桐子林隧道通风施工设计

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摘要：通过对高风险高瓦斯的桐子林隧道通风，详细设计了通风施工方案，确定了适合高风险高瓦斯的通风量、风压的设计方法，确定了风机的选型。并对高风险高瓦斯隧道的通风管理提出了适合桐子林隧道本身的方案。对相同地质条件的其它隧道通风施工起到一定的参考作用。

关键词：高风险高瓦斯 隧道 通风

1工程概况

兰渝铁路LYS-14标段位于重庆市北碚区境内，桐子林隧道为本标段的重点控制工程，根据设计资料显示，桐子林隧道为极高风险隧道，又为高瓦斯隧道。桐子林隧道设计为200km/h双线隧道，隧道进口里程DK920+980，出口里程DK923+491，隧道全长2511m。隧道内为人字坡，进口端为3‰上坡，出口为10‰的下坡，隧道设出口平导、横洞辅助施工，横洞长度210m。

2通风设计

2.1通风方案的确定

2.1.1方案的制定依据

在桐子林隧道施工中，采取通风方式是根据隧道的施工方法、坑道特点和污染源的特性以及设备条件等因素加以确定的。因此在制定通风方案时主要考虑了下列因素：1）采用的是钻爆法、全断面或大断面开挖方式；2）采用无轨运输出渣进料；3）柴油汽车排放的废气发生在整个运输巷道上，且愈往下风处废气浓度愈大；4）采用可提供足够风量、风压的风机；5）采用大直径、漏风少、阻力小的风管。

2.1.2方案的确定

本隧道共分为进口及出口两个工区，前期采用压入式通风，中后期采用混合式通风。本隧道施工通风需风量除满足洞内作业人员对氧气的需求及稀释炮烟的要求外，同时满足稀释瓦斯所需风量及控制瓦斯不聚积所需风速要求。

2.2通风系统的设计要求

根据桐子林隧道的自身情况特点，施工通风按高瓦斯隧道通风要求进行设计。1）富余系数，该系数不得小于1.25。2）按洞内同时工作最多人数计，每人每分钟供给风量不得少于4m3；3）瓦斯浓度超过0.3%时，按洞内同时放炮炸药最大计算，1kg炸药每分钟需25 m3的风量；4）按洞内同时工作的内燃机械最多数量计算，每千瓦每分钟需风量3 m3；5）以风速验算，隧道内风速不得大于6m/s，不得小于0.25m/s。

2.2.1施工通风风量计算

1、压入式通风计算

（1）按洞内同时工作的最多人数计算：

（1-1）

式中：4――每人每分钟呼吸所需新鲜空气量，m3/min；

――风量备用系数，取1.15；

――洞内同时工作的最多人数。

按式（1-1）可得洞内所需通风量为4×1.15×80＝368m3/min

（2）按同时爆破的最多炸药量计算

①、压入式通风

对于压入式通风，应采用以下公式进行计算：

（1-2）

式中：――同时爆破的炸药消耗量；

――隧道断面面积；

――工作面至炮烟稀释到允许浓度的距离，即临界长度；

――通风时间。

a、正洞

对于正洞的压入式通风，取400kg；取110m2；取100m；取30min。

得。

b、平导

对于平导的压入式通风，取100kg；取30m2；取100m；取25min。

得。

②、混合式通风

对于混合式通风，需要考虑一段时间内压入风量和吸出风量。

其中：

（1-3）

（1-4）

式中：――压入风量

――吸出风量

――压入风口距工作面的距离。

a、正洞

对于正洞的压入式通风，取300m，需考虑横通道。

得，；。

b、平导

对于平导的压入式通风，取350m，不需要考虑横通道。

得，；。

（3）按内燃机作业的废气稀释的需要计算

当按内燃机工作的废气稀释的需要计算时，需要考虑内燃机功率，其公式为：

（1-5）

式中：――洞内同时使用内燃机作业的总功率；

――洞内同时使用内燃机每1KW所需的风量，一般取值为3m3/（min・KW）

a、正洞

正洞内同时使用内燃机作业的总功率取700kw。

得，。

b、平导

平导巷道内同时使用内燃机作业的总功率取400kw。

得，。

（4）按洞内允许的最小风速计算

按洞内允许的最小风速计算时，通风量与断面面积和最小风速相关，其公式为：

（1-6）

式中：――工作面最小风速；

――隧道断面面积。

a、正洞

正洞内工作面最小风速取0.25m/s；隧道断面面积，取110m2。

得，。

b、平导

平导巷道内工作面最小风速取0.25m/s；隧道断面面积，取30m2。

得，

（5）按瓦斯涌出量计算

（1-7）

式中：――瓦斯涌出量（m3/min）取实测值；

――工作面允许瓦斯浓度；

――送入风中瓦斯浓度

――不均匀系数，取1.6。

根据掘进面实际情况，揭煤正常瓦斯涌出量取4.15m3/min，取1%，取0%，得到：

。

取上述风量的最大值作为设计风量，工作面所需风量应大于设计风量。

考虑漏风因素：

据风管厂提供的技术指标，采用PVC增强塑纤布作风管材料，百米漏风率正常时可控制在1.5%以内。本方案压入式通风距离考虑1500m，据此计算漏风系数：

（1-8）

式中：――通风距离；

――百米漏风率，取1.5%。

根据本方案压入式通风距离取1500m和PVC厂家提供的百米漏风率技术指标，取1.5%，得：

则风机供风量应不小于：

根据以上计算结果，隧道前期正洞及平导1500m范围压入式通风所需要的最大风量分别为2709m3/min、1548m3/min。

2.2.2施工通风风压计算

从理论上讲，通风系统克服通风阻力后在风管末端风流具有一定的动压，克服阻力则取决于系统静压，动压与静压之和即为系统需供风压。

（1）动压计算

（1-9）

式中：――空气重度，取常数12.93N/m3；

――末端管口风速。

其中末端管口风速按工作面最小风速折算：

（1-10）

式中：――风管直径。

（2）静压计算

①管道摩擦阻力：

（1-11）

式中：――达西系数；

――管道内平均风速，。

其它符号意义同前。

②局部阻力：

（1-12）

③系统静压：

（1-13）

（3）系统风压

（1-14）

2.2.3通风系统的设备选型

设备选型关系到整个方案的成败，是通风系统运行好坏的基本保证。根据工程进度情况，适时增加通风机的数量，确保洞内通风满足施工和安全要求；各工区均配备备用通风机，巷道式通风时，不用的横通道应临时封闭，防止回流。在施工过程中，根据实际掘进情况，计算掌子面所需要的风量及风压，适时调整通风机数量。在通风机选型时，同时考虑大气压及夏季负压时的通风问题。

前期（1500m以内）：均采用压入式通风。隧道进、出口均选用一台SDF（C）-No12.5防爆轴流风机，风筒直径采用φ1.5m；进、出口平导各选用一台SDF（C）-No12.5防爆轴流风机，风筒直径采用φ1.4m；

中后期（1500m以后）：隧道进、出口均采用混合式通风。隧道进、出口均选用两台SDF（C）-No12.5防爆轴流风机，正洞风筒直径采用φ1.5m，平导风筒直径采用φ1.4m，分别往正洞及平导（平导施工正洞）两掌子面供风，平导进口处各设一台SFC-6-NO18的抽风机向平导外抽风，抽风机风管采用铁皮风管，直径选用φ1.3m。

3通风方案的实施与检测

对设计方案安排、落实，要求隧道进出口成立了专门的通风作业班组，进行日常通风检测和维护工作。

3.1通风方案的实施

对设计方案安排、落实，并成立了专门的通风作业班组，进行通风检测和日常维护工作。

通风系统的安设质量对通风效果有着直接的影响。因此，将风机的安设始终处于新鲜气流中。在安设风管时，则尽量做到平直畅通、吊挂稳固、接头牢靠，并注意保持吊挂锚杆的纵向一致和风管承重索的高度相同。风管的接长等工作则选在打眼期间。

另外，为了使系统始终处于良好状态，就必须加强对系统的日常维护。为此，成立专门的通风作业班组，由专人负责通风系统的日常检查和维修，发现破损及时修补或更换。对瓦斯易于积聚的空间和衬砌模板台车附近区域，可采用空气引射器、气动风机等设备，实施局部通风的方法，消除瓦斯积聚。

隧道在施工期间，应实施连续通风。因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源，采用备用风机进行通风。恢复通风前，必须检查瓦斯浓度。当停风区中瓦斯浓度不超过1%，并在压入式局部通风机及其开关地点附近10 m以内风流中的瓦斯浓度均不超过0.5％时，方可人工开动局部通风机。当停风区中瓦斯浓度超过1％时，必须制定排除瓦斯的安全措施。回风系统内还必须停电撤人。只有经检查证实停风区中瓦斯浓度不超过1％时，方可人工恢复局部通风机供风的坑道中一切电气设备的供电。

隧道掘进工作面附近的局部通风机，均应实行专用变压器、专用开关、专用线路供电、风电闭锁、瓦斯电闭锁装置。

隧道采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖工作面的距离应小于5m，风管百米漏风率不应大于1.5%。

3.2系统检测

通风系统安装运行以后，在隧道施工的过程中，根据隧道施工长度及作业环境的检测情况，通风作业班组及时对通风系统进行检测，调整性能参数，以满足施工需要。

瓦斯隧道施工期间，建立瓦斯通风监控、检测的组织系统，测定气象参数、瓦斯浓度、风速、风量等参数。除便携式瓦检仪外，尚应配置高浓度瓦检仪和瓦斯自动检测报警断电装置并配备救护队。

4系统安装与维护

通风系统的安设质量对通风效果有着直接的影响。为避免由洞内排出的污浊空气再次进入洞内引起循环污染，将风机安设在洞口外20m以外适当位置。在安设风管时，则尽量做到平直畅通、吊挂稳固、接头牢靠，并注意保持吊挂锚杆的纵向一致和风管承重索的高度相同。对于风管末端距掌子面的距离应控制在5m范围以内，风管出风口必须加设钢圈，减少出风口阻力。

同时为了使系统始终处于良好状态，必须加强对系统的日常维护。因此通风作业班组，必须由专人负责通风系统的日常检查和维修，发现破损及时修补或更换。

5结论

在高风险高瓦斯隧道的施工中通风的设计施工是极其重要的一环，是隧道施工和今后使用中安全的重要保证措施。本文通过对桐子林的通风情况的研究，提出了适合工程实际的设计方案，并通过长时间的研究与摸索实践，逐步完善了高风险高瓦斯隧道的通风管理模式，取得了良好的效果，对相同条件下的其它隧道工程，起到了一定的参考作用。

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[5]王昭椿．华东公路科技情报网2005年年会暨学术研讨会[A]，2005

作者简介：杨义圣 （1980-） 男安徽省合肥市 工程师

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