散裝乳化炸藥裝藥設(shè)備在隧道施工中的應(yīng)用

姬海東

（中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南 長沙 410100）

當(dāng)前，我國鉆爆法隧道施工中，開始廣泛使用鑿巖臺車進行鉆孔施工，與人工手持風(fēng)鉆相比，鑿巖臺車鉆孔工效可以提高2～4倍，而且可以改善勞動條件，減輕工人的勞動強度。但炸藥工序仍采用人工逐節(jié)裝填卷裝乳化炸藥，一個隧道開挖面往往需要十幾個人同時作業(yè)，環(huán)境差、效率低、安全風(fēng)險大、工藝比較落后。造成鉆、爆、裝運各工序之間效率不匹配，制約了鑿巖臺車高效率的發(fā)揮，成為隧道機械化施工的瓶頸。因此，為提高隧道整體機械化效率，減少施工人員數(shù)量，需要采用機械化裝藥設(shè)備進行炸藥裝填施工。

1 BQPR800隧道裝藥設(shè)備施工工藝

1.1 施工原理

BQPR800隧道裝藥設(shè)備是用于將散裝乳化炸藥裝填于隧道炮孔內(nèi)的機械化裝藥設(shè)備，施工時由鐵建重工的ZYS113三臂鑿巖臺車提供動力，該設(shè)備配置雙泵送系統(tǒng)，可快速、安全地進行裝藥施工。隧道散裝乳化炸藥裝藥設(shè)備工作原理如圖1所示。施工時由三臂鑿巖臺車完成爆破孔鉆孔施工，然后BQPR800隧道裝藥設(shè)備進入隧道工作位，通過快速接頭完成裝藥器與鑿巖臺車的連接，由鑿巖臺車提供裝藥器驅(qū)動力和工作吊籃，裝藥1人員通過吊籃臂和送管器完成上部炮孔和周邊孔裝藥施工，裝藥2人員手持輸藥管完成底部炮孔的裝藥施工。

圖1 BQPR800隧道裝藥設(shè)備工作原理

1.2 BQPR800隧道裝藥設(shè)備

BQPR800隧道裝藥設(shè)備主要由雙系統(tǒng)裝藥器、送管器、運載車、全電腦三臂鑿巖臺車等組成。

（1）雙系統(tǒng)裝藥器。裝藥器主要由料箱、泵送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。具有兩個獨立的操作系統(tǒng)，雙系統(tǒng)同時作業(yè)；泵送系統(tǒng)采用柱塞泵結(jié)構(gòu)，減少泵送過程中的對炸藥的破壞性，提高作業(yè)安全性。

（2）送管器。送管器主要由馬達、鏈輪組、傳動機構(gòu)、張緊裝置、測速裝置等零部件組成，可在“0～25m/min”內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，可通過調(diào)整張緊裝置調(diào)節(jié)送管力，裝配在鑿巖臺車吊籃上，實現(xiàn)機械化送、退管，減輕施工人勞動強度，提高裝藥效率。

（3）運載車。用來裝配和搭載裝藥器，實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)場運輸。

1.3 施工特點

（1）效率高。裝藥器裝藥速度25kg/min，且配置雙裝藥系統(tǒng)，裝藥效率是人工裝藥效率的數(shù)倍，可將隧道原十幾人工裝藥施工作業(yè)減少到2人。

（2）效益好。炮孔裝藥示意圖，如圖2所示。炮孔耦合裝藥，線裝藥密度大，可增大孔網(wǎng)距，減少炮孔數(shù)量，同時提高有效爆破進尺，周邊孔采用非耦合裝藥可有效控制超欠挖，綜合經(jīng)濟效益好。

圖2 炮孔裝藥示意圖

（3）勞動強度低。采用裝藥器機械化裝藥后，主要裝填工作由設(shè)備完成，降低勞動強度。

（4）安全性高。散裝乳化炸藥是將敏化劑經(jīng)敏化劑泵泵出，并經(jīng)過水環(huán)裝置進入有散裝乳化炸藥的管路中一起輸送，再經(jīng)過靜態(tài)混合器混合后輸送至炮孔里，相比包裝炸藥來說，散裝乳化炸藥感度低，裝藥施工人數(shù)少，提高了裝藥過程的安全性。

（5）裝藥精度高。裝藥設(shè)備控制系統(tǒng)按照提前設(shè)定的參數(shù)裝藥，具有自動裝藥、一鍵裝藥及分段裝藥功能，可根據(jù)裝藥效率自動控制退管速度，實現(xiàn)裝藥效率和退管速度的匹配。計量系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)裝藥速度自動確定退管速度，同時，裝藥泵和潤滑劑泵機械聯(lián)動、同步運動，確保潤滑劑和炸藥的精確配比，計量誤差±1%以內(nèi)。

1.4 施工步驟（圖3）

圖3

（1）BQPR800隧道裝藥設(shè)備到達施工點，操作人員就位，連接裝藥器與鑿巖臺車管路。

（2）給裝藥器裝填散裝乳化炸藥和敏化劑。

（3）泵送系統(tǒng)打水，潤滑管路，確定管路中無殘留藥物堵塞。

（4）將水閥關(guān)閉，打開下料閥，進行泵送系統(tǒng)送藥，在輸藥管噴出炸藥時，停止泵送，同時檢測炸藥狀態(tài).

（5）進行排險、炮孔清孔，同時裝填起爆藥至孔口。

（6）對孔、送管，將起爆藥推至孔底。

（7）送管過程如遇塌孔，將管子和起爆藥抽出，排孔完畢后重復(fù)第（5）～（6）步。

（8）通過遙控器起動送藥系統(tǒng)，炸藥沿管路進入孔底，同時開始收管，收管速度根據(jù)裝藥量和裝藥需求確定。

（9）周邊孔利用送管器通過設(shè)定裝藥量、匹配收管速度實現(xiàn)非耦合裝藥。

（10）裝藥快結(jié)束前，將泵送系統(tǒng)切換至清水清洗系統(tǒng)，利用清水將管路中的炸藥輸送至最后幾個孔內(nèi)。

2 BQPR800隧道裝藥設(shè)備施工應(yīng)用

2020年9月，該隧道裝藥設(shè)備在某隧道裝藥施工中取得成功應(yīng)用。隧道圍巖等級為Ⅱ級圍巖，共應(yīng)用兩種斷面，均采用斜眼掏槽鉆爆。

2.1 施工組織

（1）施工前，爆破設(shè)計人員根據(jù)斷面和圍巖情況設(shè)計炮眼圖和各孔裝藥量，并將數(shù)據(jù)輸入裝藥設(shè)備控制系統(tǒng)。

（2）鑿巖臺車鉆孔結(jié)束前30min，炮工就位，將裝藥設(shè)備運送至臺車后方30m處。

（3）通知炸藥運輸車將炸藥送至隧道內(nèi)，并開始向裝藥設(shè)備上料。

（4）鑿巖臺車鉆孔結(jié)束后，將裝藥設(shè)備運至臺車后方，連接裝藥器與鑿巖臺車管路，開始裝藥施工（圖4）。

圖4

（5）裝藥施工結(jié)束后，裝藥設(shè)備和鑿巖臺車退場，爆破。

（6）爆破完畢后、出渣前，進洞檢查爆破進尺、超欠挖、塊度等情況。

（7）根據(jù)爆破情況，優(yōu)化設(shè)計炮眼圖、調(diào)整各孔裝藥量，準(zhǔn)備下一次裝藥爆破。

2.2 施工數(shù)據(jù)

第一種斷面（寬×高）11m×10m，采用鑿巖臺車鉆孔，鉆孔數(shù)量170個，孔深4m，孔徑45mm，傳統(tǒng)人工裝填卷裝炸藥時，裝藥施工人數(shù)6人，共裝卷裝炸藥400kg，耗時2.5h，爆破后測量有效爆破進尺3.6～3.7m；用BQPR800隧道裝藥設(shè)備裝藥時，裝藥施工人數(shù)2人，共裝散裝乳化炸藥420kg，裝藥耗時2.0h，爆破后測量有效爆破進尺3.9～4m。

第二種斷面（寬×高）7m×9m，傳統(tǒng)人工裝填卷裝炸藥時，鉆孔數(shù)量120個，孔深3.5m，孔徑50mm，裝藥施工人數(shù)6人，共裝卷裝炸藥300kg，裝藥耗時1.5h，爆破后測量有效爆破進尺3.2m；用BQPR800隧道裝藥設(shè)備裝藥時，對鉆孔方案進行了優(yōu)化，周邊眼和底板眼不變，掏槽眼減少一排，輔助眼相應(yīng)減少，將總孔數(shù)由原來的120個孔減少到100個孔，孔深3.5m，孔徑50mm，裝藥施工人數(shù)2人，共裝散裝乳化炸藥320kg，裝藥耗時1h，爆破后測量有效爆破進尺3.5m；裝藥施工數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 裝藥施工數(shù)據(jù)

2.3 經(jīng)濟效益分析

此次BQPR800隧道裝藥設(shè)備在隧道裝藥施工獲得了良好的爆破效果。相比卷裝炸藥，散裝乳化炸藥的人均裝藥效率提高了3倍，同時，良好的耦合性、連續(xù)性，提高了鉆孔利用率，保證開挖進尺，減少炮孔數(shù)量近17%，炸藥單耗略有降低。對于一個約56㎡的斷面，其單次循環(huán)鉆孔和裝藥施工成本降低約1715元，成本數(shù)據(jù)如表2所示，相比原藥卷炸藥，其成本降低了約16%，大大提高了鉆爆施工的綜合效益（表2）。

表2 成本分析數(shù)據(jù)

3 功能展望

BQPR800隧道裝藥設(shè)備具有安全性強、裝藥效率高、施工成本低等優(yōu)勢，且已在隧道裝藥施工中取得成功應(yīng)用。為進一步提升裝藥設(shè)備的自動操控性能，并結(jié)合設(shè)備現(xiàn)場應(yīng)用情況，提出以下功能展望：

（1）遠程遙控尋孔，設(shè)備進行圖像遠程傳輸，操作人員在遠離掌子面位置操控設(shè)備，遙控對孔、裝藥。

（2）自動尋孔，設(shè)備可與鑿巖臺車進行鉆孔數(shù)據(jù)（坐標(biāo)、孔深和孔徑等）共享，進行炮孔識別、定位，實現(xiàn)一鍵自動尋孔、裝藥。

（3）塌孔自動識別與處理，設(shè)備通過送管壓力和送管深度判斷識別塌孔位置，并采用高壓空氣清孔。

（4）自動裝填起爆彈，設(shè)備通過高壓空氣將起爆彈從設(shè)備后方沿管路送進炮孔裝填。

4 結(jié)語

BQPR800隧道裝藥設(shè)備的施工應(yīng)用，驗證其在裝藥施工的可行性和高效性。通過與鑿巖臺車等隧道機械化成套施工設(shè)備配合，可實現(xiàn)隧道全工序的機械化施工，可廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、地下工程、引水工程等隧道施工。對于我國隧道鉆爆法機械化配套施工具有重要意義。隨著隧道散裝乳化炸藥裝藥設(shè)備的發(fā)展，后續(xù)將逐步實現(xiàn)其智能化開發(fā)，發(fā)展和完善無人化裝藥功能，進一步提高隧道裝藥施工的安全性和便捷性。