数码电子雷管在高瓦斯隧道开挖中的应用探讨

2015-03-09杨译顾光祥杨吉

建材与装饰 2015年45期

杨译顾光祥杨吉

（贵州省铭豪爆破监理有限公司贵阳 550001）

数码电子雷管是最近几年来发展很快的一种新型电雷管，而且具有很高的安全性，是爆破器材领域里最引人瞩目的进展，被称为爆破技术的一场革命。数码电子雷管延期误差少，延期时间可调，可根据保护对象物的远近来设置起爆时间，从而达到降低振动强度的目的，并且可以减少起爆过程的总时间，从而改善爆破块度和爆堆形状，提高炸药的利用率。

1 数码电子雷管简介及其在隧道开挖中的应用

数码电子雷管的本质在于用一个微型电子定时器取代了普通电雷管中的延期药和电点火元件，不仅使延期精度大大提高，而且控制了通往引火头的电源，最大限度地减少了因引火头能量需求所引起的误差。

1.1 数码电子雷管的发展及应用

电子雷管技术的研发工作，始于20世纪80年代初，到80年代中期，数码雷管产品开始进入爆破器材市场，但总体上还处于产品的研究开发和应用试验阶段。1993年前后，瑞典Nobel公司、南非AEL公司公布了他们的第一代数码雷管技术和相应的起爆系统。1998年在澳大利亚就进行了电子雷管大型的起爆试验，1999年，美国也进行了大量的试验，取得了很好的爆破效果和巨大的成功。2006年我国三峡围堰爆破拆除中，Orica公司ikon数码雷管及其起爆系统得到了成功应用，2009年i-kon数码雷管在神华集团黑岱沟露天煤矿抛掷爆破中使用，结果表明其具有明显的经济和安全效益。

2001年，国内第一代电子雷管通过技术鉴定和技术定型。2007年1月，“隆芯1号”数码雷管通过国防基础科技项目验收，其主要技术指标达到国际先进水平，2009年底在德兴铜矿进行了深孔爆破应用试验并获得成功。

工程应用表明，数码电子雷管特别适用于逐孔精准延期爆破、毫秒延时干扰降振爆破、恶劣环境高可靠性爆破、高安保要求爆破、精细爆破等高技术爆破。

1.2 数码电子雷管在隧道爆破开挖中的应用

2009年，数码电子雷管在贵广铁路牛王盖隧道、棋盘山隧道开挖中得到成功运用。其中牛王盖隧道开挖面距运营的黄田铁路隧道平面距离只有34m。采用数码电子雷管爆破技术先后在这两个隧道进行了6次爆破试验。爆破振动监测表明，振速较使用导爆管毫秒雷管分段延时爆破减少60%；从爆破效果来看，其爆破的破碎度和均匀性明显提高。

关子岭隧道位于西秦岭中山区，山体陡峻。在该隧道开挖过程中，使用数码电子雷管后，爆破振动能量分布均匀，主振频率从92.3Hz提高到250.9Hz，最大振速由1.57cm/s降低到1.06cm/s，振动持续时间由1s缩短到265ms，降振效果显著。与传统非电毫秒雷管相比，单耗药量小、岩石破碎度高、钻爆循环时间短、平均进尺量大、工程进度快。

在距民房近的隧道或城市地下隧道开挖中，由于周围环境复杂，为减小振动对民房的影响，使用数码电子雷管后，均取得很好的效果。长洪岭隧道为重庆至利川铁路第二特长隧道。在本工点中采用数码雷管，实践证明，相对于普通雷管爆破，数码雷管引起的爆破震动降低60%，炮眼利用率达到98%，改善了爆破块度，同时降低了对围岩的扰动。采用数码雷管能实现隧道全断面微差爆破快速施工，施工速度加快。

深圳轨道交通11号线工程暗挖段隧道埋深为6.895～10.133m，在施工现场西侧有燃气集团所属1.6MPa次高压燃气管道，距离隧道开挖边界的最小距离为34m，采用数码电子雷管后，振动波形呈现较为缓和的波峰（谷），爆破振动的错峰降振效果较好，有利于爆破振动速度的控制及管线的安全保护。

2 工程概况

马堰隧道属于新建成都至贵阳铁路乐山至贵阳段站前工程CGZQSG-16标段，隧道位于贵阳市白云区麦架镇马堰村，隧道起讫里程为D3K507+877～D3K509+210，隧道断面尺寸为12m×9m，单洞洞型为马蹄形，隧道中心线走向为自西向东，隧道最大埋深约为93m，整个隧道拱顶上方地表没有建筑物。

马堰隧道工程范围内主要为含煤地层且岩溶发育。地层岩性为白云质灰岩夹泥岩，页岩、炭质页岩、粉砂岩夹硅质岩。隧道属于高瓦斯隧道，为二级高风险隧道。隧道煤层煤质主要为烟煤；瓦斯涌出为4.55m3/min。根据地勘结果，D3K508+660～D3K509+030段含3～10层煤层，单层厚度约0.2～3m。隧区山坡上分部有较多小煤窑采空区，开采年代长，采空区分布乱，巷道最长可达100～200m，最深约50m。小煤窑采空区验证孔完成17孔，9孔揭示采空区共18处，最低高程位于路肩以下约10m，对隧道工程影响很大。

3 瓦斯隧道开挖区段爆破设计

3.1 使用煤矿许用安全电雷管的设计

结合施工进度与安全的需要及在瓦斯隧道中只允许使用1～5段的煤矿许用安全电雷管这一硬性规定要求，采取导洞略超前并随扩挖同步爆破的方式，进行上断面开挖爆破；下半断面采取大孔网参数（加大排距）爆破。

隧道内Ⅲ～Ⅴ级围岩的爆破设计方案如图1～2及表1所示。

3.2 数码电子雷管起爆网路的设计

图1 使用煤矿许用雷管起爆网路时炮孔延期时间设计（上台阶）

图2 使用煤矿许用雷管起爆网路时炮孔延期时间设计（下台阶）

表1 使用煤矿许用雷管时钻爆参数(上断面)

使用数码电子雷管起爆网路时，炮孔的布置及各孔装药量与使用电雷管时相同，但由于数码电子雷管的延期时间可以任意设定，这给设计带来很大的方便。使用数码雷管后的设计如图3～4所示。

图3 使用数码电子雷管起爆网路时炮孔延期时间设计（上台阶）

图4 使用数码电子雷管起爆网路时炮孔延期时间设计（下台阶）

3.3 方案比较

使用数码电子雷管起爆网路，延期时间没有超过130ms，符合《爆破安全规程》的规定，而且它还具有以下优点：

（1）显著提高掘进循环时间。普通煤矿许用电雷管只有1～5段，所以在上台阶爆破中，需进行两次爆破，而使用数码雷管起爆系统时，上台阶仅需一次爆破就可完成开挖，这样可显著提高工作效率，缩短每次循环的工作时间，从而加快施工进度。

（2）降低最大段起爆药量，减小振动危害。使用普通电雷管时，上台阶最大段起爆药量是21.6kg，下台阶是23.1kg（每孔装0.7kg）。改用数码电子雷管，上台阶最大段起爆药量减少到9.6kg，下台阶减少到5.6kg。最大单响药量减少了，则可减少爆破振动对围岩及隧道上方旧煤窑的扰动，保证施工过程更安全。

（3）提高光爆孔的质量。使用普通电雷管，雷管的延期时间误差较大，按原设计，周边孔用2段，相邻炮孔的起爆延期时间最大可能相差25ms，而数码电子雷管的延期精度为±0.2ms，即相邻炮孔的起爆延期时间最大可能相隔0.4ms。光爆孔之间起爆时间间隔越少，光面爆破的质量越高。

综上所述，使用数码电子雷管符合国家的规定，而且可以提高工程质量，加快施工进度，安全性更高。

4 高瓦斯隧道爆破开挖中非电雷管起爆系统的应用

近年来，国内在一些高瓦斯隧道中使用非煤矿许用电雷管，也顺利完成了工程任务。

贵州省六盘水至盘县高速公路发耳隧道位于贵州省水城县发耳乡境内，该隧道贯穿发耳矿区的煤系地层，瓦斯涌出量大，危险系数高。发耳隧道施工前期，采用煤矿许用毫秒延期电雷管进行爆破，爆破效果不理想，欠挖严重，经常需要多次补炮才能达到预期效果，循环周期长。对此，在采取安全预防措施的前提下，尝试采用高段别毫秒导爆管爆破。爆破效果明显有所提高，工作效率和安全环境得到明显改善。

洪福高瓦斯隧道全长1525m，为四川省重点项目。隧道局部地段为三迭系煤系地层，煤层厚0.3～1.84m，局部瓦斯涌出量较大，揭煤后瓦斯浓度达0.06～1.4%。在该隧道开挖中使用导爆管起爆网路，工程也顺利完成。