钻爆法施工工艺在新凉风垭隧道瓦斯突出工区中的应用

袁顺利

（中铁十八局集团有限公司 天津市津南区）

钻爆法施工工艺在新凉风垭隧道瓦斯突出工区中的应用

袁顺利

（中铁十八局集团有限公司 天津市津南区）

钻爆法施工在国内外隧道工程施工中应用极为普遍，其施工工艺简单、控制灵活，适应性强是较为传统的隧道洞身开挖工法。目前以采用“塑料导爆管——非电雷管起爆系统”配合“岩乳化炸药”为主，但在高瓦斯工区或瓦斯突出工区，按照相关规程只能采取“矿用电雷管”配合“矿用炸药”施工，因此在高瓦斯突出工区需结合“矿用电雷管”和“矿用炸药”的特点进行工艺改进。

瓦斯突出工区；钻爆法；施工应用

随着国内经济水平的不断提高，国内基础建设发展的突飞猛进，高瓦斯隧道和瓦斯突出隧道工程在国内隧道工程中开始凸显，由于矿用电雷管段位少（仅 5段），隧道断面大、应用数量多、电阻大等特点，造成隧道施工中难以控制。施工中容易出现哑炮、一次开挖成功率低或大面积未起爆的特点。本文以新凉风垭隧道瓦斯突出工区成功应用“矿用电雷管”配合“矿用炸药”钻爆法施工为例，阐述瓦斯突出隧道钻爆法施工工艺，供大家参考应用。

1、工程概况

新凉风垭隧道起止里程为 DK149+846～DK157+464，全长 7618m，为铁路双线隧道。隧道在DK155+413～DK155+588段穿越二叠系龙潭组页岩、砂岩夹煤层，共9层煤，总长度175m。其中可采煤层5层，分别为K2、K4、K5、K8、K9，主采K2、K4、K5，厚度1.5～2.0m，层位稳定。瓦斯绝对涌出量为0.13～3.02m /min，压力为0.45～1.5Mpa。

据DZ-新凉风垭-11号钻孔煤层自燃与煤尘瓦斯鉴定报告、隧址周边煤矿瓦斯等级鉴定报告和桐梓煤矿在2004年7月14日、2006年6月30日发生煤层瓦斯突出爆炸分析，该段含煤地层为高瓦斯并具有突出风险。

2、爆破设计

新凉风垭隧道煤系地层DK155+413～DK155+588段，全长175m，岩性主要为：＜11-1＞灰岩（P2C）：灰、深灰色，厚层状，块状构造，微粒结构，含少量燧石结核，岩质硬，岩溶发育强烈，地表表现为干溶洞及＜11-2＞ 页岩夹煤层、砂岩（P2l）：灰、深灰、灰黑色，页岩结合性差，质软，抗风化能力强。强风化带岩体破碎，完整性差，厚2～ 5m，属Ⅳ级软石，弱风化属Ⅳ级软石。因此该段主要采用台阶法开挖施工。

3、钻爆设计

新凉风垭隧道穿越DK155+643～DK155+363煤层瓦斯地段采用光面爆破，根据工程设计和规范要求，应使用安全等级不低于三级的煤矿许用的含水炸药和煤矿许用电雷管。在施工中不断修订爆破参数，达到最佳爆破效果。结合施工进度与安全的需要及瓦斯隧道 5个段别的煤矿许用安全电雷管爆破规定要求，采用上下台阶法组织施工。

①设计原则

A．满足瓦斯隧道规程与规范的要求。

B、尽量能提高爆破质量与改善爆破效果。

②爆破器材选用

全部采用煤矿许用电雷管，电力起爆。使用煤矿许用 1、2、3、4、5个段别的毫秒延期电雷管，其最后一段的延期时间不大于125毫秒。

矿用电雷管根据电阻不同分镍铬和康铜两种，每一种由于脚线不同（铁、铜）其电阻又不同，施工过程中根据网路计算和经过经济比较选择。表 3-1电雷管电阻表

表3-1 电雷管电阻表

注：本表只作为计算网路电阻参考，具体使用前要查看说明书，并依此为计算依据。

由于新凉风垭隧道洞口里程为 DK157+464，距离煤系地层 DK155+588长1876m，因此考虑到起爆功率及电阻损耗，选用康铜，2m长铁线脚线，安装连接线选用铁线连接。

选用三级煤矿许用乳化炸药，由于该炸药威力低，爆速低，对岩层爆破效果差。药卷选用φ32-200g规格药卷。

起爆采用用380V洞外瞬间高压。

炮泥选用水炮泥和黏土炮泥。采用水炮泥比单纯使用黏土炮泥可减少放炮产生的有害气体，使煤层浓度降低20%-50%，并产生水雾，防止放炮引爆瓦斯煤尘。

4、爆破计算

结合新凉风垭隧道地质情况和隧道断面尺寸进行爆破计算，新凉风垭隧道煤系地层上断面爆破条件如表表4-1隧道煤系地层上断面爆破原始条件表所示。

表4-1 隧道煤系地层上断面爆破原始条件

炮眼数目计算：

公式中：q：单位炸药消耗量，Kg/m³；

S：断面面积，㎡；

m:药卷长度,m;

η:炮眼利用率，%；

а：装药系数0.5～0.7；

p：单个炸药质量。

取：S=75.75；f=5

则N=5.5*S1/2* f2/3=5.5*75.351/2*52/3=140(个)

炸药消耗量：

公式中：q：单位炸药消耗量，Kg/m³；

Q：爆破炸药消耗总炸药量

V：爆破岩体体积。

单位装药量计算

式中：q：单位装药量，Kg/m³；

Km：煤层厚度影像系数，取0.95

则：q=（1.68* Km* f1.2）/S0.75=（1.68*0.95*51.2）/75.350.75=0.431 Kg/m

钻孔设计参数炮眼名称 炮眼深度（cm）炮眼个数（个）装药类型装药数量单孔装药量（Kg）总装药量（Kg）上台阶 周边眼 100 46 32*200*2 2 0.3 13.8二圈眼 100 26 32*200*2 2 0.3 7.8辅助眼 100 40 32*200*2 2 0.3 12扩槽眼 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小计 161 50.1下台阶 周边眼 200 36 32*200*4 4 0.6 21.6辅助眼 200 44 32*200*5 5 0.75 33合计 241 104.7开挖面积 75.35/52.86（上台阶/下台阶）炮眼密度 1.87（个/㎡）单位用药量 0.58Kg/m预计进尺 上台阶1.0m/循环；下台阶2.0m/循环说明 本图为示意图，仅供参考，具体施工是，根据现场情况调整装药量和炮眼位置。

则：Q= q*V=0.431*75.35=32.48Kg

爆破网络示意图：

5、煤系地层爆破施工控制要点

（1）工作面应全断面一次起爆，不能的，必须采取安全措施。

（2）在高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域的采掘工作面采用毫秒爆破时，若采用反向起爆，必须制定安全技术措施。

（3）实行全断面一次起爆时，要注意合理布置炮眼,起爆顺序必须按爆破说明书要求进行,不得随意变更。

（4）炮眼深度小于0.6m时,不得装药爆破。在特殊条件下，如挖底、刷帮、挑顶确需浅眼爆破时，必须制定安全措施，炮眼深度可以，小于0.6m，但必须封满炮泥。

（5）炮眼深度为0.6～1m时,封泥长度不得小于炮眼深度的1/2。

（6）炮眼深度超过1m时，封泥长度不得小于0.5m。

（7）炮眼深度超过2.5m时，封泥长度不得小于1m。

（8）光面爆破时，周边光爆炮眼应用炮泥封实，且封泥长度不得小于0.3m。

（9）工作面有2个或2个以上自由面时，在煤层中最小抵抗线不得小于0.5m，在岩层中最小抵抗线不得小于0.3m，浅眼装药爆破大眼块时，最小抵抗线和封泥长度都不得小于0.3m。

（10）爆破母线必须符合标准。

（11）爆破母线和连接线、电雷管脚线和连接线、脚线和脚线之间的接头必须相互扭紧并悬挂，不得与轨道、金属管、金属网、钢丝绳、刮板输送机等导电体相接触。

（12）掌子面附近爆破母线应随用随挂。不得使用固定爆破母线，特殊情况下，在采取安全措施后，可不受此限。

（13）爆破母线与电缆、电线、信号线应分别挂在巷道的两侧。如果必须挂在同一侧，爆破母线必须在电缆的下方，并应保持0.3m以上的距离。

（14）只准采用绝缘母线单回路爆破，严禁用轨道、金属管、金属、水或大地当作回路。

（15）爆破前，爆破母线必须扭结成短路。

（16）爆破母线长度必须大于《采掘作业规程》的规定距离。

6、煤系地层爆破施工安全注意事项

（1）对隧道内爆破人员进行有关爆破安全方面的教育培训。

（2）爆破人员必须熟练爆炸材料的性能。

（3）爆破工作必须由专职的爆破工担任，在有煤与瓦斯突出的煤层中，专职爆破工的工作应固定在一个工作面。

（4）爆破工必须经过专门的培训，并持有爆破合格证，而且爆破必须依照爆破说明书进行爆破工作。

（5）每一个爆破点都必须编制爆破说明书，爆破说明书应附有炮眼布置图和炮眼说明表。

（6）爆破说明书必须报技术负责人批准。

（7）爆破工、班组长、瓦斯检查工都必须在现场执行“一炮三检查”和“三人连锁放炮制”。

（8）严禁用煤粉、块状材料和其他可燃物作炮眼封泥，无封泥或封泥不实的炮眼严禁爆破及严禁裸露爆破。

（9）炮眼深度小于0.6 米时不得装爆破，必须浅眼爆破时制定安全措施必须封满炮泥。

（10）炮眼深度为0.6—1米时封泥长度不得小于炮眼深度的二分之一，炮眼深度超过1 米时封泥不得小于0.5 米，炮眼深度超过 2.5 米时封泥长度不得小于1 米。

（11）爆破前检查瓦斯浓度是否低于1%。

（12）爆破前必须对爆破工作面进行强细检查，班组长必须设置专人在警戒线和可能进入爆破地点的所有通道上站岗截人，严禁一切人员通过，所有人员要撤到警戒线外的安全地点。

（13）爆破工必须最后离开爆破地点，必须在有掩护的安全地点进行爆破。

（14）发爆器的把手、钥匙必须由爆破工随身携带，不得移交他人。

（15）爆破后必须立即把钥匙拔出，摘掉母线并接成短路。

（16）爆破前班组长必须清点人数，确认安全无误后方准下达命令，爆破工接到班组长的命令后，必须发出爆破警示信号后等5 秒方可爆破。

（17）爆破后班组长和爆破工必须巡视爆破地点，检查支架通风瓦斯，煤尘、支架、拒、残爆等情况后，如有危险情况必须立即处理。

（18）只有在炮烟被吹散，警戒人员由布置的班组长亲自撤回后，方可进入工作面工作。

（19）不得使用质量低劣的、变质严重的炸药。一次性起爆破要以通风能力相适应。采煤工作面要加强通风管理，减少漏风并应避免串联通风。

（20）爆破前后20米范围内要充分洒水，通过炮烟区时用湿毛巾捂住口鼻。

（21）严防早爆雷管脚线与爆破母线的裸露部分与其他物体接触，并事先将雷管脚线短路。

（22）加强机电设备的检修和维护，使工作的杂散电流不超50 毫安。

（23）在有杂散电流的地点装引药时，应铺上绝缘胶垫，操作人员在胶垫上作业。

（24）存放炸药和雷管及装引药的地方，以及工作面的顶部一定要安全可靠、工具要放置妥当，严防煤、岩块硬质器件撞击雷管和炸药。

（25）距穿透老空区15 米前，必须搞清老空的具体位置和面积以及积水、瓦斯、火等情况，否则不准爆破。

（26）打眼时如发现炮眼内出水，温度骤然升高降低，有大量瓦斯涌出或煤岩松散等情况应停止爆破。

（27）爆破穿透老空区时，凡是能受水害危险，所有人员都应撤到安全地点，爆破后在确认无危险情况才可恢复作业。

（28）必须坚持“有掘必探、先探后掘”的原则。

（29）接近积水区要根据实际情况编制确实可行的探放水设计和安全措施，否则严禁爆破。

（30）工作面发现有透水预兆时，停止爆破、及时汇报、查明原因、采取措施。

（31）必须使用木质的炮棒，严禁使用起爆器打火达接雷管角线作导通。

（32）领用的炸药、雷管必须分箱装运，并分别上锁，并且做到领、用、退账目清楚，帐物相符。

7、施工工艺调整及总结

上述施工方法在新凉风垭隧道施工时，存在过一次开挖效果差，哑炮现象，在施工中对周边眼的间距根据实际围岩情况进行了调整，周边眼不易小于30cm，另外受远距离爆破和矿用电雷管电阻影像，根据隧道施工情况，将原设计的大串联连接方式优化为“段内串联，分段并联”的连接方式，极大地提高了一次爆破成功率。

[1]《瓦斯隧道施工技术与管理》作者：雷升祥

[2]《公路瓦斯隧道施工及安全技术》作者：贵州路桥集团

U45

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1007-6344（2017）02-0040-02

袁顺利，1981年出生，2006年毕业于山东理工大学土木工程学院隧道与桥梁专业，本科，现工作于中铁十八局渝黔铁路土建7标项目经理部，担任副总工程师。