高瓦斯大斷面隧道爆破開(kāi)挖技術(shù)研究摘要:蒼巴高速盧家咀隧道位于我國(guó)西南地區(qū)，隧道通過(guò)不良地質(zhì)地段，屬高瓦斯隧道。由于受最后一段雷管延期時(shí)間不得超過(guò)130ms的限制，為解決大斷面高瓦斯隧道的爆破作業(yè)問(wèn)題，采用煤礦許用毫秒電子雷管與煤礦許用毫秒延期電雷管結(jié)合使用的方式，對(duì)大斷面隧道進(jìn)行光面爆破。其對(duì)于高瓦斯隧道光面爆破施工，有重大的施工意義。本文說(shuō)明煤礦許用數(shù)碼電子雷管與煤礦許用毫秒延期電雷管結(jié)合用于高瓦斯隧道光面爆破的可行性。關(guān)鍵詞:煤礦許用數(shù)碼電子雷管；煤礦許用毫秒延期電雷管；高瓦斯；光面爆破；煤礦許用導(dǎo)爆索引言：西南地區(qū)大部分是山區(qū)丘陵，并且煤礦資源非常豐富，隧道在通過(guò)煤系地層的時(shí)候，遇含有瓦斯煤層并不鮮見(jiàn)。當(dāng)遇到以上不良地質(zhì)條件，有必要進(jìn)行有針對(duì)性的安全施工技術(shù)，為確保施工人員生命和財(cái)產(chǎn)安全。如果處理不當(dāng)，不僅施工進(jìn)度低下，施工成本高昂，還易釀成瓦斯爆炸。吳光松等人的調(diào)查顯示，瓦斯爆炸事故造成后果的嚴(yán)重性和爆炸事故頻發(fā)性，均居瓦斯隧道施工事故之首。所以隧道過(guò)煤層和瓦斯突出地段的安全施工技術(shù)為目前瓦斯隧道施工中的一個(gè)重點(diǎn)研究領(lǐng)域。盧家咀隧道屬長(zhǎng)隧道、分離式隧道，位于四川省廣元市蒼溪縣龍山鎮(zhèn)境內(nèi)；隧道進(jìn)口位于庫(kù)樓村境內(nèi)；隧道出口位于翔鳳村境內(nèi)。隧道為雙向四車(chē)道，公路等級(jí)為高速公路。隧道左線長(zhǎng)度2374米，其中Ⅳ級(jí)圍巖2160米，Ⅴ級(jí)圍巖214米；隧道右線長(zhǎng)度2328米，其中Ⅳ級(jí)圍巖2160米，Ⅴ級(jí)圍巖168米。分離式隧道洞身段采用暗挖法施工。分離式隧道洞口淺埋/偏壓段、Ⅴ級(jí)圍巖段采用三臺(tái)階留核心土法開(kāi)挖；IV級(jí)圍巖采用兩臺(tái)階法開(kāi)挖。開(kāi)挖過(guò)程中采用光面爆破，嚴(yán)格控制超欠挖。1．盧家咀隧道光面爆破雷管選用情況大斷面隧道光面爆破需要較多的雷管段位，爆破雷管需要1-15段，煤礦許用毫秒延期電子雷管只有五段，因此只使用煤礦許用毫秒延期電子雷管爆破開(kāi)挖效率低，爆破方量小，不僅影響施工進(jìn)度增大施工成本，還加大施工安全風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)由于隧道光面爆破周邊眼無(wú)法進(jìn)行間隔裝藥，光面爆破質(zhì)量也相對(duì)低下，較嚴(yán)重的超欠挖又會(huì)進(jìn)一步增加工程的施工成本。如果按常規(guī)大斷面隧道所用爆破方法（到爆索引爆毫秒管分段爆破），需要孔內(nèi)延期，雷管用量較大，爆破網(wǎng)絡(luò)連線檢查相對(duì)困難許多，不利于控制光面爆破的質(zhì)量[1]。在此基礎(chǔ)上，如何選擇合適的引爆雷管對(duì)盧家咀高瓦斯隧道工程具有極其重要的意義。盧家咀高瓦斯隧道在爆破過(guò)程中，根據(jù)施工圖紙和相應(yīng)規(guī)范，起爆雷管為煤礦許用毫秒延期電雷管和煤礦許用數(shù)碼電子雷管結(jié)合使用。2．煤礦許用數(shù)碼電子雷管和煤礦許用毫秒延期電子雷管MineXu數(shù)字電子雷管是一種新型的電雷管，可以隨意調(diào)整延長(zhǎng)發(fā)射時(shí)間，而且精度很高。傳統(tǒng)雷管使用延長(zhǎng)藥來(lái)控制延長(zhǎng)時(shí)間，而MineX數(shù)字電子雷管使用電信號(hào)來(lái)控制延長(zhǎng)時(shí)間，大大提高了延長(zhǎng)時(shí)間控制的準(zhǔn)確性。數(shù)字雷管通過(guò)控制雷管的電源，將延遲誤差降到最低[2]。每個(gè)數(shù)字雷管的延長(zhǎng)時(shí)間可在毫秒范圍內(nèi)設(shè)定，其延長(zhǎng)精度可控制在±0.2毫秒，這意味著相鄰炮孔的延長(zhǎng)時(shí)間最大誤差約為0.4毫秒，基本可以忽略不計(jì)[3]。在高瓦斯隧道爆破開(kāi)挖一次爆破藥量大的情況下，為了降低爆破振動(dòng)影響，同時(shí)達(dá)到光面爆破的效果，需通過(guò)調(diào)節(jié)前、后段位爆破時(shí)間差來(lái)實(shí)現(xiàn)。而礦許數(shù)碼電子雷管，延期段位現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置方便，操作簡(jiǎn)單易上手，用在高瓦斯隧道光面爆破上存在完美的適配性。3.光面爆破的基本情況正面爆破是一種受控的爆破方法，目前在中國(guó)幾乎所有的隧道開(kāi)挖中都使用。它是一種有效的方法，通過(guò)確保開(kāi)挖輪廓最大限度地達(dá)到預(yù)期效果來(lái)減少隧道的超挖。爆破隧道時(shí)，首先要考慮每個(gè)周期的隧道長(zhǎng)度，控制工作面的超挖，以節(jié)省施工成本。每個(gè)周期的隧道長(zhǎng)度由巷道眼和輔助眼決定，而工作面的超挖則由周邊眼控制。其基本原理是，在計(jì)劃開(kāi)挖的外輪廓上以特定的距離和角度鉆設(shè)周邊眼。當(dāng)溝槽和輔助眼依次被引爆時(shí)，炸藥在幾個(gè)周邊眼中同時(shí)被引爆，形成一個(gè)光滑的挖掘面。平滑面爆破在常規(guī)隧道施工中是非常有效的。然而，在過(guò)去，由于規(guī)范的原因，高瓦斯隧道的爆破并不是真正的平滑。隨著煤礦數(shù)字電子爆破的日益普及，結(jié)合現(xiàn)有的施工技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，煤礦數(shù)字電子爆破的優(yōu)勢(shì)可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)，盧家咀高瓦斯隧道已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了真正的光面爆破。4.盧家咀高瓦斯隧道光面爆破的設(shè)計(jì)盧家咀高瓦斯隧道光面爆破施工過(guò)程中使用煤礦許用數(shù)碼電子雷管和煤礦許用毫秒延期電子雷管，炸藥選用煤礦Ⅲ級(jí)乳化炸藥。4.1.盧家咀高瓦斯隧道光面爆破施工流程在本項(xiàng)目中，光面爆破的施工工藝是：測(cè)量工程師放線、人員撤出爆破區(qū)域、起爆與通風(fēng)散煙、瓦斯檢測(cè)、出渣等。（1）測(cè)量和放線。測(cè)量工程師采用全站儀放出掌子面上炮孔的位置，對(duì)鉆孔工人進(jìn)行技術(shù)交底，明確每種炮眼深度和走向；（2）鉆孔。使用防爆鑿巖機(jī)按盧家咀隧道專(zhuān)項(xiàng)爆破方案進(jìn)行鉆孔，掏槽眼、周邊眼鉆孔超深度30cm；采用濕式鉆孔法，適時(shí)清孔；（3）瓦斯檢測(cè)。在爆破員裝藥之前需要瓦檢人員對(duì)掌子面瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行測(cè)試，瓦斯?jié)舛鹊陀?.5%時(shí)，方可裝藥；（4）裝藥和堵孔。掏槽眼及輔助眼裝藥：第一節(jié)藥卷用安全導(dǎo)爆索捆綁好后，用炮棍輕推藥卷，使其安裝在炮眼底部，依次填裝炸藥，采用黏土炮泥堵塞炮眼：用安全導(dǎo)爆索捆扎一節(jié)水炮泥并安裝在炮眼底部，再將炸藥、水炮泥依次交替裝藥，炮眼口用黏土炮泥封堵，同樣的孔外預(yù)留安全導(dǎo)爆索不小于50cm[4]；（6）爆破連線。根據(jù)爆破段位的不同依次連接預(yù)留導(dǎo)爆索，再根據(jù)段位每隔20個(gè)左右的炮眼，連接1根煤礦許用數(shù)碼電子雷管，最后，與煤礦許用數(shù)碼電子雷管腳線相連，從而構(gòu)成串聯(lián)起爆電路。此方法可以用于探測(cè)起爆網(wǎng)絡(luò)；（7）瓦斯檢測(cè)。爆破前應(yīng)檢查瓦斯?jié)舛?，其濃度?.5%以下時(shí)，方可起爆；（8）起爆及通風(fēng)散煙。拉起警戒線，疏散人員后再引爆炸藥，爆破完成后先通風(fēng)散煙；（9）瓦斯檢測(cè)。在通風(fēng)散煙20min后，由專(zhuān)業(yè)瓦檢人員測(cè)試瓦斯?jié)舛龋錆舛仍?.5%以下方可進(jìn)行下一道工序；（10）出渣和排險(xiǎn)；（11）初期支護(hù)；（12）下一循環(huán)。4.2關(guān)鍵工序施工技術(shù)探究（1）打炮眼。在鉆孔前，須對(duì)開(kāi)挖掌子面的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測(cè)，瓦斯?jié)舛鹊陀?.5%時(shí)，鉆孔施工方能開(kāi)始。使用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打炮眼。以現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn)和施工數(shù)據(jù)為支撐，又考慮到盧家咀高瓦斯隧道所用礦用乳化炸藥爆炸力比常規(guī)炸藥低，其炮眼間距小于常規(guī)隧道5cm。盧家咀隧道光面爆破周邊眼鉆孔間距：軟質(zhì)巖（Ⅴ類(lèi)）的鉆孔間距在35~40cm之間，硬巖（Ⅳ類(lèi)）的鉆孔間距在40~50cm,鉆孔誤差在±5cm以?xún)?nèi)。（2）裝藥。按照規(guī)范和圖紙要求，高瓦斯隧道裝藥需要采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。但是對(duì)隧道光面爆破的周邊眼來(lái)說(shuō)，需采用間隔裝藥的形式。高瓦斯隧道光面爆破施工炸藥需要使用III級(jí)煤礦許乳化炸藥，針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)于周邊眼裝藥，可用水炮泥和安全導(dǎo)爆索捆扎后安裝在孔底，然后按照炸藥，水炮泥相間隔布置的方式，構(gòu)成間隔裝藥結(jié)構(gòu)，即利用水炮泥實(shí)現(xiàn)間隔裝藥，水炮泥長(zhǎng)度可以按照間隔長(zhǎng)度的要求設(shè)置，孔口用黏土炮泥堵塞。水炮泥效果：增加炮眼內(nèi)應(yīng)力波壓力和作用時(shí)間；增加爆破產(chǎn)生氣體的作用時(shí)間；確保孔內(nèi)炸藥的完全爆炸；減少爆破后的粉塵；減少炸藥消耗[5]。黏土炮泥影響：炮眼用黏土炮泥堵塞，能充分利用爆破產(chǎn)生的壓力，改善爆破質(zhì)量，還能避免爆破產(chǎn)生的火花直接與隧道內(nèi)的瓦斯接觸，規(guī)避瓦斯事故。（3）起爆網(wǎng)絡(luò)。目前，中國(guó)使用的雷管大多使用化學(xué)藥劑作為炸藥。使用化學(xué)藥劑延期有定時(shí)不準(zhǔn)確、延期時(shí)間一致性差、儲(chǔ)存時(shí)間短等缺點(diǎn)[6]，而延期粉在爆炸時(shí)產(chǎn)生火花，這也是陸家嘴高瓦斯隧道不使用普通延期雷管的原因。在一般的隧道施工中，通常使用導(dǎo)爆索和導(dǎo)爆管來(lái)形成導(dǎo)爆網(wǎng)。高瓦斯隧道的起爆網(wǎng)絡(luò)如果都用煤礦許用數(shù)碼電子雷管，用量較大、爆破成本較高。而利用煤礦許用毫秒延期電子雷管與煤礦許用數(shù)碼電子雷管相配合，則能較好地解決難題，節(jié)約成本。煤礦許用毫秒延期電子雷管，就是專(zhuān)門(mén)用于規(guī)避爆破過(guò)程中，產(chǎn)生瓦斯爆炸風(fēng)險(xiǎn)的所謂“安全導(dǎo)爆索”[7]。該導(dǎo)爆索不同于一般導(dǎo)爆索，其藥芯及包覆層中添加有消焰劑，發(fā)揮著與煤礦許用炸藥相似的效果[8]；而煤礦許用數(shù)碼電子雷管則利用電信號(hào)來(lái)控制雷管的延期時(shí)間，不會(huì)產(chǎn)生空外火花。所以在進(jìn)行盧家咀隧道的施工時(shí)，利用煤礦許用毫秒延期電子雷管和煤礦許用數(shù)碼電子雷管，可按常規(guī)隧道施工設(shè)計(jì)爆破網(wǎng)絡(luò)，即同段位炮孔之間使用煤礦許用毫秒延期電子雷管連線、相應(yīng)段位數(shù)碼電子雷管起爆方法，從而降低數(shù)碼電子雷管用量，爆破成本。在盧家咀高瓦斯隧道施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用煤礦許用毫秒延期電子雷管與煤礦許用數(shù)碼電子雷管組成爆破網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)需求設(shè)置各個(gè)數(shù)碼電子雷管的推遲時(shí)間，雷管按段位設(shè)置好時(shí)間，均勻排列，再在煤礦許用數(shù)碼電子雷管的腳線上串接連線，就可以按常規(guī)隧道爆破網(wǎng)絡(luò)連線起爆。4.3盧家咀隧道爆破技術(shù)參數(shù)下圖一為盧家咀隧道鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)，參數(shù)根據(jù)每循環(huán)圍巖情況略有調(diào)整。圖一盧家咀隧道Ⅳ級(jí)圍巖鉆爆設(shè)計(jì)圖在爆破施工過(guò)程中，煤礦許用毫秒延期電子雷管的一段（延期0ms）為圖表中的一段；煤礦許用毫秒延期電子雷管的二段（延期25ms）為圖表中的三段；煤礦許用毫秒延期電子雷管的三段（延期50ms）為圖表中的七段；煤礦許用毫秒延期電子雷管的四段（延期75ms）為圖表中的九段；煤礦許用毫秒延期電子雷管的五段（延期110ms）為圖表中的十三段。隧道每循環(huán)開(kāi)挖，使用煤礦許用毫秒延期電子雷管數(shù)量為103根，使用煤礦許用數(shù)碼電子雷管55根。4.4數(shù)碼電子雷管與煤礦許毫秒延期電雷管結(jié)合使用具有的優(yōu)勢(shì)在爆破氣體濃度較高的隧道時(shí)，鉆孔的位置和使用的炸藥量與使用毫秒級(jí)爆破帽的網(wǎng)絡(luò)相匹配。數(shù)字電子雷管能夠隨意設(shè)定延期時(shí)間，延期時(shí)間由電信號(hào)控制，因此延期時(shí)間非常精確。數(shù)字電子雷管和毫秒雷管的組合可以用來(lái)控制數(shù)字電子雷管的延長(zhǎng)時(shí)間，只需將最終延長(zhǎng)時(shí)間設(shè)定為不超過(guò)130毫秒，就可以增加爆破間隔。在高瓦斯隧道中進(jìn)行爆破。數(shù)字電子雷管由電信號(hào)控制，不產(chǎn)生火花，因此可以在孔外引爆，節(jié)省了爆破帽的使用，同時(shí)兩者結(jié)合不會(huì)因?yàn)槿渴褂妹旱V許用數(shù)碼電子雷管而產(chǎn)生高昂的施工成本。5．結(jié)語(yǔ)根據(jù)以上所提，利用煤礦許用數(shù)碼電子雷管與煤礦許用毫秒延期電子雷管可以完全在高瓦斯隧道中實(shí)施光面爆破，瓦斯隧道煤礦許用數(shù)碼電子雷管與煤礦許用毫秒延期電子雷管的爆破網(wǎng)絡(luò)、孔外延期起爆方案具有可行性。它的實(shí)施效果已經(jīng)毋庸置疑。參考文獻(xiàn):[1]胡增康.數(shù)碼電子雷管延期技術(shù)的研究[D].中北大學(xué)，2013.[2]田小寶.澳瑞凱數(shù)碼電子雷管起爆系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用案例[J].礦業(yè)裝備，2012，2（10）:98-101.[3]楊譯，顧光祥.數(shù)碼電子雷管在高瓦斯隧道開(kāi)挖中的應(yīng)用探討[J].交通建設(shè)，2015，8（11）:272-273.[4]羅世剛，高峰，夏維學(xué)，孫慕楠，萬(wàn)俊義，范道林.一種瓦斯隧道光面爆破施工方法[P].CN1145