強度，震動放炮的實施過程中建議在隧道中設置防突檔欄。對于突出危險性較大的煤層，在距開挖掌子面6-8m處設置特制的金屬擋欄（如圖1-3），對于突出危險性較小的煤層，可在距工作面3-5m處用矸石堆或木垛擋欄，如圖1-4。

過煤初期支護

過煤段初期支護噴射砼采用C30氣密性混凝土，厚18cm，Φ8鋼筋網，拱墻Ⅰ14工字鋼，鋼架間距1.0m，拱墻采用Φ22普通砂漿錨桿，長3.0m。

揭煤施工中及時施做拱架支護，以防止冒頂事故的發生。先初噴4cm厚混凝土封閉巖面，施工系統錨桿、鋼筋網片，安裝鋼架噴射混凝土至設計厚度。

由于煤系地層圍巖較為破碎，隧道過煤段需加強支護，并且定期進行隧道圍巖變形監測，防止圍壓變形過大造成事故。

3結語

揭煤施工中，從揭開煤層到過煤門全過程，都有突出的危險性，甚至可能發生連續突出，延期突出等，比一般掘進工作面突出更加危險，破壞性更大，所以為了防治隧道揭煤時發生突發現象，必須制定科學嚴密的揭煤防突出措施及應急預案，規范施工，確保揭煤施工安全進行。

參考文獻：

[1]齊景岳.隧道爆破控制技術[J]. 鐵道部工程管理中心，2006，

[2]張佳文.探礦工程[M].1994

[3]爆破手冊[M].北京：冶金工業出版社，1997