穿越煤系地層鉆爆法安全開(kāi)挖研究

盧冰濤 LU Bing-tao

（中鐵二十五局集團(tuán)第四工程有限公司，柳州 545007）

1 項(xiàng)目背景及工程概況

貴州省某高速公路隧道，隧道開(kāi)挖設(shè)計(jì)輪廓拱頂距拱底高度10.4m，寬13.4m，采用兩臺(tái)階法開(kāi)挖施工。隧道施工設(shè)計(jì)出口端穿過(guò)煤系地層，通過(guò)設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)資料綜合分析，距隧道出口758m 開(kāi)始穿越煤系地層，穿煤段瓦斯含量高、瓦斯壓力大，存在煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

2 鉆爆法開(kāi)挖施工

2.1 鉆爆施工前的準(zhǔn)備

①對(duì)開(kāi)挖斷面采用噴射混凝土封閉，防止瓦斯逸出及提高巖層的穩(wěn)定性。

②洞內(nèi)施工人員每人配備礦用安全帽、礦用工作服、礦燈、壓縮氧自救器等防護(hù)自救裝備。

2.2 爆破材料選擇

2.2.1 炸藥

根據(jù)《公路瓦斯隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》要求，瓦斯隧道開(kāi)挖應(yīng)使用安全等級(jí)符合要求的煤礦許用乳化炸藥；同一施工面不得使用不同種類的炸藥，嚴(yán)禁使用黑火藥和凍結(jié)或半凍結(jié)的硝化甘油類炸藥。所以本隧道煤系地層段開(kāi)挖采用安全等級(jí)不低于三級(jí)的煤礦許用乳化炸藥。

2.2.2 雷管

根據(jù)《公路瓦斯隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》要求，一般使用煤礦許用毫秒延期電雷管，并且最后一段延期時(shí)間不得超過(guò)130ms，不能跳段使用；同一施工面只能使用同廠家同品種的電雷管，嚴(yán)禁混合使用。所以本隧道煤系地層段開(kāi)挖采用1～5 段煤礦許用毫秒延期電雷管。

2.2.3 起爆母線

采用具有良好絕緣和柔順性的銅芯電纜橫截面不低于1.5mm2，放炮母線長(zhǎng)1000m（掌子面到洞外）。

2.2.4 起爆器

①啟爆電壓的計(jì)算：

I=E/（n/×r+r°）=1800/[118×1.5+25]=8.9A

I=8.9＞I/滿足起爆要求。

式中：

I—通過(guò)串聯(lián)電路中的總電流；E—放炮電源電壓，E=1800V；n —電雷管組數(shù)，118 組；r—單發(fā)電雷管全電阻，4.5～6.0Ω，取6Ω；r°—母線電阻，取25Ω；I/—雷管準(zhǔn)爆電流2A。

②起爆器。起爆器選用MFB-500 型防爆型放炮器或更大功率防爆型起爆器，采取上臺(tái)階大串聯(lián)一次啟爆。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

煤系地層采用三級(jí)煤礦許用乳化炸藥，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖斷面圍巖情況及《公路瓦斯隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》9.4.4 第10 條相關(guān)條文，本隧道煤系地層爆破采用兩臺(tái)階法，以減少發(fā)生煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，并有利于施工通風(fēng)。臺(tái)階長(zhǎng)度約30～40m，上臺(tái)階一次起爆。主要技術(shù)參數(shù)如下：

①周邊眼布置在巷道輪廓線內(nèi)0.1m；

②底眼眼口比巷道底板高出0.1m，眼底位于底板巷道輪廓線上。

③掏槽眼每眼裝藥1.05kg；輔助眼每眼裝藥0.9kg；周邊眼每眼裝藥0.45kg；底眼每眼裝藥0.75kg。根據(jù)煤礦施工手冊(cè)的相關(guān)規(guī)定，爆破設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算如下（隧道分兩臺(tái)階開(kāi)挖，本設(shè)計(jì)主要對(duì)上臺(tái)階斷面爆破進(jìn)行計(jì)算，下臺(tái)階單孔裝藥量同上臺(tái)階）。

表1 爆破原始條件表

④循環(huán)進(jìn)尺主要根據(jù)地質(zhì)條件及瓦斯情況綜合考慮，本隧道過(guò)煤系地層段開(kāi)挖每循環(huán)進(jìn)尺不超過(guò)1.2m。

⑤炮眼施工及參數(shù)。炮眼采用YT-28 型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔。炮眼直徑d：采用?42mm 的鉆孔。

炮眼深度L：根據(jù)圍巖及瓦斯情況綜合考慮，確定炮眼深度為1.2m，掏槽眼在其它炮眼深度的基礎(chǔ)上加深20cm。

掏槽方式：采用斜眼楔形掏槽，開(kāi)口角度控制在72°左右，掏槽眼間距0.4m。

周邊眼間距E：周邊眼應(yīng)考慮0.03～0.05 的外插斜率，E 取55cm。

抵抗線w：根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)取w=E/0.8，w 取68cm。

⑥炸藥消耗量。

q =0.31×f×0.75×ex×L/（S1/3.d1/2）

式中：f——巖石硬度系數(shù)，f=4-6，取6；

ex——炸藥類型系數(shù)，取0.5；

L——炮眼深度影響系數(shù)，取1.05；

S——巷道斷面積，取80.2m2；

d——相對(duì)藥卷直徑，取0.032m。

則：q=0.31×6×0.75×0.5×1.05/（80.21/3×0.0321/2）=0.95kg/m3

⑦炮眼數(shù)量。

N=q×s×m×n/（x×p）

式中：N——炮眼數(shù)目，個(gè)；

q——單位炸藥消耗量，取0.95kg/m3；

s——巷道掘進(jìn)斷面積，取80.2m2；

m——每個(gè)藥卷長(zhǎng)度，取0.3m；

n——炮眼利用率，取0.9；

x——炮眼裝藥系數(shù)，一般取0.5～0.7，取0.6；

p——每個(gè)藥卷重量，取0.3kg。

經(jīng)計(jì)算，炮眼數(shù)量為114 個(gè)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)巖性情況，實(shí)際設(shè)計(jì)炮眼118 個(gè)。

⑧每米炸藥消耗量。

Q=qsLn

式中：q——單位炸藥消耗量，取0.95kg/m3；

s——巷道掘進(jìn)斷面積80.2m2；

L——炮眼深度影響系數(shù)，取1.05；

n——炮眼利用率，取0.9。

Q=0.95×80.2×1.05×0.9=72kg

通過(guò)計(jì)算，每米炸藥消耗量72kg，每循環(huán)炸藥消耗量為72×1.2=86.4kg，根據(jù)地質(zhì)條件及瓦斯情況綜合考慮，循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺控制在1.2m 以內(nèi)，實(shí)際每循環(huán)炸藥消耗量為85.8kg，在施工中需不斷修訂爆破參數(shù)，達(dá)到最佳爆破效果。炮眼布置見(jiàn)圖1，裝藥量及起爆順序見(jiàn)表2，預(yù)期爆破效果見(jiàn)表3。

表2 裝藥量及起爆順序

表3 預(yù)期爆破效果表

圖1 炮眼布置圖

2.4 裝藥

2.4.1 裝藥結(jié)構(gòu)

采用安全等級(jí)不低于三級(jí)的煤礦許用乳化炸藥（規(guī)格尺?32mm×300mm）、煤礦許用毫秒延期電雷管，采取正向連續(xù)裝藥。裝藥結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2.4.2 裝藥工藝

清孔：安裝炸藥前要確定孔內(nèi)干凈，一般采取一定壓力風(fēng)吹孔。

裝藥：安裝炸藥前要對(duì)雷管數(shù)量及段數(shù)一一核對(duì)，確定與施工設(shè)計(jì)相符合，施工人員必須嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)中相應(yīng)的裝藥次序、規(guī)格藥量裝藥，藥量與次序不可隨意改變，藥卷要送到孔底，用木棍或竹棍將起爆藥包緩緩送入，防止裝藥過(guò)程中拉扯出雷管線和雷管。

堵孔：炮眼尾部先用粘土炮泥塞堵，再用水炮泥封堵余下炮眼部分，最后用粘土炮泥封實(shí)。炮眼深度與封孔長(zhǎng)度，按照表4 要求施工。

表4 炮眼封堵長(zhǎng)度

每一個(gè)炮眼的余下長(zhǎng)度必須用炮泥全部塞堵，未用炮泥或炮眼未全部封孔、或炮眼封堵不密實(shí)，不得起爆，必須使用符合要求的不可燃性材料制作的炮泥。

2.5 爆破網(wǎng)路和連線

①應(yīng)采用串聯(lián)連接方式。放炮母線、連接線和雷管腳線之間的每一處連接必須連接牢固，嚴(yán)禁接頭松動(dòng)不牢固，明線處要有絕緣層包裹并懸空。放炮線不能使用絕緣層破損或裸線，不得有明接頭。②放炮母線與隧道中的施工用線應(yīng)盡可能分別布設(shè)于隧道的兩側(cè)。倘若不能分側(cè)布設(shè)時(shí)，母線應(yīng)布設(shè)掛于施工用線的下方，尤其是電纜線，并與其保持大于30 厘米的距離懸掛。③母線應(yīng)采用導(dǎo)電性相對(duì)良好、施工安全方便的銅芯線，不得將其固定，應(yīng)隨用隨懸掛。其長(zhǎng)度按施工需要確定，但不應(yīng)大于安全爆破距離。④應(yīng)采用單回路爆破，母線絕緣性要好。⑤爆破前，放炮母線拉至規(guī)定放炮地點(diǎn)后，爆破工應(yīng)用電爆網(wǎng)路全電阻測(cè)試儀檢查電爆網(wǎng)路的全電阻值。

2.6 爆破及警戒

根據(jù)《公路瓦斯隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》和《爆破安全規(guī)程》的要求，煤系地層段開(kāi)挖采取遠(yuǎn)距離爆破，執(zhí)行相應(yīng)的防護(hù)安全措施，爆破現(xiàn)場(chǎng)的安全警戒與封鎖由相應(yīng)的安全專職人員執(zhí)行負(fù)責(zé)，各種警戒標(biāo)識(shí)醒目、清晰明了。

2.7 安全檢查

①鉆孔前由瓦斯遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)及專職瓦檢員用光感式與四合一氣體體檢測(cè)儀對(duì)開(kāi)挖斷面20 米范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛取⒘蚧瘹洹⒁谎趸肌⒍趸己脱鯕鈾z測(cè)，結(jié)果達(dá)標(biāo)方可鉆孔施工。②鉆孔中工班長(zhǎng)全程跟班檢測(cè)，瓦檢員每2小時(shí)檢測(cè)一次，檢測(cè)儀器報(bào)警立即安排施工人員撤至安全區(qū)，待檢測(cè)結(jié)果正常后方可繼續(xù)施工。③起爆后至少通風(fēng)30min（監(jiān)控室瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛冉抵涟踩秶鷥?nèi)，）后，由相應(yīng)資質(zhì)的“三員”（瓦檢員、放炮員、安全員）一起進(jìn)入隧道，對(duì)施工爆破面進(jìn)行安全排除，檢測(cè)通風(fēng)、瓦斯?jié)舛龋榭磫∨凇埮诘惹闆r，并對(duì)遇到的不安全問(wèn)題及時(shí)處理。特殊情況下先由煤礦專業(yè)救援隊(duì)進(jìn)入隧道排除問(wèn)題，再由瓦檢員、放炮員、安全員一同進(jìn)入工作面進(jìn)行上述工作。在確認(rèn)瓦斯?jié)舛刃∮?.45%，二氧化碳濃度小于0.45%后，方可由瓦檢員通過(guò)洞內(nèi)專用電話通知洞外負(fù)責(zé)人送電，隨后解除警戒，施工人員及施工機(jī)械進(jìn)入隧道，進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目采用了煤層地質(zhì)鉆爆法安全開(kāi)挖，并在火工用品的選擇、炮眼的布設(shè)、爆破后相關(guān)安全指標(biāo)的檢測(cè)等方面制定相應(yīng)的技術(shù)措施，并通過(guò)效果檢驗(yàn)論證了鉆爆法安全開(kāi)挖技術(shù)措施的可行性，大大降低瓦斯段爆破開(kāi)挖的不安全性，力保了瓦斯隧道的爆破開(kāi)挖安全施工，合理的爆破安全技術(shù)措施也極大縮短瓦斯工區(qū)的施工周期，最大化地節(jié)省施工經(jīng)濟(jì)成本，并為類似的煤與瓦斯隧道爆破開(kāi)挖施工提供借鑒和參考。