隧道施工机械通风技术_3.docx

隧道施工机械通风技术隧道施工机械通风技术使用通风机和管道的机械通风是隧道施工中最普遍的通风方法，在掘进距离较长的隧道施工中都采用机械通风。一基本布置形式通风机通风系统的基本布置形式有压入式、抽出式或压出式及混合式三种。1压入式l图1压入式如上图1所示，通风机或局部扇风机把新鲜空气经风筒压入工作面，污浊空沿隧道流出。从风筒口到风流反向点的距离称为有效射程l。有效射程以外的炮烟及废气，呈涡流状态，不能迅速排除。有效射程按下式计算：l1=(45)A式中：l1有效射程，m；A隧道的断面积，m2。在应用压入式通时须注意下面两点：1通风机安装位置应与洞口保持一定距离，一般应大于30m；2风筒出口应与工作面保持一定距离，对于小断面、小风量、小直径风管，该距离应控制在15m以内；对于大断面、大风量、大直径风管，该距离应控制在4560m以内。2抽出式或压出式a抽出式b压出式图2抽出式和压出式如上图2所示，通风机或局部扇风机经风筒把工作面的污浊空气抽出，新鲜风流沿隧道流出。抽出式通风只要采用硬质风管，若采用柔性风管，则系统布置应如上图2所示如上图2b所示的压出式通风。风流的有效作用范围成为有效吸程l。有效吸程以外的炮烟及废气呈涡流状态，排出困难。有效吸程按下式计算：l=1.5A式中：l1有效吸程，m；A隧道的断面积，m2。抽出式通风的回风流不经过隧道，故排烟时间或排烟需的风量与隧道长度无关，只与炮烟抛掷区的体积有关。炮烟抛掷区是指放炮后炮眼弥漫的区域。炮烟抛掷区的长度用下式计算：l0=15+5G式中：l0炮烟抛掷区的长度，m；G同时爆破的炸药量，kg。3混合式图3混合式混合式通风如上图3所示。抽出式(在柔性风管系统中作压出式布置)风机的功率较大，是主风机。压入式风机是辅助风机，它的作用是利用有效射程长的特点，把炮烟搅混均匀并排离工作面，然后由抽出式(压出式)风机吸走。这种方式综合了前两种方式的优点，合适于大断面长距离隧道通风，在机械化作业时更为有利。采用喷锚支护的隧道，喷浆地点的粉尘浓度很高，采用混合式通风，降尘效果特别明。为了避免循环风，混合式通风系统中压入式风机进风口距抽出式风筒吸风口(或压出式风机吸风口)的重合距离不得小于10m。两风筒重合段内隧道平均风速不得小于该隧道的最低允许风速。吸风口距工作面的距离应大于炮烟抛掷长度，一般为3050m以上。压入式风筒口距工作面的距离应不大于风流的有效射程。二施工通风的风量计算进行风量计算的目的是为正确选择通风设备和设计通风系统提供根据。通风系统的供风能力应能知足工作面对风量的最大需求。掘进工作面所需风量可分别按下列方法计算，取其最大者作为供风标准。一按排除炮烟计算风量1压入式通风的风量计算Q=t25.2?322)(PbALG式中：Q工作面风量，m3/min；t通风时间，min;G同时爆破的炸药量，kg；A掘进巷道的断面积，m2；L巷道全长或临界长度，m；淋水系数，按表1取值；b炸药爆破时的有害气体生成量，煤层中爆破取100，岩层中爆破取40；P风筒漏风系数：P=1/1-100L×P100，P100为百米漏风率，一般取2%，L为巷道全长。长距离巷道掘进时，炮烟在沿巷道流动经过中与巷道内的空气混合，在未到达巷道出口时已稀释到允许浓度，从工作面至炮烟已稀释以允许浓度处的距离称为临界长度。在这种情况下，公式Q=t25.2?322)(PbALG中“L应用临界长度代入计算。临界长度用下式确定：L=12.52APGbK式中L临界长度，m；K紊流扩散系数，由表42查取；G、b、A、P意义同前。注：风筒口距工作面长度m；D风筒直径m。2出式(压出式)通风的风量计算抽出式(压出式)通风的风量计算按下面公式：Q=t13.2)15(5GGbA+式中：Q工作面风量，m3/min；其他符号意义同前。必须指出，以上两种方法都只适用于爆破后立即开场通风的情况。否则，由于炮烟不断向外蔓延，增大了炮烟区的容积，上述计算的风量将偏小，会延长通风排烟时间。3混合式通风的风量计算在混合式通风系统中，使用两台工作方式不同的通风机或局部扇风机，它们的风量应分别计算。以压入方式工作的风机应向工作面提供的风量可用下式计算：Q=t25.232)(bALG?式中Q工作面风量m3/min；L抽出式风筒口到工作面的距离，m；其他符号意义同前。二按排出粉尘计算风量1按排尘风速计算风量Q=v·A式中Q需要的通风量，m3/min；v排尘风速，一般取0.150.3m/s，即918m3/min；A隧道开挖断面积，m2。2按排尘风量定额计算风量排尘风量定额是根据设备及作业经过的产尘强度mg/s，在稳定的通风经过中保持工作面粉尘浓度不超过许可范围的统计平均风量值。其计算方法是：Q=I/c-c0式中Q排尘风量，m3/s；I工作面产尘强度，mg/s；c允许的粉尘浓度，mg/m3;c0进风的粉尘浓度，mg/m3。三按施工隧道内的最多人数计算风量根据铁路、矿山等部门颁发的隧道施工技术规范规定，每人每分钟供应风量不得少于4m3，则Q=4N式中Q工作面风量，m3/min；N隧道内同时工作的最多人数。四按最低允许风速计算风量（铁路隧道施工技术规范）(JBJ20486)规定：风速在全断面开挖时不小于0.15m/s，坑道内不应小于0.25m/s，但均不应大于6m/s。（煤矿安全规程）规定：掘进中的煤巷和半煤巷允许最低风速为0.25m/s，掘进中的岩巷的最低允许风速为0.15m/s。则工作面风量Q=A式中Q工作面风量，m3/min；允许最低风速，m/s；A开挖断面积，m2。五按瓦斯涌出量计算风量若工作面有沼气涌出，必须供应工作面充足的风量，冲淡、排出沼气，保证沼气浓度在1%下面。即Q=gogCHBBQ4·K式中Q工作面风量，m3/min；QCH4工作面沼气涌出量，m3/min；Bg工作面允许沼气浓度，取1001；Bgo送入工作而后风流中沼气的浓度；K沼气涌出不平衡系数，K=1.52。六按稀释和排出内燃机废气计算风量使用内燃动力设备时，隧洞的通风量应足够将设备所排出的废气全面稀释和排出，使隧洞内各主要作业地点空气中有毒、有害气体的浓度降至允许浓度下面。通风量的计算采用柴油机额定功率系数法如下：很多国家和公司经过试验和统计，规定了柴油机的功率通风计算系数k(单位功率在单位时间内所需的通风量)。使用时，以该系数乘以各工作区域内柴油设备的总功率，经历地确定出某区域内的风量。Q=k=NiiN1式中Q某工区所需风量，m3/min；k功率通风计算系数，我国暂行规定为2.83.0m3/minHp；N某工区内柴油设备总台数；Ni各台柴油设备的额定功率，Hp。应该注意到，有些设备，比方凿岩台车，只要部分时间柴油机是处于满负荷工况。若不加区别地都乘以一个一样的系数，就会使通风量超过实际需要太多，而造成浪费。因此有些公司根据各种设备工作时柴油机利用率对上述风量计算方法作了修正，即Q=Ni1TikNi式中Ti各台柴油机设备工作时柴油机利用率系数。例如，加拿大布伦斯威克铜矿采用的柴油机利用率系数Ti为：铲运机、装载机0.65运矿汽车0.65凿岩台车0.10内燃机车0.65推土机、平路机0.10.65人员运送车等0.10.65这种计算方法简单，对于尚无使用柴油机设备经历的用户较方便。但是，在计算中未考虑各种柴油机的废气排放特性，不区别对待是不合理的。在使用中，这种方法往往和复合危害计算法结合使用。三计算扇风机需最小风量从以上计算结果中选取所需最大风量Qmax，故而在施工中以它作为通风机械设备选配的控制条件，即：Qm=PQmax式中Qm扇风机所需风量，m3/min；P风筒漏风系数：P=1/1-100L×P100，P100为百米漏风率，一般取2%，L为巷道全长。四计算风筒通风阻力通风阻力包括摩擦阻力和局部阻力。摩擦阻力在风流的全部流程内存在，局部阻力发生在流道断面变化，如拐弯、分支及风流遭到其他阻碍的地方。1摩擦阻力对于一条巷道(风筒)，已知长度L，周长U，面积A，摩擦阻力系数，如令Rf=3ALURf称为摩擦风阻。于是摩擦阻力公式可改写成：hf=RfQ2对摩擦阻力计算公式，应该明确下面几点：(1)摩擦阻力(hf)表示流道内风量为Q时，每立方米空气为克制摩擦阻力而消耗的能量；(2)摩擦阻力与风量的平方成正比，风量增大造成摩擦阻力急剧增加；(3)在通风阻力计算中要注意各个参数的单位要配套：时间用s，长度用m，质量用kg，力用N，摩擦阻力系数用kg/m3，摩擦风阻用N·s2/m8，阻力用Pa2局部阻力在详细条件下局部阻力系数()，空气密度(=1.2kg/m3)，巷道断面(A)都是常数，故令Rx=22ARx称为局部风阻，能够得出hx=RxQ2降低局部阻力的措施：(1)风道断面尽量避免忽然变化，断面扩大或缩小要逐步过渡；实验证实，最有利的扩张中心角是8o，最好不要超过20o。(2)尽量避免直角拐弯，拐角要圆滑，曲率半径要适当，在拐角大，风量大的拐角处最好设置导向叶片。3通风阻力根据摩擦阻力与局部阻力的表达式，能够写出通风阻力的通用表达式：hL=RQ2式中hL通风阻力，Pa；R风阻，N·s2/m3；Q风量，m3/s。式hL=RQ2称为通风阻力定律。它反映了通风阻力与风阻、风量的互相关系。这一定律对于一条巷道，或者几条管道的组合，或者整个系统都是适用的。对于一条没有分支的风道来讲，阻力定律表示为：hL=(Rf+Rx)Q2+其它其它一般可考虑增加5%10%。hL即为计算的扇风机全压。五选择通风机械选择的通风机必须知足：1风量QQmax由二计算的最大风量2全压由四计算的扇风机全压下面举例讲明隧道施工机械通风的计算经过。营盘山隧道隧道施工通风技术一前言在隧道施工中，通风不仅为洞内施工地点供应新鲜空气、排除粉尘及各种有毒有害气体，创造良好的劳动环境，保障施工人员的健康与安全，而且是维持机电设备正常运行的必要条件。因而，必须重视通风工作。从营盘山隧道施工的情况看，要实现高速度和高效益除依靠长距离独头掘进的机械配套外，研究和应用长距离通风技术也是其中的重要方面。二施工通风要求及通风设计(一)施工通风要求营盘山隧道全长4140米，出口端独头掘进2000米以上，由于采用全断面开挖，炸药用量大，产生有害气体多。所以施工通风要解决的难题是：除要消除近180公斤炸药一次爆破所产生的污染外，还必须解决二公里左右的风管通风问题。根据铁道部工程技术规范的规定，经过通风后洞内要到达下面标准：1洞内各种气体的含量O2：按体积计不小于20%；CO：最高容许浓度为30mg/m3，在特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，浓度可为100mg/m3；CO2：按体积计不大于0.5%。氮氧化物(换算成NO2)为5mg/m3下面。粉尘允许浓度：每立方米空气中含有10%以上游离二氧化硅的粉为2mg；在10%下面时，不含有毒物质的矿物性和动植物性粉尘允许含量为10mg/m3；水泥粉尘的允许含量为6mg/m3。2洞内的风速全断面开挖时应不小于0.15m/s，坑道内不小于0.25m/s，但均不应大于6m/s.3洞内施工人员对新鲜空气的需要量供应每个人的新鲜空气量为3m3/min。(二)施工通风的风量计算1按排除炮烟计算风量压入式通风的风量计算Q=t25.2?322)(PbALG?式中：Q工作面风量m3/min；t通风时间min，t=45min；G同时爆破的炸药量kg，G=180kg；A掘进面积m2，A=55.2m2；L临界长度m；?淋水系数取?=0.8；b炸药爆炸时的有害气体生成量取40；p风筒漏风系数；百米漏风率P100=2%，漏风系数得：P=67.1100210020001110011100=?-=?-PL取风筒口距工作面的距离等于风流有效射程，即：1=4A=42.55=29.71m86.14271.29122=?=lDl查表取紊流扩散系数K=0.65L(临界长度)=38067.12.5565.0401805.125.1222=?=APGbKm即Q=min/3.48467.1408.0)3802.55(1804525.2)(25.23322322mPbALGt=?=?2按人数计算Q=qmkm隧道内最多人数m=34人；q洞内每人每分钟所需要的新鲜空气3m3/min；k风量备用系数取k=1.1；则Q=3×34×1.1=112.2m3/min。3按最低允许风速计算风量（铁路隧道施工规范）(TBJ20486)规定：风速在全断面开挖时不小于0.15m/s，坑道内不应小于0.25m/s，但均不应大于6m/s，则工作面风量：Q=VAQ工作面风量m3/min；V允许最低风速m/s，V=0.15m/s；Q=0.15×55.2×60=496.8m3/min4计算扇风机风量从以上计算结果来看，爆破作业排烟所需的风量最大，故而在施工中以它作为通风机械设备选配的挖掘条件。Qm=PQQm扇风机风量m3/min；Qm=PQ=1.67×484.3=808.78m3/min5计算风筒通风阻力Rf=6.55DaLRf风筒摩擦风阻NS2/m3；风筒的摩擦阻力系数kg/m3；L风筒全长m，取2000m；D风筒直径1.0m。查表得：a=0.00294kg/m3Rf=6.55DaL=6.5×51200000294.0?=38.22NS2/m3设风筒无分岔、拐弯等局部阻力，则风筒通风阻力为：hL=(Rf+Rx)QmQ=aP46.415860603.48478.80822.38=?由表中查得风筒出口局部阻力系数=1hx0=aPDQ15.65)603.484(222=得扇风机全压为：hmT=hL+hxo=4158.46+65.15=4223.61Pa三施工通风方式的选择及安排营盘山隧道出口端为独头巷道开挖，无辅助导坑供通风用，施工中工序衔接严密，开挖面领先衬砌100120m。衬砌是一次成型，为通风设备的安装提供了较好的条件。同时，由于施工人员、机具绝大部分集中在距掌子面百米范围内，爆破烟尘都集中在一起，根据上述情况，采用轴流式通风机、压入式通风。施工时的通风布置图1，洞口风机和风管布置见图2相片略。自洞口至衬砌台车段，采用日产MFA100P2SC3轴流式通风机接软管压入通风,风管直径?1000mm软风管,风机安置距洞门18m处。MFA100P2SC3性能是：风量为1000m3/min，安压达5000Pa，电动机功率为2×55kw。MFA100P2SC3对旋轴流式风机?1000mm软风管图1四施工通风综合治理措施解决通风技术问题主要是合理布局、优化匹配、防漏降阻、严格管理等综合治理，其要点如下：(1)在系统布置上，坚决杜绝各种形式的“循环风。风机应安置在洞门外18m处，避免洞内流出的污浊空气重新进入，构成部分循环风。风管出风口到工作面距离控制在4555m范围内。出风口气体射流倘沿壁扩散后能反向流出工作面，对工作面通风换气有利。另外，风管悬挂在起拱线位置下1.2m，距地面4.34.5m，以免影响车辆畅通又能知足开挖台车、边墙衬砌台