隧道過煤系地層鉆爆安全施工探討

湯 懷

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550008）

1 項目概況

水塘隧道位于赫章縣水塘鄉G326國道附近，進出口端均有鄉村公路連通，交通較方便。場區位于云貴高原烏蒙山脈北段，地勢西高東低。隧道由北東往南西向穿越山體，場區附近海拔為1888～2305m，相對最大高差約417m，隧道進口端坡度較陡，出口端坡度平緩。該隧道穿越含煤地層，CK7煤洞曾發生過瓦斯爆炸。根據收集附近白果煤礦的瓦斯鑒定數據，隧道區煤層瓦斯有關數據如下：瓦斯含量：8.09 ～10.07m3／t；瓦斯壓力：0.40 ～0.41MPa；瓦斯放散初速度：20.143～21.90mL/s；煤的堅固系數：0.73～0.21；煤的破壞類型：Ⅱ～Ⅳ類；灰分：14.52%～24.99%；水分：0.88%～1.04%；揮發分 ：6.26%～7.80%；瓦斯涌出量 ：大 于0.5m3／min。調查資料顯示，該隧道為高瓦斯隧道。

2 爆破方案的提出

針對水塘隧道具體情況，隧道揭煤工作面對于降低煤層瓦斯含量和壓力的防突措施采用抽放瓦斯和鉆孔排放瓦斯措施。由于隧道掘進斷面大，煤（巖）層松軟，為了預防隧道揭煤后出現冒頂、垮塌等誘發煤與瓦斯突出事故，設計還要求在隧道過煤段必須采取加強支護的措施。

在隧道進行巖層當中的掘進，應當嚴格按照巖層爆破設計方案要求進行施工。針對揭煤及煤層掘進的爆破工程，設計以下爆破方案：水塘進口端隧道兩個隧道掘進工作面應當保持一定錯位，即一個掘進工作面應當超前另外一個掘進工作面，超前距離建議控制在60m左右，避免相互形成不利影響。并且還應保證兩個掘進工作面不得同時爆破，當一個掘進工作面爆破時，要同時撤出兩個隧道內（掘進工作面）的工作人員至安全位置。 同樣，水塘出口端隧道兩個隧道掘進工作面也應當保持一定錯位，超前距離控制在60m。

3 隧道過煤系地層的爆破工程設計

在煤系地層采用鉆爆開挖時，本設計按照二臺階（即上下臺階，其中上臺階比下臺階高3m）開挖進行炮眼布置，必須嚴格按照《煤礦安全規程》的相關規定進行：其一，嚴格采用煤礦許用炸藥和煤礦許用電雷管，五段毫秒電雷管總延期時間不得超過130ms；其二，在穿煤過程中護頂工作要及時，尤其在半斷面（上臺階斷面）開挖時，要堅持做到短開挖、弱爆破、強支護、搶支護，采用密鉆眼、少裝藥、多分段，襯砌緊跟開挖掌子面，盡量形成封閉環。

同時將周邊眼布置在巷道輪廊線內0.05m；底眼眼口比巷道底板高出0.2m，以利于鉆眼，眼底位于底板以下0.1m。掏槽眼，每眼裝藥0.60kg；輔助眼，每眼裝藥0.45kg；周邊眼，每眼裝藥0.15kg；底板眼每眼裝藥0.6kg。 整個斷面分上下兩個臺階進行施工，下部臺階滯后上部臺階，上部臺階長15m。隧道上斷面爆破布置如圖1所示。

圖1 隧道上斷面爆破布置圖

4 鉆爆處理措施

隧道施工在采取區域防突措施和局部綜合防突措施后，為了防止預測失誤或防突措施失效后發生煤與瓦斯突出事故造成人員傷亡，在進行掘進施工作業前，還必須采取安全防護措施。根據水塘隧道的實際情況，隧道揭煤安全施工主要采取以下技術措施。

4.1 隧道鉆孔與爆破技術

為確保施工安全，隧道開挖工作面附近20m風流中瓦斯濃度不得大于0.5%；隧道鉆孔應當采取濕式鉆孔，同時還應當要求炮眼深度大于1.5m。

進行裝藥與爆破作業針對爆破地點20m內，風流中瓦斯濃度不得超過0.5%；碎石、煤渣等物體阻塞開挖面不得超過1／3；通風風量充足而且風向穩定，通風機無循環風；爆眼內煤、巖粉清除干凈；爆眼封泥不足或不嚴，不應進行爆破。爆破作業必須采用煤礦許用的安全炸藥。

隧道采取電力起爆而且要求采用煤礦許用電雷管，嚴禁使用秒或半秒級電雷管。同時還應當要求所采用的煤礦許用毫秒延期電雷管時，最后一段的延期時間不得大于130ms。在巖層內爆破，炮眼深度不足0.9m時，裝藥長度不得大于炮眼深度的l／2；炮眼深度為0.9m以上時，裝藥長度不得大于炮眼深度的2／3。在煤層中爆破，裝藥長度不得大于炮眼深度的1／2。 所有炮眼的剩余部分應用炮泥封堵。炮眼應用水炮泥和粘土炮泥。水炮泥外剩余的炮眼部分應用粘土炮泥填滿封實。嚴禁用煤粉、塊狀材料或其他可燃性材料作炮泥。

采用導火索爆破時，首先要確保導火索長度不得短于l.2m，同時要求確保人員能在導火索點完后能安全撤至預定地點；要求一個爆破工一次點燃的導火索根數不宜超過5根。當兩工作面接近貫通時，則應當對隧道兩端加強聯系與統一指揮，巖石隧道兩個工作面距離接近15m（軟巖為20m），則應當要求一端裝藥放炮時，將另一端施工人員撤離到安全地點。同時要求在任何一端放炮前要加強聯系和警戒，嚴防對方人員誤人危險區。針對隧道中出現的土質或巖石破碎隧道接近貫通時，應根據巖性適當加大預留貫通的安全距離，屆時只許一端掘進，另一端的人員和機具應撤離到安全地點，貫通后的導坑應設專人看管，嚴禁非施工人員通行。

4.2 遠距離放炮處理

針對隧道揭穿突出煤層前，當預測出該工作面為突出危險面時，則立即采取有效的防突出處理措施，同時防治處理后經檢驗有效后才采取遠距離放炮揭穿煤層；對于經檢驗沒有效果的，則應當采用補充處理措施。對于采取遠距離放炮應注意多方面。結合工程實踐，筆者總結出遠距離放炮的注意事項：針對隧道揭煤爆破作業一定要采用安全等級為三級或三級以上的煤礦許用炸藥；同時采用的炸藥應當由電力起爆，而且還應采用煤礦許用電雷管，禁止采用秒或半秒級電雷管。

對于采用遠距離放炮進行隧道揭煤，應當采取隧道外起爆，起爆時應對隧道內采取停電以及停止一切施工作業，所有人員應當撤至隧道外，以有效確保人員的安全。當隧道揭煤爆破15min后，則首先由救護隊員配戴防毒面具到開挖工作面對爆破效果、瓦斯濃度等進行檢查。對隧道采取通風30min，然后再由瓦斯檢查人員對隧道開挖工作面進行檢測回風道瓦斯濃度。實踐表明，對于隧道開挖工作面瓦斯濃度小于1.0%而且CO2濃度小于1.5%的，施工人員才能允許進入隧道內繼續作業。

另外，掘至距采空區法向距離3m位置時，施工隊停頭搞好工作面迎頭及附近的支護，處理好安全并再次施工地質鉆孔，地質鉆孔參數由項目部設計，原則上要求地質孔不少于4個，要求穿透采空區全厚進入頂板不少于0.5m，保證確切掌握采空區厚度、走向和傾角，地質構造及瓦斯涌出情況等，并詳細收集鉆孔煤、巖芯資料報項目部總工程師，送相關部門，經分析確認安全后，方可放最后一炮，原則上一次放炮進度不超過1.5m。

4.3 監測監控

隧道在施工期間應建立瓦斯監測監控系統，監測瓦斯濃度、風速、風量、CO2、CO、壓力、溫度等參數。隧道施工采取雙向掘進施工方式，在隧道進出口分別安裝一套獨立的KJ90NA瓦斯監控系統，配置瓦斯傳感器、CO傳感器、溫度傳感器、風速傳感器和設備開停傳感器，分別監測掘進工作面和回風流瓦斯濃度、CO、溫度、風速及風機開停狀態。

5 結語

隧道穿過煤層的主要問題是穿煤防突問題，特別是穿越具有高瓦斯突出危險的煤層時，更是整個穿煤施工中的關鍵。本文結合水塘隧道施工實例，詳細地總結出高瓦斯隧道的掘進安全措施以及安全有效的爆破方案，為同類工程施工提供指導。

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