隧道混装乳化炸药爆破开挖施工方法与流程

本发明涉及隧道爆破，尤其涉及隧道混装乳化炸药爆破开挖施工方法。

背景技术：

1、隧道掘进钻爆法施工时主要采用包装炸药作业方式，该作业方式存在人工劳动强度大、作业效率低、作业成本高。而现场混装炸药具有安全、经济、高效、环保等优势，已在大型隧道、水利水电、市政工程等露天领域广泛应用，受到广大用户的一致好评。相比露天岩土爆破，巷道或隧道掘进断面小，单孔装药量少(一般在1 5kg)，单次爆破总～药量小，尤其是周边孔光面爆破仍需要采用包装炸药，故现场混装炸药在巷道或隧道掘进爆破中应用受阻。现有的施工方法中深部掘进的可爆性、可钻性较差等引起钻爆效率低的缺点，同时深部开采钻孔质量差包装药入孔的卡孔、堵塞和拒爆等问题。

2、目前，地隧道开挖使用钻爆法进行开采，面临包装炸药和雷管使用量大、作业环境复杂、一次作业量小、作业频繁和劳动强度大等问题，在民爆物品的运输、使用、储存等方面存在较大的安全管理风险。因此，需要设计一种隧道混装乳化炸药爆破开挖施工方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供隧道混装乳化炸药爆破开挖施工方法，解决现有爆破开挖施工方法钻爆效率低，容易出现包装药入孔的卡孔、堵塞和拒爆的技术问题。本工法普遍适用于采用钻爆法施工的隧道工程开采项目。

2、现场混装装药不仅确保了地下爆破施工的安全性，还有效提高了钻孔利用率和减小岩石破碎块度，提升了挖装效率。

3、采用3凿岩台车或手工钻按设计打孔，现场混装乳化炸药装药使用金能科技bqpr型乳胶基质装药车，配备有敏化液箱、乳胶基质箱和两个泵送系统，现场使用亚硝酸钠和水一定比例配置乳化炸药敏化液加入敏化液箱，将乳胶基质加入乳胶基质箱，启动泵送系统将两种物料通过静态混合的方式以一定比例充分混合，经过质量检验合格后通过输送管路打入装有起爆药的炮孔，等待10分钟后完全敏化后起爆。

4、现场施工中根据岩石坚硬系数、钻孔装药，爆后炮堆形态、飞散物及爆破振动验收评价，动态调整钻爆各项参数，改善爆破施工。

5、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

6、隧道混装乳化炸药爆破开挖施工方法，所述方法包括如下步骤：

7、步骤1：对隧道进行钻孔施工；

8、步骤2：进行现场混装乳化炸药的制备；

9、步骤3：起爆药加工与装药；

10、步骤4：地下或隧道混装炸药施工工艺设计；

11、步骤5：现场质量技术检测和控制，完成施工。

12、进一步地，步骤1的具体过程为：

13、作业面的大小和轮廓根据施工工艺、施工需求、设备选型和岩石条件的因素根据设计要求确定，掘进作业面为矩形、拱形直墙或曲墙，采用全断面或分部开采施工，施工中的具体过程如下：

14、必须将工作面浮碴、松动石块清理到位，满足钻孔及后续作业条件，爆破设计符合现场实际情况，根据岩石情况选择适当的钻孔孔深，岩石性质决定一次掘进开采深度，避免将孔布置在浮碴较厚、岩石松动、节理裂隙发育或岩性变化大的地方，除掏槽孔和底孔，设计孔深必须满足所有孔孔底都在同一设计水平面上，按设计参数验孔，允许的钻孔误差为：孔深为±0.2m，间距为±0.2m，方位角和倾角为2％，发现不合格钻孔时进行处理，爆破施工及时反馈结果，改善钻孔质量。

15、进一步地，步骤2中：现场生产作业技术要求如下：

16、1.敏化剂配制温度：≤40℃；

17、2.乳胶泵出口基质温度：≤(40±5)℃，装药温度：≤(40±5)℃；

18、3.乳胶泵出口压力：≤1.6mpa，敏化液出药压力：＞0.3mpa，≤1.6mpa；

19、为防亚硝酸钠过快分解，配制发泡剂时水温不得高于40℃，发泡剂现配现用，每天中班结束后应放掉罐内余料，不得使用隔夜存放的发泡剂。

20、进一步地，发泡剂由12-15％亚硝酸钠和88-85％冷凝水组成。

21、进一步地，步骤2中现场混装乳化炸药的制备的具体过程为：

22、先进行水相制备和油相制备，然后把水相和油相分别进行过滤，然后经过泵送，再分别由计量仪器计量后混合在一起得到混合物，由基质泵送后进行静态乳化，同时亚硝酸钠和冷凝水进行混合得到发泡剂，然后进行敏化剂配置，然后经过过滤，和混合物一起泵送到混装乳化炸药车。

23、进一步地，步骤3中：乳胶基质炸药安全性高，无雷管感度，每个炮孔内必须装入成品起爆药包，起爆药包由雷管和200g的2号岩石乳化炸药加工，在基质装药入孔后加工并装入起爆药进行正向起爆，或者在装入起爆药后再进行基质作业进行反向起爆。

24、进一步地，步骤3中具体施工过程为：

25、正向起爆：将混装乳化炸药输药管插入孔底，根据装药设备装药效率和装药孔径合理控制输药管抽出速度，达到设计装药长度时停止混装炸药装药，并装入起爆药，反向装药：先装入起爆药，后将混装乳化炸药输药管插入孔底，根据装药设备装药效率和装药孔径合理控制输药管抽出速度，达到设计装药长度时停止混装炸药装，混装乳化炸药从施工工艺方面杜绝成品包装炸药无法耦合装药的缺点，装药结束后用炮泥将炮孔封堵，等待10min后联网起爆；

26、施工时，采用两种装药模式，若隧道存在瓦斯，禁用反向装药，必须将成品药的加工和装药车乳化炸药装药两道工序分开进行，不得同时开展。

27、进一步地，步骤4的具体过程为：

28、乳胶基质远程配送和现场混装，乳胶基质远程配送结合乳胶基质储罐或储存站实现乳胶基质规模生产，跨区域远程分级配送，实现在地下用户终端的爆破作业现场由装药车装入炮孔后敏化形成乳化炸药，降低超长距离及地下或隧道运输成品炸药的危险性，降低爆破成本；

29、地下钻爆施工耦合装药，乳胶基质与敏化剂混合注入炮孔后，与炮孔孔壁结合，乳胶基质孔内发泡过程体积增大，杜绝成品包装炸药受包装规格影响与炮孔产生的空隙，使炸药爆炸后能量充分作用与孔壁，利用爆炸能破碎岩石，减小破碎块度和均匀度，提高铲装效率，实现耦合装药目的，有利于钻爆挖运一体化服务模式的优化和省能。

30、进一步地，步骤5中，保障钻孔施工合理和乳胶基质能量的充分释放利用是确保钻爆施工最优化的途径，及时收集和测量各项工序的动态作业数值，计算分析比较，及时反馈指导设计和施工；

31、检测中采用智能爆速测量仪进行爆速测定，

32、先进行爆速值计算，按公式(1)计算各次试验的爆速值d：

33、

34、式中：d为第i次试验爆速的数值,单位为米每秒，l为测量段长度的数值，单位为毫米，t为第i次试验测量时间的数值，单位为微秒；

35、平均爆速值计算，按公式(2)计算平均爆速值式中

36、

37、式中：为平均爆速的数值，单位为米每秒，di为第t次试验爆速的数值，单位为米每秒，n为有效测试数据个数，n＝3；

38、爆速极差值计算，按公式(3)计算爆速极差值rd：

39、rd＝rmax-rmin                    (3)

40、式中：rd为爆速极差的数值，单位为米每秒，rmax为三个爆速值中最大值的数值，单位为米每秒，rmin为个爆速值中最小值的数值，单位为米每秒；

41、试验数据处理，爆速极差值中：爆速极差值应符合用pvc塑料管改装的现场混装乳化炸药爆速极差值rd应不大于300m/s。

42、进一步地，步骤5中，钻孔必须按照爆破设计钻孔，孔网参数偏差不得大于质量标准规定的数据，除掏槽孔和底孔，炮孔孔底必须在同一水平面上，各种半成品、催化液的配比必须按照标准执行，根据现场检测和爆破试验优化改进，乳化炸药车每次装药前，必须测定乳化炸药发泡过程的密度变化，合格后方可进行装药作业，如不符合要求必须停止作业，检查物料，药包加工过程，雷管聚能穴必须位于药包中心，杜绝药包拒爆，装药结束后必须等待至少10min后等待混装乳化炸药发泡合格后发出起爆指令，填塞必须到位，使用炮泥填塞，严禁将块石、油料等不合格物料作为填塞物。

43、经过长期现场混装炸药试装药爆破实验和装药设备选型和自主优化，成功将现场混装炸药应用于隧道爆破，形成了隧道混装乳化炸药爆破开挖施工工法，为爆破行业隧道工程使用混装炸药提供坚实的理论和实践基础，开创地下隧道爆破现场混装炸药作业机械化作业模式。隧道混装乳化炸药爆破开挖施工工法安全高效，有效降低作业人员劳动强度，为后续铲装挖运提供良好的作业条件，装药模式技术先进，有明显的社会效益和经济效益。经鉴定，技术查新结果为国内未见，工法属于国内领先水平。

44、应用现场混装炸药装药实现了隧道耦合装药，有效解决了深部掘进的可爆性、可钻性较差等引起钻爆效率低的缺点。采用现场混装乳化炸药实现了作业现场精细化装药，能精确控制单孔、单炮装药量，采用动态控制原则及时优化装药结构，通过爆破试验调节合适孔网参数，达到最优装药爆破。现场乳化炸药对孔壁要求低，解决了深部开采钻孔质量差包装药入孔的卡孔、堵塞和拒爆等问题，提高了装药效率和降低盲炮率。机械装药将作业面作业时间从原来的两小时缩小到二十分钟左右，改善地下隧道作业人员劳动强度和暴露在危险作业环境的时间。

45、本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

46、(1)本发明用现场混装炸药装药实现了隧道耦合装药，有效解决了深部掘进的可爆性、可钻性较差等引起钻爆效率低的缺点。采用现场混装乳化炸药实现了作业现场精细化装药，能精确控制单孔、单炮装药量，采用动态控制原则及时优化装药结构，通过爆破试验调节合适孔网参数，达到最优装药爆破。现场乳化炸药对孔壁要求低，解决了深部开采钻孔质量差包装药入孔的卡孔、堵塞和拒爆等问题，提高了装药效率和降低盲炮率。机械装药将作业面作业时间从原来的两小时缩小到二十分钟左右，改善隧道作业人员劳动强度和暴露在危险作业环境的时间；

47、(2)使用混装炸药车将乳化基质和敏化液按一定比例混合生成凝胶状的混装炸药再用注射形式填筑入炮眼，解决了深部开采钻孔质量差、包装药入孔的卡孔、堵塞和拒爆以及装药不耦合用药量浪费等问题，提高了装药效率和降低盲炮率，确保了地下爆破施工的安全性，还有效提高了钻孔利用率和减小岩石破碎块度，提升了挖装效率。

48、(3)通过减少炸药消耗量、改善爆破质量、提高施工效率，累计节约成本约588.42万元，缩短工期约53天，取得了显著的经济效益。

49、(4)使用隧道混装乳化炸药爆破开挖施工工法，最大限度的减少了施工炸药的用量浪费，极大的提高了爆破效率，节约材料减少大量的采购费用，同时也加快了后续装车运渣，无固体废物产生、避免了产生过多的建筑垃圾，降低了社会资源的消耗，有利于当地的环境保护。