鉆爆法施工工藝在新涼風埡隧道瓦斯突出工區中的應用

袁順利

（中鐵十八局集團有限公司 天津市津南區）

鉆爆法施工工藝在新涼風埡隧道瓦斯突出工區中的應用

袁順利

（中鐵十八局集團有限公司 天津市津南區）

鉆爆法施工在國內外隧道工程施工中應用極為普遍，其施工工藝簡單、控制靈活，適應性強是較為傳統的隧道洞身開挖工法。目前以采用“塑料導爆管——非電雷管起爆系統”配合“巖乳化炸藥”為主，但在高瓦斯工區或瓦斯突出工區，按照相關規程只能采取“礦用電雷管”配合“礦用炸藥”施工，因此在高瓦斯突出工區需結合“礦用電雷管”和“礦用炸藥”的特點進行工藝改進。

瓦斯突出工區；鉆爆法；施工應用

隨著國內經濟水平的不斷提高，國內基礎建設發展的突飛猛進，高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道工程在國內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、應用數量多、電阻大等特點，造成隧道施工中難以控制。施工中容易出現啞炮、一次開挖成功率低或大面積未起爆的特點。本文以新涼風埡隧道瓦斯突出工區成功應用“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，供大家參考應用。

1、工程概況

新涼風埡隧道起止里程為 DK149+846～DK157+464，全長 7618m，為鐵路雙線隧道。隧道在DK155+413～DK155+588段穿越二疊系龍潭組頁巖、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，層位穩定。瓦斯絕對涌出量為0.13～3.02m /min，壓力為0.45～1.5Mpa。

據DZ-新涼風埡-11號鉆孔煤層自燃與煤塵瓦斯鑒定報告、隧址周邊煤礦瓦斯等級鑒定報告和桐梓煤礦在2004年7月14日、2006年6月30日發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險。

2、爆破設計

新涼風埡隧道煤系地層DK155+413～DK155+588段，全長175m，巖性主要為：＜11-1＞灰巖（P2C）：灰、深灰色，厚層狀，塊狀構造，微粒結構，含少量燧石結核，巖質硬，巖溶發育強烈，地表表現為干溶洞及＜11-2＞ 頁巖夾煤層、砂巖（P2l）：灰、深灰、灰黑色，頁巖結合性差，質軟，抗風化能力強。強風化帶巖體破碎，完整性差，厚2～ 5m，屬Ⅳ級軟石，弱風化屬Ⅳ級軟石。因此該段主要采用臺階法開挖施工。

3、鉆爆設計

新涼風埡隧道穿越DK155+643～DK155+363煤層瓦斯地段采用光面爆破，根據工程設計和規范要求，應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，達到最佳爆破效果。結合施工進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定要求，采用上下臺階法組織施工。

①設計原則

A．滿足瓦斯隧道規程與規范的要求。

B、盡量能提高爆破質量與改善爆破效果。

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，施工過程中根據網路計算和經過經濟比較選擇。表 3-1電雷管電阻表

表3-1 電雷管電阻表

注：本表只作為計算網路電阻參考，具體使用前要查看說明書，并依此為計算依據。

由于新涼風埡隧道洞口里程為 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生的有害氣體，使煤層濃度降低20%-50%，并產生水霧，防止放炮引爆瓦斯煤塵。

4、爆破計算

結合新涼風埡隧道地質情況和隧道斷面尺寸進行爆破計算，新涼風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

炮眼數目計算：

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0.5～0.7；

p：單個炸藥質量。

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。

單位裝藥量計算

式中：q：單位裝藥量，Kg/m3；

Km：煤層厚度影像系數，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

鉆孔設計參數炮眼名稱 炮眼深度（cm）炮眼個數（個）裝藥類型裝藥數量單孔裝藥量（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 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 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預計進尺 上臺階1.0m/循環；下臺階2.0m/循環說明 本圖為示意圖，僅供參考，具體施工是，根據現場情況調整裝藥量和炮眼位置。

則：Q= q*V=0.431*75.35=32.48Kg

爆破網絡示意圖：

5、煤系地層爆破施工控制要點

（1）工作面應全斷面一次起爆，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，必須制定安全技術措施。

（3）實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，周邊光爆炮眼應用炮泥封實，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準。

（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、鋼絲繩、刮板輸送機等導電體相接觸。

（12）掌子面附近爆破母線應隨用隨掛。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、信號線應分別掛在巷道的兩側。如果必須掛在同一側，爆破母線必須在電纜的下方，并應保持0.3m以上的距離。

（14）只準采用絕緣母線單回路爆破，嚴禁用軌道、金屬管、金屬、水或大地當作回路。

（15）爆破前，爆破母線必須扭結成短路。

（16）爆破母線長度必須大于《采掘作業規程》的規定距離。

6、煤系地層爆破施工安全注意事項

（1）對隧道內爆破人員進行有關爆破安全方面的教育培訓。

（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任，在有煤與瓦斯突出的煤層中，專職爆破工的工作應固定在一個工作面。

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

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

（6）爆破說明書必須報技術負責人批準。

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

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

（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）爆破前檢查瓦斯濃度是否低于1%。

（12）爆破前必須對爆破工作面進行強細檢查，班組長必須設置專人在警戒線和可能進入爆破地點的所有通道上站崗截人，嚴禁一切人員通過，所有人員要撤到警戒線外的安全地點。

（13）爆破工必須最后離開爆破地點，必須在有掩護的安全地點進行爆破。

（14）發爆器的把手、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人數，確認安全無誤后方準下達命令，爆破工接到班組長的命令后，必須發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，檢查支架通風瓦斯，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，方可進入工作面工作。

（19）不得使用質量低劣的、變質嚴重的炸藥。一次性起爆破要以通風能力相適應。采煤工作面要加強通風管理，減少漏風并應避免串聯通風。

（20）爆破前后20米范圍內要充分灑水，通過炮煙區時用濕毛巾捂住口鼻。

（21）嚴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）加強機電設備的檢修和維護，使工作的雜散電流不超50 毫安。

（23）在有雜散電流的地點裝引藥時，應鋪上絕緣膠墊，操作人員在膠墊上作業。

（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，嚴防煤、巖塊硬質器件撞擊雷管和炸藥。

（25）距穿透老空區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，否則不準爆破。

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

（27）爆破穿透老空區時，凡是能受水害危險，所有人員都應撤到安全地點，爆破后在確認無危險情況才可恢復作業。

（28）必須堅持“有掘必探、先探后掘”的原則。

（29）接近積水區要根據實際情況編制確實可行的探放水設計和安全措施，否則嚴禁爆破。

（30）工作面發現有透水預兆時，停止爆破、及時匯報、查明原因、采取措施。

（31）必須使用木質的炮棒，嚴禁使用起爆器打火達接雷管角線作導通。

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

7、施工工藝調整及總結

上述施工方法在新涼風埡隧道施工時，存在過一次開挖效果差，啞炮現象，在施工中對周邊眼的間距根據實際圍巖情況進行了調整，周邊眼不易小于30cm，另外受遠距離爆破和礦用電雷管電阻影像，根據隧道施工情況，將原設計的大串聯連接方式優化為“段內串聯，分段并聯”的連接方式，極大地提高了一次爆破成功率。

[1]《瓦斯隧道施工技術與管理》作者：雷升祥

[2]《公路瓦斯隧道施工及安全技術》作者：貴州路橋集團

U45

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1007-6344（2017）02-0040-02

袁順利，1981年出生，2006年畢業于山東理工大學土木工程學院隧道與橋梁專業，本科，現工作于中鐵十八局渝黔鐵路土建7標項目經理部，擔任副總工程師。