隧道过煤系地层钻爆安全施工探讨

汤 怀

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州 贵阳 550008）

1 项目概况

水塘隧道位于赫章县水塘乡G326国道附近，进出口端均有乡村公路连通，交通较方便。场区位于云贵高原乌蒙山脉北段，地势西高东低。隧道由北东往南西向穿越山体，场区附近海拔为1888～2305m，相对最大高差约417m，隧道进口端坡度较陡，出口端坡度平缓。该隧道穿越含煤地层，CK7煤洞曾发生过瓦斯爆炸。根据收集附近白果煤矿的瓦斯鉴定数据，隧道区煤层瓦斯有关数据如下：瓦斯含量：8.09 ～10.07m3／t；瓦斯压力：0.40 ～0.41MPa；瓦斯放散初速度：20.143～21.90mL/s；煤的坚固系数：0.73～0.21；煤的破坏类型：Ⅱ～Ⅳ类；灰分：14.52%～24.99%；水分：0.88%～1.04%；挥发分 ：6.26%～7.80%；瓦斯涌出量 ：大 于0.5m3／min。调查资料显示，该隧道为高瓦斯隧道。

2 爆破方案的提出

针对水塘隧道具体情况，隧道揭煤工作面对于降低煤层瓦斯含量和压力的防突措施采用抽放瓦斯和钻孔排放瓦斯措施。由于隧道掘进断面大，煤（岩）层松软，为了预防隧道揭煤后出现冒顶、垮塌等诱发煤与瓦斯突出事故，设计还要求在隧道过煤段必须采取加强支护的措施。

在隧道进行岩层当中的掘进，应当严格按照岩层爆破设计方案要求进行施工。针对揭煤及煤层掘进的爆破工程，设计以下爆破方案：水塘进口端隧道两个隧道掘进工作面应当保持一定错位，即一个掘进工作面应当超前另外一个掘进工作面，超前距离建议控制在60m左右，避免相互形成不利影响。并且还应保证两个掘进工作面不得同时爆破，当一个掘进工作面爆破时，要同时撤出两个隧道内（掘进工作面）的工作人员至安全位置。 同样，水塘出口端隧道两个隧道掘进工作面也应当保持一定错位，超前距离控制在60m。

3 隧道过煤系地层的爆破工程设计

在煤系地层采用钻爆开挖时，本设计按照二台阶（即上下台阶，其中上台阶比下台阶高3m）开挖进行炮眼布置，必须严格按照《煤矿安全规程》的相关规定进行：其一，严格采用煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管，五段毫秒电雷管总延期时间不得超过130ms；其二，在穿煤过程中护顶工作要及时，尤其在半断面（上台阶断面）开挖时，要坚持做到短开挖、弱爆破、强支护、抢支护，采用密钻眼、少装药、多分段，衬砌紧跟开挖掌子面，尽量形成封闭环。

同时将周边眼布置在巷道轮廊线内0.05m；底眼眼口比巷道底板高出0.2m，以利于钻眼，眼底位于底板以下0.1m。掏槽眼，每眼装药0.60kg；辅助眼，每眼装药0.45kg；周边眼，每眼装药0.15kg；底板眼每眼装药0.6kg。 整个断面分上下两个台阶进行施工，下部台阶滞后上部台阶，上部台阶长15m。隧道上断面爆破布置如图1所示。

图1 隧道上断面爆破布置图

4 钻爆处理措施

隧道施工在采取区域防突措施和局部综合防突措施后，为了防止预测失误或防突措施失效后发生煤与瓦斯突出事故造成人员伤亡，在进行掘进施工作业前，还必须采取安全防护措施。根据水塘隧道的实际情况，隧道揭煤安全施工主要采取以下技术措施。

4.1 隧道钻孔与爆破技术

为确保施工安全，隧道开挖工作面附近20m风流中瓦斯浓度不得大于0.5%；隧道钻孔应当采取湿式钻孔，同时还应当要求炮眼深度大于1.5m。

进行装药与爆破作业针对爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度不得超过0.5%；碎石、煤渣等物体阻塞开挖面不得超过1／3；通风风量充足而且风向稳定，通风机无循环风；爆眼内煤、岩粉清除干净；爆眼封泥不足或不严，不应进行爆破。爆破作业必须采用煤矿许用的安全炸药。

隧道采取电力起爆而且要求采用煤矿许用电雷管，严禁使用秒或半秒级电雷管。同时还应当要求所采用的煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得大于130ms。在岩层内爆破，炮眼深度不足0.9m时，装药长度不得大于炮眼深度的l／2；炮眼深度为0.9m以上时，装药长度不得大于炮眼深度的2／3。在煤层中爆破，装药长度不得大于炮眼深度的1／2。 所有炮眼的剩余部分应用炮泥封堵。炮眼应用水炮泥和粘土炮泥。水炮泥外剩余的炮眼部分应用粘土炮泥填满封实。严禁用煤粉、块状材料或其他可燃性材料作炮泥。

采用导火索爆破时，首先要确保导火索长度不得短于l.2m，同时要求确保人员能在导火索点完后能安全撤至预定地点；要求一个爆破工一次点燃的导火索根数不宜超过5根。当两工作面接近贯通时，则应当对隧道两端加强联系与统一指挥，岩石隧道两个工作面距离接近15m（软岩为20m），则应当要求一端装药放炮时，将另一端施工人员撤离到安全地点。同时要求在任何一端放炮前要加强联系和警戒，严防对方人员误人危险区。针对隧道中出现的土质或岩石破碎隧道接近贯通时，应根据岩性适当加大预留贯通的安全距离，届时只许一端掘进，另一端的人员和机具应撤离到安全地点，贯通后的导坑应设专人看管，严禁非施工人员通行。

4.2 远距离放炮处理

针对隧道揭穿突出煤层前，当预测出该工作面为突出危险面时，则立即采取有效的防突出处理措施，同时防治处理后经检验有效后才采取远距离放炮揭穿煤层；对于经检验没有效果的，则应当采用补充处理措施。对于采取远距离放炮应注意多方面。结合工程实践，笔者总结出远距离放炮的注意事项：针对隧道揭煤爆破作业一定要采用安全等级为三级或三级以上的煤矿许用炸药；同时采用的炸药应当由电力起爆，而且还应采用煤矿许用电雷管，禁止采用秒或半秒级电雷管。

对于采用远距离放炮进行隧道揭煤，应当采取隧道外起爆，起爆时应对隧道内采取停电以及停止一切施工作业，所有人员应当撤至隧道外，以有效确保人员的安全。当隧道揭煤爆破15min后，则首先由救护队员配戴防毒面具到开挖工作面对爆破效果、瓦斯浓度等进行检查。对隧道采取通风30min，然后再由瓦斯检查人员对隧道开挖工作面进行检测回风道瓦斯浓度。实践表明，对于隧道开挖工作面瓦斯浓度小于1.0%而且CO2浓度小于1.5%的，施工人员才能允许进入隧道内继续作业。

另外，掘至距采空区法向距离3m位置时，施工队停头搞好工作面迎头及附近的支护，处理好安全并再次施工地质钻孔，地质钻孔参数由项目部设计，原则上要求地质孔不少于4个，要求穿透采空区全厚进入顶板不少于0.5m，保证确切掌握采空区厚度、走向和倾角，地质构造及瓦斯涌出情况等，并详细收集钻孔煤、岩芯资料报项目部总工程师，送相关部门，经分析确认安全后，方可放最后一炮，原则上一次放炮进度不超过1.5m。

4.3 监测监控

隧道在施工期间应建立瓦斯监测监控系统，监测瓦斯浓度、风速、风量、CO2、CO、压力、温度等参数。隧道施工采取双向掘进施工方式，在隧道进出口分别安装一套独立的KJ90NA瓦斯监控系统，配置瓦斯传感器、CO传感器、温度传感器、风速传感器和设备开停传感器，分别监测掘进工作面和回风流瓦斯浓度、CO、温度、风速及风机开停状态。

5 结语

隧道穿过煤层的主要问题是穿煤防突问题，特别是穿越具有高瓦斯突出危险的煤层时，更是整个穿煤施工中的关键。本文结合水塘隧道施工实例，详细地总结出高瓦斯隧道的掘进安全措施以及安全有效的爆破方案，为同类工程施工提供指导。

[1]庞新刚.浅谈大王顶隧道钻爆设计与爆破作业[J].山西交通科技，2010，（6）：118-119.

[2]李俊.南平长大隧道钻爆设计技术[J].公路，2010，（5）：31-33.

[3]陈东，杨继转.高瓦斯隧道钻爆设计与施工技术[J].中国新技术新产品，2011，（26）：11-15.