非煤系构造连通型瓦斯隧道施工爆破技术研究

肖华

摘要：

以肖家梁瓦斯隧道工程为依托，对常规瓦斯隧道施工爆破技术进行研究和总结，提出优化方案，供类似工程借鉴。

关键词：

瓦斯隧道；非煤系；施工；爆破技术

中图分类号：

TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2014）01-0189-01

1 工程概况

肖家梁隧道工程隶属国家西北与西南的重要铁路干线兰渝铁路，其位于四川盆地北东部的广元市元坝区鸳溪镇和浙水乡，线路在鸳溪镇三岔口进入该隧，隧道起讫里程D1K 642+090～D1K 647+305，全长5215 m，最大埋深165 m，本隧道为单洞双线隧道，最大开挖断面面积近140m2。采用台阶法开挖，钻爆法施工，无轨运输。

肖家梁隧道为典型的非煤系构造连通型瓦斯隧道，隧底2000～2800m有生气层，瓦斯顺着岩层构造裂隙上逸，在隧道洞身范围基岩裂隙中游散富集，瓦斯涌出具有不确定性及随机性，危及隧道施工安全。

2 现有爆破技术的一些不足

2.1 煤矿许用炸药在隧道施工中的不足

煤矿许用炸药具有爆速低、爆力小、猛度低等特点，难以满足隧道工程大断面深孔施工的要求，特别是在围岩条件较好的硬质岩体爆破中，难以取得较好的爆破效果，炮眼利用率低、超（欠）挖严重；同时由于煤矿许用炸药价格较高，必然增加工程投资；并且国内对隧道瓦斯危险程度划分、制定安全等级并限制爆热和爆温等方面研究还十分不足，如何合理选择炸药仍在探索之中。

2.2 煤矿许用电雷管在隧道施工中的不足

相对于国际标准及经验来说，国内规范对爆炸总延迟时间过于严格（国际标准，最短为230 ms（捷克），最长为480 ms（德国）），安全储备过大，同时其标准来源于煤矿统计数据，完全照搬标准运用于瓦斯隧道不太合理。

常用煤矿许用延迟毫秒电雷管仅有5个段位，总延迟时间为100（110） ms，难以无法满足隧道工程中断面较大、炮孔较深的工作面爆破需要。将大断面化为几个小断面分次爆破，必然造成工期的延长和成本的增加，并不利于隧道整体结构的安全性。同时由于各段时间间隔小，掏槽效果差，影响爆破效果。特别是在非煤系瓦斯隧道中，围岩强度一般远大于煤岩强度，爆破效果更差。

2.3 正反起爆方式的争议

从爆破效果来说，反向起爆比正向起爆更能充分的利用炸药能量，循环进尺提高、炮眼利用率提高，爆破效率更好。相关研究成果表明，反向起爆的爆破效率比正向起爆要高5%左右。

但从安全上来说，长期以来，一般都认为在瓦斯环境中正向起爆安全，但仍缺乏相关的理论及试验依据，《铁路瓦斯隧道施工技术规范》中明确规定采用正向起爆的依据是不充分的，相对而言《煤矿安全规程》则对起爆方式未做明确的规定更为合理。

2.4 禁止间隔装药的困难

现今光面爆破技术已经在隧道工程中得以全面的应用，由于该技术对装药集中度的要求，因此实际施工往往需要在周边眼进行间断装药。在规范禁止间隔装药的要求下，如何保障光面爆破的效果，是瓦斯隧道爆破施工困境。

3 肖家梁瓦斯隧道爆破优化设计

肖家梁瓦斯隧道为非煤系构造连通型瓦斯隧道，瓦斯来源为地下深层的天然气，赋存型式为游离态，主要沿构造裂隙进入隧道作业空间，瓦斯压力小，浓度低，且具有随机性，经前期试验段监测数据表明，一般爆破后瓦斯浓度低于0.3%，偶有超过0.3%的情况，但最大也不过0.5%，同时该监测值还易受到炮烟的影响，监测数据略大。因此从规范制定的根据出发，并结合调研成果及现场特点，对常规瓦斯隧道爆破方案进行优化：

（1）严格执行超前预报及洞内瓦斯监测，加强通风等处理措施，使工作面及其前后各20m范围的瓦斯浓度在爆破全过程均不超过1.0%。

（2）采用煤矿许用炸药，降低炸药爆炸后的温度，增长瓦斯发火爆炸的延迟时间。

（3）采用普通非电毫秒雷管，上台阶整体爆破开挖。

（4）掏槽眼反向装药，以保证掏槽效果，其余眼正向装药。

（5）周边眼间隔装药，保证光爆质量。

规定过于苛刻，是影响瓦斯隧道开挖质量的最大瓶颈。建议借鉴国际标准，将延迟时间定于230 ms以上，甚至更高，以满足隧道工程大断面施工需要，同时应细化瓦斯隧道划分标准，对于类似于本工程的隧道，完全可采用多段位的毫秒雷管。

（2）在隧道工程中，掏槽效果和光爆效果是关系隧道断面最终爆破效果的关键，本次研究调查一些为满足规范要求所采用的工艺改进或革新，但基本较复杂，适用性不佳。因此建议在确保开挖环境瓦斯浓度安全的情况下，仍采用掏槽反向起爆以及周边眼间隔装药光爆。

（3）非煤系构造连通型瓦斯隧道，其围岩条件与普通隧道相同，瓦斯多呈游离状态，一般压力较小、浓度较低。施工中通过超前探孔、超前炮眼等方式等有效地探明前方瓦斯含量，在通风及其他措施的辅助下，控制掌子面附近瓦斯浓度，建议可尽量采用类似于常规爆破设计，否则很难达到理想的爆破效果，以至于工期和成本难以保障。

参考文献

[1]康小兵.非煤系地层瓦斯隧道形成机制研究[J].现代隧道技术道，2011，48（3）：35-39.

[2]TB 10120-2002，铁路瓦斯隧道技术规范[S].北京：中国铁道出版社，2002.

[3]JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[4]煤矿安全规程[S].北京：煤炭工业出版社，2009.