【《高瓦斯大断面隧道爆破开挖技术研究》4300字】

高瓦斯大断面隧道爆破开挖技术研究摘要:苍巴高速卢家咀隧道位于我国西南地区，隧道通过不良地质地段，属高瓦斯隧道。由于受最后一段雷管延期时间不得超过130ms的限制，为解决大断面高瓦斯隧道的爆破作业问题，采用煤矿许用毫秒电子雷管与煤矿许用毫秒延期电雷管结合使用的方式，对大断面隧道进行光面爆破。其对于高瓦斯隧道光面爆破施工，有重大的施工意义。本文说明煤矿许用数码电子雷管与煤矿许用毫秒延期电雷管结合用于高瓦斯隧道光面爆破的可行性。关键词:煤矿许用数码电子雷管；煤矿许用毫秒延期电雷管；高瓦斯；光面爆破；煤矿许用导爆索引言：西南地区大部分是山区丘陵，并且煤矿资源非常丰富，隧道在通过煤系地层的时候，遇含有瓦斯煤层并不鲜见。当遇到以上不良地质条件，有必要进行有针对性的安全施工技术，为确保施工人员生命和财产安全。如果处理不当，不仅施工进度低下，施工成本高昂，还易酿成瓦斯爆炸。吴光松等人的调查显示，瓦斯爆炸事故造成后果的严重性和爆炸事故频发性，均居瓦斯隧道施工事故之首。所以隧道过煤层和瓦斯突出地段的安全施工技术为目前瓦斯隧道施工中的一个重点研究领域。卢家咀隧道属长隧道、分离式隧道，位于四川省广元市苍溪县龙山镇境内；隧道进口位于库楼村境内；隧道出口位于翔凤村境内。隧道为双向四车道，公路等级为高速公路。隧道左线长度2374米，其中Ⅳ级围岩2160米，Ⅴ级围岩214米；隧道右线长度2328米，其中Ⅳ级围岩2160米，Ⅴ级围岩168米。分离式隧道洞身段采用暗挖法施工。分离式隧道洞口浅埋/偏压段、Ⅴ级围岩段采用三台阶留核心土法开挖；IV级围岩采用两台阶法开挖。开挖过程中采用光面爆破，严格控制超欠挖。1．卢家咀隧道光面爆破雷管选用情况大断面隧道光面爆破需要较多的雷管段位，爆破雷管需要1-15段，煤矿许用毫秒延期电子雷管只有五段，因此只使用煤矿许用毫秒延期电子雷管爆破开挖效率低，爆破方量小，不仅影响施工进度增大施工成本，还加大施工安全风险；同时由于隧道光面爆破周边眼无法进行间隔装药，光面爆破质量也相对低下，较严重的超欠挖又会进一步增加工程的施工成本。如果按常规大断面隧道所用爆破方法（到爆索引爆毫秒管分段爆破），需要孔内延期，雷管用量较大，爆破网络连线检查相对困难许多，不利于控制光面爆破的质量[1]。在此基础上，如何选择合适的引爆雷管对卢家咀高瓦斯隧道工程具有极其重要的意义。卢家咀高瓦斯隧道在爆破过程中，根据施工图纸和相应规范，起爆雷管为煤矿许用毫秒延期电雷管和煤矿许用数码电子雷管结合使用。2．煤矿许用数码电子雷管和煤矿许用毫秒延期电子雷管MineXu数字电子雷管是一种新型的电雷管，可以随意调整延长发射时间，而且精度很高。传统雷管使用延长药来控制延长时间，而MineX数字电子雷管使用电信号来控制延长时间，大大提高了延长时间控制的准确性。数字雷管通过控制雷管的电源，将延迟误差降到最低[2]。每个数字雷管的延长时间可在毫秒范围内设定，其延长精度可控制在±0.2毫秒，这意味着相邻炮孔的延长时间最大误差约为0.4毫秒，基本可以忽略不计[3]。在高瓦斯隧道爆破开挖一次爆破药量大的情况下，为了降低爆破振动影响，同时达到光面爆破的效果，需通过调节前、后段位爆破时间差来实现。而矿许数码电子雷管，延期段位现场设置方便，操作简单易上手，用在高瓦斯隧道光面爆破上存在完美的适配性。3.光面爆破的基本情况正面爆破是一种受控的爆破方法，目前在中国几乎所有的隧道开挖中都使用。它是一种有效的方法，通过确保开挖轮廓最大限度地达到预期效果来减少隧道的超挖。爆破隧道时，首先要考虑每个周期的隧道长度，控制工作面的超挖，以节省施工成本。每个周期的隧道长度由巷道眼和辅助眼决定，而工作面的超挖则由周边眼控制。其基本原理是，在计划开挖的外轮廓上以特定的距离和角度钻设周边眼。当沟槽和辅助眼依次被引爆时，炸药在几个周边眼中同时被引爆，形成一个光滑的挖掘面。平滑面爆破在常规隧道施工中是非常有效的。然而，在过去，由于规范的原因，高瓦斯隧道的爆破并不是真正的平滑。随着煤矿数字电子爆破的日益普及，结合现有的施工技术和经验，煤矿数字电子爆破的优势可以总结为以下几点，卢家咀高瓦斯隧道已经实现了真正的光面爆破。4.卢家咀高瓦斯隧道光面爆破的设计卢家咀高瓦斯隧道光面爆破施工过程中使用煤矿许用数码电子雷管和煤矿许用毫秒延期电子雷管，炸药选用煤矿Ⅲ级乳化炸药。4.1.卢家咀高瓦斯隧道光面爆破施工流程在本项目中，光面爆破的施工工艺是：测量工程师放线、人员撤出爆破区域、起爆与通风散烟、瓦斯检测、出渣等。（1）测量和放线。测量工程师采用全站仪放出掌子面上炮孔的位置，对钻孔工人进行技术交底，明确每种炮眼深度和走向；（2）钻孔。使用防爆凿岩机按卢家咀隧道专项爆破方案进行钻孔，掏槽眼、周边眼钻孔超深度30cm；采用湿式钻孔法，适时清孔；（3）瓦斯检测。在爆破员装药之前需要瓦检人员对掌子面瓦斯浓度进行测试，瓦斯浓度低于0.5%时，方可装药；（4）装药和堵孔。掏槽眼及辅助眼装药：第一节药卷用安全导爆索捆绑好后，用炮棍轻推药卷，使其安装在炮眼底部，依次填装炸药，采用黏土炮泥堵塞炮眼：用安全导爆索捆扎一节水炮泥并安装在炮眼底部，再将炸药、水炮泥依次交替装药，炮眼口用黏土炮泥封堵，同样的孔外预留安全导爆索不小于50cm[4]；（6）爆破连线。根据爆破段位的不同依次连接预留导爆索，再根据段位每隔20个左右的炮眼，连接1根煤矿许用数码电子雷管，最后，与煤矿许用数码电子雷管脚线相连，从而构成串联起爆电路。此方法可以用于探测起爆网络；（7）瓦斯检测。爆破前应检查瓦斯浓度，其浓度在0.5%以下时，方可起爆；（8）起爆及通风散烟。拉起警戒线，疏散人员后再引爆炸药，爆破完成后先通风散烟；（9）瓦斯检测。在通风散烟20min后，由专业瓦检人员测试瓦斯浓度，其浓度在0.5%以下方可进行下一道工序；（10）出渣和排险；（11）初期支护；（12）下一循环。4.2关键工序施工技术探究（1）打炮眼。在钻孔前，须对开挖掌子面的瓦斯浓度进行检测，瓦斯浓度低于0.5%时，钻孔施工方能开始。使用风动凿岩机打炮眼。以现有的施工经验和施工数据为支撑，又考虑到卢家咀高瓦斯隧道所用矿用乳化炸药爆炸力比常规炸药低，其炮眼间距小于常规隧道5cm。卢家咀隧道光面爆破周边眼钻孔间距：软质岩（Ⅴ类）的钻孔间距在35~40cm之间，硬岩（Ⅳ类）的钻孔间距在40~50cm,钻孔误差在±5cm以内。（2）装药。按照规范和图纸要求，高瓦斯隧道装药需要采用连续装药结构。但是对隧道光面爆破的周边眼来说，需采用间隔装药的形式。高瓦斯隧道光面爆破施工炸药需要使用III级煤矿许乳化炸药，针对以上问题，对于周边眼装药，可用水炮泥和安全导爆索捆扎后安装在孔底，然后按照炸药，水炮泥相间隔布置的方式，构成间隔装药结构，即利用水炮泥实现间隔装药，水炮泥长度可以按照间隔长度的要求设置，孔口用黏土炮泥堵塞。水炮泥效果：增加炮眼内应力波压力和作用时间；增加爆破产生气体的作用时间；确保孔内炸药的完全爆炸；减少爆破后的粉尘；减少炸药消耗[5]。黏土炮泥影响：炮眼用黏土炮泥堵塞，能充分利用爆破产生的压力，改善爆破质量，还能避免爆破产生的火花直接与隧道内的瓦斯接触，规避瓦斯事故。（3）起爆网络。目前，中国使用的雷管大多使用化学药剂作为炸药。使用化学药剂延期有定时不准确、延期时间一致性差、储存时间短等缺点[6]，而延期粉在爆炸时产生火花，这也是陆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，通常使用导爆索和导爆管来形成导爆网。高瓦斯隧道的起爆网络如果都用煤矿许用数码电子雷管，用量较大、爆破成本较高。而利用煤矿许用毫秒延期电子雷管与煤矿许用数码电子雷管相配合，则能较好地解决难题，节约成本。煤矿许用毫秒延期电子雷管，就是专门用于规避爆破过程中，产生瓦斯爆炸风险的所谓“安全导爆索”[7]。该导爆索不同于一般导爆索，其药芯及包覆层中添加有消焰剂，发挥着与煤矿许用炸药相似的效果[8]；而煤矿许用数码电子雷管则利用电信号来控制雷管的延期时间，不会产生空外火花。所以在进行卢家咀隧道的施工时，利用煤矿许用毫秒延期电子雷管和煤矿许用数码电子雷管，可按常规隧道施工设计爆破网络，即同段位炮孔之间使用煤矿许用毫秒延期电子雷管连线、相应段位数码电子雷管起爆方法，从而降低数码电子雷管用量，爆破成本。在卢家咀高瓦斯隧道施工经验的基础上，利用煤矿许用毫秒延期电子雷管与煤矿许用数码电子雷管组成爆破网络，根据需求设置各个数码电子雷管的推迟时间，雷管按段位设置好时间，均匀排列，再在煤矿许用数码电子雷管的脚线上串接连线，就可以按常规隧道爆破网络连线起爆。4.3卢家咀隧道爆破技术参数下图一为卢家咀隧道钻爆设计参数，参数根据每循环围岩情况略有调整。图一卢家咀隧道Ⅳ级围岩钻爆设计图在爆破施工过程中，煤矿许用毫秒延期电子雷管的一段（延期0ms）为图表中的一段；煤矿许用毫秒延期电子雷管的二段（延期25ms）为图表中的三段；煤矿许用毫秒延期电子雷管的三段（延期50ms）为图表中的七段；煤矿许用毫秒延期电子雷管的四段（延期75ms）为图表中的九段；煤矿许用毫秒延期电子雷管的五段（延期110ms）为图表中的十三段。隧道每循环开挖，使用煤矿许用毫秒延期电子雷管数量为103根，使用煤矿许用数码电子雷管55根。4.4数码电子雷管与煤矿许毫秒延期电雷管结合使用具有的优势在爆破气体浓度较高的隧道时，钻孔的位置和使用的炸药量与使用毫秒级爆破帽的网络相匹配。数字电子雷管能够随意设定延期时间，延期时间由电信号控制，因此延期时间非常精确。数字电子雷管和毫秒雷管的组合可以用来控制数字电子雷管的延长时间，只需将最终延长时间设定为不超过130毫秒，就可以增加爆破间隔。在高瓦斯隧道中进行爆破。数字电子雷管由电信号控制，不产生火花，因此可以在孔外引爆，节省了爆破帽的使用，同时两者结合不会因为全部使用煤矿许用数码电子雷管而产生高昂的施工成本。5．结语根据以上所提，利用煤矿许用数码电子雷管与煤矿许用毫秒延期电子雷管可以完全在高瓦斯隧道中实施光面爆破，瓦斯隧道煤矿许用数码电子雷管与煤矿许用毫秒延期电子雷管的爆破网络、孔外延期起爆方案具有可行性。它的实施效果已经毋庸置疑。参考文献:[1]胡增康.数码电子雷管延期技术的研究[D].中北大学，2013.[2]田小宝.澳瑞凯数码电子雷管起爆系统优势及应用案例[J].矿业装备，2012，2（10）:98-101.[3]杨译，顾光祥.数码电子雷管在高瓦斯隧道开挖中的应用探讨[J].交通建设，2015，8（11）:272-273.[4]罗世刚，高峰，夏维学，孙慕楠，万俊义，范道林.一种瓦斯隧道光面爆破施工方法[P].CN1145