隧道導(dǎo)爆管起爆針遠(yuǎn)程起爆技術(shù)

張治榮

(中鐵十七局集團(tuán)第五工程有限公司,山西 太原 030000)

我國隧道爆破施工最廣泛使用的炸藥是硝銨類炸藥,常用的起爆器材有電雷管、導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管、繼爆管等。為了進(jìn)一步保證隧道爆破(無瓦斯等易燃易爆氣體隧道)作業(yè)的安全可靠,防止拒爆等不良現(xiàn)象的發(fā)生,本文通過和榆高速公路云山隧道工程實(shí)踐，著重探討采用高性能脈沖起爆器實(shí)行導(dǎo)爆管起爆針遠(yuǎn)程起爆系統(tǒng)的起爆方式,很大程度上降低了傳統(tǒng)使用火雷管、電雷管、導(dǎo)爆索起爆的安全風(fēng)險,其爆破技術(shù)將在今后的隧道爆破施工中得到更為廣泛的應(yīng)用。

1 隧道爆破原理

將炸藥裝置在特定輪廓的炮眼中,炸藥在一定的外界作用下發(fā)生爆炸,釋放熱量并產(chǎn)生高熱氣體對隧道圍巖形成強(qiáng)烈的破壞作用,從而達(dá)到開挖目的。由于炸藥爆炸會產(chǎn)生爆炸地震、空氣沖擊波、飛石和噪聲等,一旦失控,就會造成重大安全事故。故在進(jìn)行爆破施工時必須采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施并嚴(yán)格按照爆破的有關(guān)技術(shù)操作規(guī)程執(zhí)行。

2 隧道爆破作業(yè)的安全規(guī)定(部分)

1)隧道爆破作業(yè)必須使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的爆破器材；

2)隧道爆破必須設(shè)爆破工作負(fù)責(zé)人、爆破員和爆破器材保管員,并具有使用的爆破器材的性能、爆破技術(shù)和有關(guān)的安全知識；

3)從事爆破工作的人員,都必須經(jīng)過培訓(xùn),考試合格并持有合格證；

4)隧道爆破時,必須編寫隧道開挖爆破施工方案,其內(nèi)容包括裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、填塞長度、起爆方法等；

5)在有冒頂或圍巖滑落危險,安全逃離位置不達(dá)要求,爆破參數(shù)或施工質(zhì)量不符合設(shè)計要求,工作面有涌水危險或炮眼溫度異常,雷雨時、光線不足或無照明時不得進(jìn)行爆破作業(yè)施工；

6)進(jìn)行隧道爆破器材管理和爆破作業(yè)人員禁止穿化纖衣服；

7)裝藥時,必須遵守以下規(guī)定：用木制炮棍,裝起爆藥包時,嚴(yán)禁投擲或沖擊；

8)炮孔填塞作業(yè)時,必須保證填塞質(zhì)量；

9)炮響完畢,經(jīng)過充分通風(fēng),才準(zhǔn)進(jìn)入爆破作業(yè)地點(diǎn)；

10)爆破工作開始前,必須確定危險區(qū)的邊界并設(shè)置明顯的標(biāo)志；

11)爆破前必須同時發(fā)出音響和視覺信號,使在危險區(qū)的人員能夠聽到、看到,爆破后,經(jīng)檢查確認(rèn)安全時,方可發(fā)出解除警戒信號；

12)爆破員進(jìn)入放炮地點(diǎn)后,應(yīng)檢查有無冒頂、危石、支護(hù)破壞和盲炮現(xiàn)象。

3 安全技術(shù)

3.1 導(dǎo)爆管起爆針遠(yuǎn)程起爆原理

導(dǎo)爆管是一種內(nèi)壁涂有混合炸藥粉末的塑料軟管,當(dāng)外界能量作用于導(dǎo)爆管內(nèi)腔時,管內(nèi)的炸藥會發(fā)生爆炸,形成強(qiáng)烈的爆炸沖擊波不斷高速向前傳播,并最終引爆雷管[1]。這個外界能量可以是火帽或電火花產(chǎn)生的沖擊波,也可以是工業(yè)雷管或?qū)П鳟a(chǎn)生的爆炸能。導(dǎo)爆管起爆針遠(yuǎn)程起爆法就是對起爆針施加一定的電壓,由此在兩端頭間產(chǎn)生電火花,電火花所產(chǎn)生的沖擊波會激發(fā)導(dǎo)爆管進(jìn)而引爆雷管。

3.2 爆破系統(tǒng)組成

爆破系統(tǒng)主要由起爆器擊發(fā)器、傳導(dǎo)電線、起爆針、導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆管雷管、爆破網(wǎng)絡(luò)組成。見圖1、圖2。

圖1 導(dǎo)爆管擊發(fā)器(普通電雷管起爆器)+ 電線 + 起爆針

圖2 起爆針+ 前置安全導(dǎo)爆管 + 傳爆導(dǎo)爆管雷管

3.2.1 擊發(fā)器

導(dǎo)爆管擊發(fā)器是聚集高能電壓的裝置,一般分為充電式和電池式,用大電容和大功率開關(guān)管將低壓轉(zhuǎn)為高壓、高頻脈沖,其充電電壓≥1 300 V,充放電時間≤ 5 s。電雷管高能脈沖起爆器充電電壓可達(dá)此電壓(一般≥3 400V),因此也可代替導(dǎo)爆管擊發(fā)器。見圖3、圖4。

圖3 導(dǎo)爆管專用擊發(fā)器

圖4 高能脈沖起爆器

3.2.2 爆破母線

將起爆針與后端的擊發(fā)器用爆破母線相連接,以實(shí)現(xiàn)將電能遠(yuǎn)程輸送給導(dǎo)爆管起爆針以擊發(fā)導(dǎo)爆管傳爆[2]。專用爆破母線≥2×1.0 mm2的多股銅芯膠質(zhì)線或銅芯電纜線,能量由后端擊發(fā)器(起爆器)發(fā)出,到達(dá)前端起爆針并在導(dǎo)爆管內(nèi)產(chǎn)生電火花,從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)爆管的遠(yuǎn)程擊發(fā),同時也提高了遠(yuǎn)程擊發(fā)的可靠性。為了保護(hù)起爆針,每次爆破可設(shè)置一段前置導(dǎo)爆管(只需少量導(dǎo)爆管，約15～20 m),將起爆針設(shè)置在安全位置。

3.2.3 起爆針(激發(fā)針)

起爆針(圖5、6)中心有2個金屬電極,插入導(dǎo)爆管內(nèi)就使這兩個電極進(jìn)了導(dǎo)爆管內(nèi)腔,在擊發(fā)器(起爆器)輸出強(qiáng)電場作用下,兩電極產(chǎn)生火花放電,從而強(qiáng)烈壓縮管腔中的空氣介質(zhì)而形成沖擊波,進(jìn)而激發(fā)導(dǎo)爆管管壁的炸藥爆炸,這種爆炸沿管傳爆,到其末端進(jìn)入導(dǎo)爆管雷管,并激發(fā)導(dǎo)爆管雷管爆炸,再帶動其他導(dǎo)爆管傳爆,最終接力式地引爆炮孔內(nèi)雷管爆炸,炸藥裝藥爆炸,完成整個隧道斷面炮孔的起爆。

圖5 一次性導(dǎo)爆管起爆針

圖6 多次性導(dǎo)爆管起爆針

3.2.4 前置安全導(dǎo)爆管

不設(shè)置雷管的導(dǎo)爆管,目的是使起爆針遠(yuǎn)離爆破點(diǎn),以保護(hù)起爆針,也可直接采用線長的非電導(dǎo)爆管。對于一次性導(dǎo)爆管起爆針則可以不用前置安全導(dǎo)爆管。

3.2.5 非電導(dǎo)爆管

一般1發(fā)雷管起爆導(dǎo)爆管數(shù)量≤20根為宜。導(dǎo)爆管應(yīng)均勻分布在起爆雷管周圍,起爆雷管最好反向設(shè)置,即聚能穴指向背離爆轟傳播方向,以免高速爆轟產(chǎn)物超前切斷非電導(dǎo)爆管,而發(fā)生拒爆。用膠布等牢固綁扎,一般至少包扎3層。

3.3 系統(tǒng)使用方法與注意事項(xiàng)

3.3.1 適用范圍

該導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)僅適用于非煤礦作業(yè)環(huán)境,禁止在有瓦斯、煤塵和礦塵爆炸的作業(yè)環(huán)境下使用。

3.3.2 非電導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)操作注意事項(xiàng)

1)網(wǎng)絡(luò)連接先后順序：在網(wǎng)絡(luò)連接好后,待無關(guān)人員撤離到安全地點(diǎn)后,由爆破人員將兩端短接的爆破母線從擊發(fā)點(diǎn)鋪設(shè)到安全地點(diǎn),然后將起爆針與爆破母線連接在一起,起爆針兩接頭在使用前應(yīng)處于短接狀態(tài),即兩接線端應(yīng)短接在一起,以起到泄放前次激發(fā)儲存能量,與爆破母線連接時才分開,與母線連接,并用膠布包裹、纏緊,再將起爆針插入傳爆導(dǎo)爆管,所有人員撤至安全地點(diǎn),最后將爆破母線與起爆器連接,打開電源鑰匙開關(guān),進(jìn)行起爆器充電,充電指示燈或電壓表顯示充電已足,則發(fā)出起爆指令,予以起爆,完成該次起爆工作；

2)爆破母線與起爆針、爆破母線與起爆器的連接要牢固可靠；

3)在調(diào)試、使用過程中,切勿觸摸起爆針的針頭部位,以免受電擊傷害；

4)爆破網(wǎng)絡(luò)連接時,起爆針應(yīng)放于安全位置,如若是多次起爆針,則應(yīng)與爆破點(diǎn)最好相距15～20 m,以免飛石砸損,為此還應(yīng)采取必要的防護(hù)措施對起爆針進(jìn)行保護(hù),如放入鐵盒子、鐵管子內(nèi)；

5)起爆針每次使用時,應(yīng)檢查有無沾水、沾油,用砂紙將探針頭打磨光亮,起爆針插入導(dǎo)爆管時應(yīng)檢查導(dǎo)爆管,不能進(jìn)水、無藥、油和雜質(zhì)等,一般有開口的導(dǎo)爆管應(yīng)剪掉5～10 cm,再將起爆針插入檢查合格的導(dǎo)爆管2～3 cm,起爆針和導(dǎo)爆管連接應(yīng)牢固,確保發(fā)火可靠性；

6) 在取下起爆針前應(yīng)先關(guān)掉電源,拔下鑰匙,按下泄放開關(guān)后,才能將起爆針拔出,以防高壓電擊傷人；

7)當(dāng)不能確定雷管是否可靠起爆時,應(yīng)關(guān)閉電源取下鑰匙開關(guān),起爆器泄放電后,取下爆破母線,并將其兩端短路,放掉電路余電,等待15 min 以后,爆破人員才能到爆破作業(yè)點(diǎn),將起爆針上的導(dǎo)爆管拔掉,然后再進(jìn)行爆破網(wǎng)絡(luò)的檢查。

3.4 常見故障及檢修方法

1)不能正常充放電,充電時間超過10 s或更長時間指示燈仍未由暗變亮,表明電池電量不足或接觸不良,應(yīng)及時充電或重新安裝電池。

2)專用激發(fā)針放電火花不正常,探針針尖發(fā)黑,探針兩極氧化,用砂紙將針尖部位垂直打磨光亮,避免針頭部位短路。

3) 導(dǎo)爆管不能正常起爆，一是導(dǎo)爆管進(jìn)水、進(jìn)雜質(zhì)或管內(nèi)無藥,探針與導(dǎo)爆管脫離,應(yīng)使用合格導(dǎo)爆管；二是接線柱與爆破母線連接不可靠,應(yīng)重新可靠連接。

4 導(dǎo)爆管起爆針遠(yuǎn)程起爆技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

導(dǎo)爆管起爆針遠(yuǎn)程起爆技術(shù)應(yīng)用于和榆高速公路項(xiàng)目中的云山隧道開挖施工,極大地減小了以前采用傳統(tǒng)電雷管引爆導(dǎo)爆管而經(jīng)常出現(xiàn)的拒爆現(xiàn)象,且由于隧道內(nèi)工作環(huán)境潮濕、電纜線路較多,應(yīng)用此爆破技術(shù)后,電雷管則不再使用,僅使用非電毫秒導(dǎo)爆管實(shí)施爆破施工,隧道開挖爆破施工安全性得到了更好的保證[3]。見表1。

表1 傳統(tǒng)爆破起爆方式與導(dǎo)爆管起爆針實(shí)施爆破效果對比表

5 爆破器材的儲運(yùn)和安全管理

爆破器材庫的位置、結(jié)構(gòu)和設(shè)施等的設(shè)置,要符合《爆破安全規(guī)程(GB 6722—2014)》的規(guī)定和要求,經(jīng)主管部門的審定,并報當(dāng)?shù)毓膊块T批準(zhǔn)。爆破器材的管理存放、收發(fā)和運(yùn)輸必須符合《爆破安全規(guī)程(GB 6722—2014)》的有關(guān)規(guī)定。經(jīng)過檢驗(yàn),確認(rèn)失效的爆破器材或不符合國家標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件的,都應(yīng)銷毀。銷毀爆破器材時,必須登記造冊并編制書面報告,報告中應(yīng)說明被銷毀爆破器材的名稱、數(shù)量、銷毀原因、銷毀方法、銷毀地點(diǎn)和時間,并上報有關(guān)部門。

6 隧道爆破事故的預(yù)防措施

1)嚴(yán)格按照爆破操作規(guī)程進(jìn)行施工,爆破作業(yè)人員必須由經(jīng)過爆破專業(yè)培訓(xùn)并取得爆破從業(yè)資格的人員實(shí)施；

2)爆破作業(yè)時裝藥、充填,裝藥前必須對炮孔進(jìn)行清理和驗(yàn)收；

3)爆破工作實(shí)施前設(shè)立警戒線；

4)連線、起爆時應(yīng)將主線短接,雷雨天氣應(yīng)停止爆破作業(yè)；

5)爆破后必須經(jīng)過15 min通風(fēng)排煙后,檢查人員方可進(jìn)入工作面,相關(guān)檢查在妥善處理并確認(rèn)無誤后,經(jīng)爆破指揮班長同意,發(fā)出解除警戒信號后,其他工作人員方可進(jìn)入爆破地點(diǎn)工作；

6)發(fā)現(xiàn)盲炮和懷疑有盲炮,應(yīng)立即報告并及時處理。

7 結(jié) 語

在無瓦斯隧道爆破施工中,為了減少電雷管拒爆和延遲爆炸現(xiàn)象的發(fā)生及電雷管使用安全系數(shù)低的問題,采取導(dǎo)爆管起爆針遠(yuǎn)程起爆技術(shù),作業(yè)操作方便、安全,很大程度上降低了爆破施工安全隱患,并取得了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。