瓦斯隧道爆破技術與安全研究

根據分析，觸發機制和煤炭系統的磚瓦爆炸事故：引起維斯爆炸的兩個主要水源是水電和爆炸。電火花可通過將所有電氣設備、照明裝置等換成礦用防爆型,并加強管理的辦法進行防治;爆炸火焰須在爆破設計、施工及管理方面加以研究后,采取相應措施防治.對于瓦斯隧道爆破作業中的安全間題研究,目前存在以下三方面的困難:一是缺乏瓦斯隧道施工的技術儲備和經驗;二是尚無可執行的瓦斯隧道施工規范;三是隧道施工隊伍習慣于在瓦斯工作面嚴禁使用的爆破方法,如多段非電起爆,過量裝藥及裝藥系數大,炮泥堵塞長度不夠等,這些都是引起瓦斯爆炸的隱患,因此對瓦斯隧道的爆破技術和安全必須進行研究。洪福高瓦斯隧道全長1525m,為四川省重點項目。地貌單元屬于中高山山嶺坡地地貌。隧址區最高點高程1182m,山坡坡度角一般25°~35°,斜坡沖溝發育,但無常流水。第四系松散堆積層廣而厚,多形成坡積裙或松散堆積平臺。基巖風化強烈,露頭少見。植被不發育,地表多為農耕地。為中低山構造侵蝕剝蝕地貌。根據工程地質調繪及鉆探揭露,隧址區出露地層主要為:第四系殘坡積層(Qel+dl)、第四系沖洪積層(Qal+pl)、第三系昔格達組(N2x)、侏羅系益門組(Jy)、三迭系白果灣組(Tb)。隧道K82+572.25-K83+040段為三迭系煤系地層,煤層厚0.3~1.84m,屬于非突出性危險煤層,但局部瓦斯涌出量較大,揭煤后瓦斯濃度達0.06%~1.4%,穿過煤層長度78m。正洞掘進面積87m2,圍巖類別為Ⅳ類。對于正洞大斷面開挖,考慮爆破效果、安全等因素,實行全斷面一次開挖方案是行不通的,因此采用了半斷面臺階分步法開挖的方式,在開挖一個臺階所暴露出的周邊部分,可采用噴射鹼及時封閉,防止瓦斯逸出,也可作為永久支護的一部分,有利于通風和瓦斯管理,是很合理的施工方案,施工步驟見圖1。根據開挖設備、巖層條件,全斷面可分為2個臺階開挖,臺階高度和步距根據開挖設備、爆破設計及安全條件確定。下述的是上臺階施工過程和方法。1確定每排炮點并確定點位置(1)隧道中線測樁之間距,每50m設一水準(BM)點并在每排炮開鉆前準確繪出開挖輪廓線、周邊眼、掏槽眼的位置。(2)每次測量放線時,對上次爆破斷面進行檢查,并及時調整爆破參數,以達最佳的爆破效果。2許用硝按藥劑根據揭煤后的瓦斯情況,參照煤炭系統礦井瓦斯等級劃分標準,選擇了2號煤礦許用硝按炸藥。起爆器材為1~5段煤礦許用毫秒電雷管(總延期時間不得超130ms)、防爆型發爆器,不允許使用非電起爆和非安全爆破材料。3錨點內眼布置方案共設置三種炮眼:周邊眼、崩落眼、掏槽眼。(1)周邊眼施工:該段屬于軟質巖、微風化。周邊眼環向間距為30cm,直徑40mm。炮眼方向與隧道走向一致,綜合施工和成本因素,炮眼外插角不超過3°,炮眼深1.1m。當拱頂或兩幫為煤層時,為減少爆破對圍巖的震動和破壞,煤層周邊眼距設計輪廓線不小于300mm,并采取超前支護措施以防止冒頂片幫事故。(2)輔助眼施工:隧道共設置三排輔助眼,為方便敘述簡稱輔助眼1、輔助眼2和輔助眼3。輔助眼1施工:距隧道中線3.5m,左右對稱。隧道中線兩側分別設置3個,每行炮眼方向垂直與隧道底板。每個炮眼與隧道走向夾角約為60°,炮眼底與隧道中線橫向距離約為3.0m。炮眼直徑40mm,炮眼深度為1.1m。輔助眼2施工:距隧道中線3.0m,左右對稱。隧道中線兩側分別設置3個,與輔助眼1呈梅花型布置,每行炮眼方向垂直與隧道底板。每個炮眼與隧道走向夾角約為60°,炮眼底與隧道中線橫向距離約為2.5m。炮眼直徑40mm,炮眼深度為1.1m。輔助眼3施工:距隧道中線2.5m,左右對稱。隧道中線兩側分別設置3個,與輔助眼2呈梅花型布置,每行炮眼方向垂直與隧道底板。每個炮眼與隧道走向夾角約為60°,炮眼底與隧道中線橫向距離約為2.0m。炮眼直徑40mm,炮眼深度為1.1m。(3)掏槽眼施工:距隧道中線2.0m,左右對稱。隧道中線兩側分別設置3個,與輔助眼3呈梅花型布置,每行炮眼方向垂直與隧道底板。每個炮眼與隧道走向夾角約為45°,炮眼底與隧道中線橫向距離約為1.0m。炮眼直徑40mm,炮眼深度為1.45m。(4)炮眼布置見圖1。(5)鉆眼注意事項:(1)鉆眼前,鉆工要熟悉炮眼布置圖,嚴格按照鉆爆設計實放。(2)嚴格控制炮眼間距,方向相互平行,嚴禁相互交錯;軟巖開挖輪廓要圓順、符合隧道設計輪廓線尺寸的要求。(3)嚴格控制鉆孔外插角度,相鄰兩茬炮之間錯臺不得大于15cm。(4)按照設計與現場實際情況確定進尺與炮眼間距。(5)鉆孔前測定掌子面附近20m以內風流瓦斯的體積含量。(6)鉆孔過程之中隨時檢查掌子面處瓦斯含量。(7)采用濕式鑿巖。4藥劑及注意事項裝藥量為結合爆破漏斗與現場實際情況得出裝藥結構示意圖見圖2。(1)周邊眼裝藥:連續不耦合裝藥(不耦合系數為0.5),采用直徑為20mm的小直徑藥卷,每個炮眼裝藥量為1根。為滿足安全需要,選用聚乙烯袋裝的水炮泥,炮泥長度為40cm。(2)輔助眼1裝藥:連續不耦合裝藥(不耦合系數為0.8),采用直徑為32mm的藥卷,每個炮眼裝藥量為3根。為滿足安全需要,選用聚乙烯袋裝的水炮泥,炮泥長度為30cm。(3)輔助眼2裝藥:連續不耦合裝藥(不耦合系數為0.8),采用直徑為32mm的藥卷,每個炮眼裝藥量為3根。為滿足安全需要,選用聚乙烯袋裝的水炮泥,炮泥長度為30cm。(4)輔助眼3裝藥:連續不耦合裝藥(不耦合系數為0.8),采用直徑為32mm的藥卷,每個炮眼裝藥量為3根。為滿足安全需要,選用聚乙烯袋裝的水炮泥,炮泥長度為30cm。(5)掏槽眼裝藥:連續不耦合裝藥(不耦合系數為0.8),采用直徑為32mm的藥卷,每個炮眼裝藥量為4根。為滿足安全需要,選用聚乙烯袋裝的水炮泥,炮泥長度為40cm。(6)裝藥注意事項:(1)裝藥作業要定人、定位。(2)裝藥前,所有炮眼必須用高壓風吹凈塵沫。(3)嚴格按設計的裝藥結構和藥量裝藥。5起爆雷管地層(1)每個炮眼均采用正向單點起爆,炮眼內雷管為豪秒延期非電導爆管雷管。掏槽眼內雷管為1段、輔助眼1內雷管為3段、輔助眼2內雷管為3段、輔助眼3內雷管為3段、周邊眼內雷管為5段。起爆網絡為串聯方式,1、3、5段導爆管雷管均連接在一發電雷管之上。(2)注意事項:(1)裝藥作業要定人、定位、定段別。(2)裝藥前,所有炮眼必須用高壓風吹凈塵沫。(3)嚴格按設計的裝藥結構和藥量裝藥。(4)嚴格按鉆爆設計的聯接網絡實施,注意導爆索的連接方向和連接點的牢固性。6殘爆與爆破事故在瓦斯隧道爆破作業中,一旦出現溝槽效應、殘爆與爆燃、瞎炮及爆破危害等事故,不但影響爆破效果,而且此類事故是引起瓦斯爆炸的嚴重隱患,應引起足夠重視。6.1嚴格控制炮點瞎炮產生的原因主要有:爆破材料不合格或使用不當,起爆電源不足或爆破網路聯線不當等.對于隧道施工隊伍,習慣于非電起爆,對電爆的操作及技術與經驗不足往往是造成瞎炮的主要原因之一。一旦發現瞎炮,應嚴格按規程規定處理,但嚴禁炮眼深度小于0.6m時放炮,嚴禁放糊炮,因為此時很容易由于爆破產生的沖擊波及爆生氣體引起瓦斯燃燒爆炸。殘爆和爆燃的主要原因是違反規定采用了‘蓋藥’或‘墊藥’的裝藥結構,或裝藥前巖粉未清理干凈,或裝藥用力過猛,藥卷被壓實等.殘爆和爆燃是由于炸藥爆轟反應不完全,從而產生灼熱固體顆粒和產生大量有毒氣體,不但可引燃瓦斯,而且對瓦斯爆炸起催化作用,存在著嚴重的安全隱患。6.2瓦斯隧道工程存在雷管段別限制及瓦斯地震危險隱患隧道開挖施工中,習慣于大藥量,炮眼堵塞長度短,如大瑤山隧道深孔爆破中,掏槽眼裝藥系數在0.9以上,炸藥單耗達1.8~2.0kg/m3。但在瓦斯隧道施工中,由于存在雷管段別限制及瓦斯爆炸危險隱患,裝藥系數及炸藥單耗應嚴格控制。如裝藥量過大,由于爆破震動效應產生裂縫使瓦斯涌出量大,同時產生的空氣沖擊波強度大,是引起瓦斯爆炸的隱患;如裝藥系數超過規定或炮眼堵塞長度和質量不符合要求,同樣會加大空氣沖擊波的強度,嚴重的還會使爆生氣休及灼熱固體顆粒逸出炮孔,直接引起瓦斯燃燒爆炸。因此,瓦斯隧道爆破施工,應防止爆破震動及沖擊波等危害,以消除瓦斯爆炸事故隱患。6.3雜散電流的預防隧道掘進中,電器設備,照明、動力線路及機車等會產生雜散電流,在運送電雷管、裝配引藥、聯線及放炮前都存在著雜散電流引起電雷管早爆的危險。因此,當采用電爆施工時,應采取措施減小雜散電流值,同時加強雜散電流檢測工作,當雜散電流超過30mA時,應停止以上工作并進行處理。另外,隧道掘進中,6kV高壓線直接進洞,在電雷管運輸、使用過程中,為防止感應電流引起早爆應避開高壓線網,安全距離不小于20m;為防止靜電危害,工作人員一律禁止穿化纖衣服;在雷雨季節應安裝雷電報警儀等。防止因雜電、靜電、感應電流及雷電引起電雷管早爆事故,在