中鐵一局五公司蘭渝鐵路項目部QC小組

提高高瓦斯隧道掘進速度發(fā)布人：任佩中鐵一局集團第五工程有限公司蘭渝鐵路QC小組

一、工程概況

圖山寺隧道全長3216m，進出口各設置800m長平導一座。它位于川中產油產氣地層，該地層埋深2000-2800m，天然氣等有害氣體順著巖層構造裂隙上逸，并在隧道洞身范圍巖裂隙或縫隙中局部游散富集，形成氣囊，定測時單孔天然氣最高濃度9500ppm，計算隧道天然氣含量60873m3，瓦斯壓力0.2KPa，天然氣絕對涌出量3.033m3/min，為高瓦斯隧道。

施工時嚴格按照“先探后掘、不明不挖”的原則進行超前預報，每100m進行一次TSP超前預報；每25m進行一次超前水平鉆孔探測，每次鉆3孔，每孔30m，前后搭接5m；每茬炮選5孔炮孔加深至5m，作短距離探測。爆破作業(yè)要求嚴格執(zhí)行“一炮三檢制”，即“裝藥前、裝藥后和放炮后”必須進行瓦斯檢測，當瓦斯?jié)舛刃∮?.3%,方可允許作業(yè)。爆破后通風30min，瓦檢人員方可進洞開始人工檢測，切實做到人工檢測與自動監(jiān)測系統(tǒng)結果互相符合，以便確切掌握洞內瓦斯?jié)舛龋_保施工安全。二、小組簡介

在嚴格按照《鐵路瓦斯隧道技術規(guī)范》和《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定施工，確保施工安全的情況下，為了提高隧道掘進速度，安全、順利和按期貫通圖山寺高瓦斯隧道，項目部成立了“提高圖山寺高瓦斯隧道掘進速度QC小組”。本小組成立于2011年1月，小組成員平均年齡30歲，均接受72小時以上TQC大綱教育。小組名稱中鐵一局集團第五工程有限公司蘭渝鐵路QC小組課題類型現(xiàn)場型成立時間2011年1月2日注冊號ZTYW-2011-1課題名稱提高高瓦斯隧道掘進速度活動時間：2011年1月～2011年6月活動次數：19次出勤率：100%序號姓名性別年齡職務文化程度組內職務參加時間（h）1趙夢晨男37項目經理本科組長722李建銘男35項目總工本科副組長723何齊輝男39副經理?？聘苯M長724周鐵剛男32工程部長本科組員725侯超華男28設備部長本科成員726范永峰男26爆破工程師工程師本科成員727張燕男27測量工程師大專成員728趙超男26隧道專業(yè)工程師大專成員729程博男27助工大專成員7210任佩女25技術員大專成員722010年PDCA2009年PDCA2010年“提高富水巖溶隧道襯砌防水合格率”獲國家行業(yè)級一等獎2010年PDCA我QC小組從2009年至今開展質量活動從未間斷，年年有課題，年年有活動，年年有成果，年年都獲獎。2009年“提高高壓富水充填型溶腔的鉆孔效率”獲得國家行業(yè)級二等獎2010年“提高高瓦斯隧道的通風效率”獲得國家行業(yè)級一等獎小組活動歷史圖2-12011年“減小下穿既有線淺埋隧道施工地表沉降量”QC成果獲全國工程建設優(yōu)秀質量管理小組一等獎

2011年PDCA三、選題理由理由一根據業(yè)主要求該隧道必須在2011年7月20日正式貫通，目前的掘進速度不能滿足貫通日期理由二目前平均平均月進度97m，低于合同工期要求月進度120m選擇課題提高高瓦斯隧道掘進速度四、現(xiàn)狀調查

2011年1月2日-1月10日，在圖山寺隧道開挖過程中，小組成員李建銘、趙超、周鐵剛調閱了近幾個月的調度報表如下：表4-1

月度進度統(tǒng)計表（m）時間工區(qū)2010年9月2010年10月2010年11月2010年12月平均值隧道進口85115979197.0隨后，調查組又在2010年9月至2010年12月期間內，每月抽查13至15個循環(huán),共計54個循環(huán)的“鉆爆作業(yè)、出碴運輸作業(yè)、初期支護及三者間工序銜接”所用時間，與類似地質條件的隧道的實際施工水平所需循環(huán)時間比較（同時考慮瓦斯檢測時間）。

制表：趙超時間：2011年1月15日表4-2

類似地質條件的隧道工序循環(huán)時間作業(yè)工序鉆爆作業(yè)（鉆孔3.2m,進尺2.7m）出碴運輸初期支護工序銜接時間測量放樣鉆孔、裝藥爆破一炮三檢用時（min）503109018024030工序調查循環(huán)超時頻次進尺不滿足要求頻次鉆爆作業(yè)541037出碴運輸543初期支護占用時間長542工序銜接541表4-3

現(xiàn)場調查資料匯總表制表：趙超時間：2011年1月15日制表：趙超時間：2011年1月15日

此外，小組成員周鐵剛、侯超華和程博對調查結果作了進一步分析統(tǒng)計，其情況見表4-3尋找主要問題表4-4

影響高瓦斯隧道掘進效率的因素調查表序號項目頻數頻率（%）累計數（%）1鉆爆作業(yè)效率低4787.087.02出碴運輸作業(yè)工效低35.692.63初期作業(yè)支護占用時間長23.796.34工序與工序之間銜接不緊湊11.998.15其他11.9100合計N=54制表：侯超華時間：2011年1月20日

圖4-1

排列圖制圖：李建銘時間：2011年1月20日

根據上述調查表,用排列圖尋找主要問題。由排列圖可以看出,產生高瓦斯隧道掘進速度低的主要問題是鉆爆作業(yè)效率低，其累計頻率達87.0%。圖4-2

圖山寺隧道

圖4-3

瓦斯監(jiān)控中心五、目標確定1、目標：開挖月進度由97m/月提高到125m/月。制圖：何齊輝時間：2011.1.22圖5-1

小組活動目標圖97m125m小組活動目標圖2、目標實現(xiàn)的依據：目標能夠順利實現(xiàn)集團公司蘭渝鐵路指揮部、項目部領導高度重視，向QC攻關組注入了專項資金，購置了爆破振速測定儀，配置了開挖支護工序信息管理平臺。項目部所管的同樣地質條件下的郭家?guī)r隧道、冶長坪隧道等低瓦斯隧道每月掘進達130m/月，都汶高速公路紫坪鋪瓦斯隧道曾經達到過單工作面月掘進度117m/月。根據現(xiàn)狀調查，提高炮眼利用率，同時調整一次鉆孔深度減少鉆孔時間，則27d×24h/d÷（900min÷60min/h）×(0.85-0.7)×3.0m=19.4m＞125m-125m*0.87=16.3m，大于于我們的目標值，六、要因分析

經過QC小組成員的認真調查分析，找出了由于鉆爆作業(yè)效率低影響高瓦斯隧道掘進效率低的10個末端因素，圖6-1

要因分析魚刺圖制圖：周鐵剛時間：2011年1月23日表6-1

要因確認計劃表序號末端因素確認內容確認方法標準負責人完成時間1瓦斯檢測人員責任心差檢查《瓦斯檢測員崗位責任制》、《瓦斯檢測管理制度》、瓦檢員KPI考核指標現(xiàn)場查閱各項制度健全何齊輝、周鐵剛2011-01-262技術培訓不到位查閱《職工培訓登記冊》、《爆破員培訓教案》和《考試試卷》現(xiàn)場查閱培訓內容齊全，考試通過率100%李建銘程博2011-1-263起爆線徑小現(xiàn)場調查起爆線的直徑現(xiàn)場調查線徑D≥2×1.0mm2趙夢晨2011-01-264空壓機額定風量風壓小

現(xiàn)場檢查風壓機的銘牌，核實空壓機風量風壓現(xiàn)場調查風量Q≥20m3/min,排氣壓力≥0.6MPa李建銘2011-01-265高壓風光漏風率高現(xiàn)場檢查風管接頭墊子是否完好，在風管終端用壓力表測試風壓現(xiàn)場檢查及測試壓力≥0.6MPa李建銘趙超2011-01-276瓦斯檢測設備落后檢查瓦斯人工和自動監(jiān)測的說明書，分析其性能是否滿足高瓦斯隧道瓦斯監(jiān)測的要求現(xiàn)場調查要求同時使用人工檢測和自動監(jiān)測，測量精度達0.1%李建銘趙超2011-1-28

根據上圖所列末端因素進行逐條確認：7爆破作業(yè)前后保持通風管距掌子面5m轉換速度慢現(xiàn)場測量爆破作業(yè)前將距離掌子面5m的通風管撤回掌子面50m外，與爆破后將通風管恢復至距掌子面5m處的時間。采用計時器現(xiàn)場測量用時小于25min周鐵剛任佩2011-1-288鉆爆設計與煤礦專用炸藥電雷管不匹配查閱鉆爆設計中的鉆爆參數，并與現(xiàn)場實際施工情況對比?，F(xiàn)場調查比較炮眼利用率大于0.85，有效進尺與鉆爆設計相符,周鐵剛侯超華2011-1-289隧道內洞室等瓦斯易積聚處多調查隧道內洞室、斷面變化、二襯臺車、超挖較大斷面等瓦斯易積聚處數量，及人工瓦檢耗用時間現(xiàn)場調查總用時不超過30min趙超2011-1-2610瓦斯?jié)舛雀呦♂寱r間長調查瓦斯?jié)舛?、通風方式及效果現(xiàn)場檢查能滿足爆破作業(yè)后通風30min，瓦檢員可進洞檢測瓦斯?jié)舛戎荑F剛2011-1-27制表：任佩時間：2011年1月29日確認一：瓦斯檢測人員責任心差

2011年1月26日何齊輝、周鐵剛查閱了項目部的《瓦斯檢測員崗位責任制》、《瓦斯檢測管理制度》，以及瓦檢員近4個月的KPI考核指標進行了查看。圖6-2

瓦斯檢測中心的上墻制度

圖6-3瓦斯員KPI考核指標結論：制度健全，管理體系運轉正常有序，瓦檢員KPI指標為優(yōu)秀和良好，未出現(xiàn)不合格及合格情況，瓦斯檢測人員責任心差非主因。確認二：技術培訓不到位

2011年1月26日李建銘、程博在辦公室調閱了《職工培訓登記冊》、《爆破員培訓教案》和《考試試卷》?！堵毠づ嘤柕怯泝浴凤@示所有爆破工均已參加了培訓，《爆破員培訓教案》的內容包括了“3#煤礦許用炸藥、5段煤礦許用電雷管的性能、鉆爆設計，瓦斯隧道爆破作業(yè)技術要求”等內容；均通過了培訓考試，成績優(yōu)良。圖6-4

爆破工考試成績結論：技術培訓不到位非主因。確認三：起爆線線徑小2011年1月26日，小組成員趙夢晨查閱了起爆線說明書和合格證，起爆所用起爆母線線徑為2.1×1mm2＞2×1mm2，滿足要求。結論：起爆線線徑滿足要求，起爆線線徑小非主因。確認四：空壓機額定風量風壓小小組成員李建銘，在圖山寺洞口空壓氣站察看了空壓機（型號l--22/7）銘牌，空壓機額定風量為20m3/min,排氣壓力為0.7MPa結論：空壓機額定風量風壓小非主因。確認五：高壓風管漏風率高小組成員李建銘組織管道班工人，逐一檢查了風管接頭墊子，發(fā)現(xiàn)風管接頭處無漏風現(xiàn)象，并在高壓風管的終端采用壓力表測風壓，所測風壓為0.6MPa，能滿足要求。結論：高壓風管漏風率高非主因。確認六：瓦斯檢測設備落后小組成員李建銘、趙超于2011年1月27日在瓦斯檢測室查看了專職瓦檢員檢測用的光干涉式瓦檢儀（CJG10）說明書和瓦斯自動監(jiān)測系統(tǒng)（KJ90）合格證，光干涉式瓦檢儀CJG10讀數能精確到0.01%，且操作簡單,讀數方便,性能穩(wěn)定;KJ90自動監(jiān)測系統(tǒng)可24小時不間斷監(jiān)測瓦斯?jié)舛?自動生成瓦斯?jié)舛葧r間波形圖，自動進行分析,可轉換成excell報表供打印，瓦斯?jié)舛瘸瑯撕笞詣訄缶?。圖6-5

J90自動監(jiān)測系統(tǒng)的工作界面結論：瓦斯檢測設備能先進能滿足要求非主因。確認七：爆破作業(yè)前后保持通風管距掌子面5m轉換速度慢在高瓦斯隧道施工中，為保證瓦斯?jié)舛饶艿玫接行♂?，確保瓦斯?jié)舛刃∮?.3%，鐵路瓦斯隧道施工技術規(guī)范(TB10120-2002)規(guī)定:瓦斯隧道應采用抗靜電、阻燃的風管，風管口到開挖工作面的距離應小于5m，但爆破前必須拆除，防止爆破炸壞通風管。2011年1月22日~1月28日，小組成員周鐵剛、任佩在鉆爆作業(yè)工序中，連續(xù)1周對起爆前將距掌子面5m的所用時間進行了調查，80%用時均達到達40min，影響了作業(yè)。圖6-6

采用鐵絲逐個風筒固定通風筒

風筒固定方式采用鐵絲逐個固定，在前后移動時需將風管逐個結點解除（或安裝），是占用時間多的主因。結論：移動通風管耗時較多，其方法需要改進，爆破作業(yè)前后保持通風管距掌子面5m轉換速度慢為主因。確認八：鉆爆設計與煤礦專用炸藥電雷管不匹配

2011年1月28日周鐵剛、侯超華查閱了3#礦用炸藥的性能指標、電雷管的段數和《鉆爆設計》，并將調察到的不同“鉆爆參數”的爆破情況作如下統(tǒng)計。圖6-7

炸藥單耗、炮眼利用率和開挖進尺關聯(lián)圖制圖：任佩時間：2011年1月28日

表6-23#礦用炸藥性能指標項目密度g／cm3猛度mm≥爆速m／s≥爆力ml≥殉爆距離cm≥使用有效期/月性能指標1.0-1.308280021024表6-32#巖石炸藥性能指標項目密度g／cm3猛度mm≥爆速m／s≥爆力ml≥殉爆距離cm≥使用有效期月性能指標0.95-1.3016420028056從圖6-7可以炸藥單耗、炮眼利用率和開挖進尺關聯(lián)圖可以看出，開挖進尺三者的關系很強，此外3#礦用炸藥和2#巖石炸藥的性能相差較大，5段電雷管段數少爆破集中，前一段爆破為后一段爆破提供的臨空面小，要提高鉆爆效率必須調整鉆爆參數，鉆爆設計參數與炸藥雷管性能匹配。結論：鉆爆效果與鉆爆參數與炸藥的種類密切相關，鉆爆設計與煤礦專用炸藥電雷管不匹配是主因。確認九：隧道內洞室等瓦斯易積聚處多2011年1月23日至2011年1月27日，小組成員趙超、任佩參與了瓦檢員檢測瓦斯，洞內共30個洞室，二襯臺車1處，下錨段4處及掌子面，所有洞室均采用了數顯示的瓦斯探測器，只有二襯臺車、4處下錨段和掌子面需人工檢測，檢測耗時25分鐘，符合要求。結論：隧道內洞室等瓦斯易積聚處多非主因。確認十：瓦斯?jié)舛雀哚屜♂寱r間長2011年1月25日～1月27日，小組成員周鐵剛、張燕主要在爆破作業(yè)后，通過KJ90監(jiān)控系統(tǒng)和安裝在隧道里的瓦斯、風速傳感器了解瓦斯?jié)舛?、風量的變化。向洞內的供風量、風壓大，瓦斯稀釋的快，人工瓦檢時換氣用時少，檢測快。制表：任佩時間：2011年1月27日圖6-8

風速、瓦斯稀釋速率關聯(lián)圖從上圖中可以看出，在風速不變或基本相同的情況下，瓦斯?jié)舛仍礁?，稀釋時間越長。結論：瓦斯?jié)舛认♂寱r間長為主因。綜上所述，影響鉆爆作業(yè)效率低的3大要因確認如下：七、制定對策針對上述3項要因，根據現(xiàn)場實際，QC小組召開會議，進行專項研究，規(guī)范施工工藝，從各個施工工序環(huán)節(jié)對施工質量加以控制，制定對策表。

1、爆破作業(yè)前后保持通風管距掌子面5m轉換速度慢；2、鉆爆設計與煤礦專用炸藥電雷管不匹配；3、瓦斯?jié)舛雀哚屜♂寱r間長。

表7-1對策表序號要因對策目標措施地點完成時間負責人1爆破作業(yè)前后保持通風管距掌子面5m轉換速度慢重新設計可伸縮式通風管懸掛裝置實現(xiàn)通風管的自由移動，縮短移動時至30min內將通風管懸掛系統(tǒng)的固定方式由逐段逐點固定，變成沿一定軌道滑動，隨機固定方式施工現(xiàn)場2月10日趙夢晨趙超2鉆爆設計與煤礦專用炸藥電雷管不匹配調整鉆爆參數，優(yōu)化掏槽方式提高有效進尺和月掘進度提高炸藥單耗和線裝藥密度；減小鉆孔深度，增加循環(huán)次數；優(yōu)化掏槽方式。施工現(xiàn)場3月20日何齊輝張燕3瓦斯?jié)舛雀哚屜♂寱r間長綜合運用多種通風方式風速大于1.0m/s采取巷道式通風施工現(xiàn)場4月1日李建銘侯超華制表：周鐵剛時間：2011年4月1日

實施一：針對“爆破作業(yè)前后保持通風管距掌子面5m轉換速度慢”的要因圖8-1

通風管改進前懸掛示意圖八、對策實施措施：1將通風管懸掛系統(tǒng)的固定方式由逐段逐點固定，變成沿一定軌道滑動，隨機固定方式。2改進移動方式：將改進前逐點解除固結點后再重新掛設，變?yōu)榻獬钋岸随i定點，站在地面牽引系于通風管上繩索向前向后移動通風管。圖8-2

通風管改進后懸掛示意圖圖8-3

通風管改進后移動照片實施效果：通過對通風管移動的改進,改進前，一循環(huán)中炮破時向后移動一次，爆破后向前移動一次，每次用時均需耗時至少30min，兩計60min左右；改進后，各次用時約8min，兩計計16min，節(jié)約44min。實施二：“鉆爆設計與煤礦專用炸藥不匹配”的要因措施：1通過現(xiàn)場試驗，以提高炮眼利用率增加有效進尺和縮短鉆孔時間增加循環(huán)次數為目的，調整鉆爆參數，找到使用礦用炸藥的條件下，與炸藥單耗、線裝藥密度相匹配的鉆孔深度。2將掏槽方式由垂直斜眼掏槽變?yōu)樗叫毖厶筒坩槍γ旱V用5段毫秒電雷管段數少，爆破較集中，下一段不能較好的利用上一段提供的臨空面，將垂直斜眼掏槽改為水平眼斜眼掏槽，增加掏槽漏斗體積。3編制《鉆爆作業(yè)指導書》，并逐級交底；現(xiàn)場鉆孔完成后,經現(xiàn)場技術員驗收炮孔布置,及炮孔的方向、深度合格后方可裝藥。表8-1

調整后的鉆爆炸藥分配表起爆順序雷管段別炮眼名稱炮眼個數孔深(m)裝藥（kg）裝藥系數單孔藥量裝藥量11掏槽眼123.50.572.024.022擴槽眼31.70.571.03.033輔助眼193.20.401.2022.844二圈眼183.20.401.2021.654底板眼83.20.401.29.665周邊眼363.20.150.518合計開挖面積31.9m2,炸藥單耗1.15Kg/m399表8-2

調整后的鉆爆炸藥分配表起爆順序雷管段別炮眼名稱炮眼個數孔深(m)裝藥（kg）裝藥系數單孔藥量裝藥量11掏槽眼123.20.672.2026.422擴槽眼61.70.671.16.633輔助眼1930.471.4026.644二圈眼1830.471.4025.254底板眼830.401.29.665周邊眼3630.20.6021.6合計開挖面積31.9m2,炸藥單耗1.35Kg/m3116調整前

調整后圖8-4

調整前后鉆爆圖對比表8-3

5循環(huán)改進結果統(tǒng)計表鉆孔深度/m3.03.03.03.03.0炮眼利用率0.860.880.90.910.9有效進尺/m2.582.642.72.732.7循環(huán)時間/min270275265267270實施效果：通過對5個循環(huán)的施工結果檢查和分析，鉆爆設計改進后炮眼利用率和有效進尺行得到了極大提高，鉆孔深度減小循環(huán)時間相應節(jié)約，循環(huán)次數增加，鉆爆效率得到提高。實施三：針對“瓦斯?jié)舛雀哚屜♂寱r間長”的要因措施：1當掘進距離小于800m時，采用獨頭壓入式通時，瓦斯?jié)舛雀邥r開行雙風機，并在風管尾部通過用繩索捆扎通風管減小過風面積增大了風速。2掘進距離超過800m后，將風機移入橫通道內實行巷道式通風，將送風管的直徑改由φ150cm換成φ120cm，增加風壓、提高風速。圖8-5

前期壓入式通風圖8-6

后期巷道式通風實施效果：改進后，采用KJ90風速傳感器，平均測得風速均在1.0m/s以上，瓦斯?jié)舛冉档椭涟踩珴舛鹊臅r間得到縮短，其結果見表8-4。表8-4

改進后通風效果統(tǒng)計表序號措施作用適用范圍實測掌子面風速可縮短達到安全瓦斯?jié)舛鹊耐L時間/min1開行獨頭壓入雙風機增加供風量800m以內最大1.1m/s20～40用風繩捆扎風筒減小過風面積增加風速2巷道式通風增加供風量，增加風速800m以上最大1.4m/s30～50九、效果檢查效果1：

經過5個多月的技術攻關，我們成功地解決了高瓦斯隧道外鉆爆效率低的難題，積累了越來越豐富的經驗。根據統(tǒng)計，我們的掘進速度已達到預定目標,并有所提高。實施后效果圖圖9-1

制圖：李建銘時間：2011年6月18日97125128020406080100120140活動前目標值活動后表9-1活動前后對比表活動前活動后97m/月128m/月

表9-1

制表：李建銘時間：2011年6月18日

經濟效益：按照鐵路預算定額以及機械設備租賃相關合同,我們對開展“提高高瓦斯隧道掘進效率”活動后施工的圖山寺隧道所節(jié)約費用進行了初步計算:1、節(jié)約人工費25.2萬元由于提高了鉆爆效率，使得隧道比預計工期提前20天貫通，節(jié)約人工費20天×（105人×120元/天）=252000元；2、節(jié)約機使費18.8萬元節(jié)約出碴運輸、瓦斯隧道監(jiān)測等設備費：20臺班×（2400元/臺班+1600元/臺班+4×1100元/臺班+1000元/臺班）=188000元。其中隔爆挖機臺班2400元/臺班，隔爆裝載機1600元/臺班，隔爆自卸汽車1100元/臺班，隔爆模班臺車折算1000元/臺班。3、節(jié)約電費1.3萬元按通風機計算,雙風機(每臺風機264KW)24小時運轉，2臺×264KW.h/臺×24h×1元/KW.h=12672元。以上費用合計：1+2+3=25.2+18.8+13=45.3萬元。合計節(jié)約伍拾柒萬元整(RMB:45.3萬元)。效果2：傾斜45°角度架設全站儀安裝調整銷齒軌效果3：

社會效益

2011年6月，圖山寺隧道安全貫通,工期比計劃工期提前20天，得到了蘭渝鐵路公司領導、南充市政府、設計單位和監(jiān)理單位的認同贊揚，在當地獲得到了美譽，展示了集團公司和公司良好的