隧道施工通风工艺标准.pdf

1 隧道施工通风标准 1、范围 本工艺标准包括了隧道施工过程中通风方式、设备的选择布置及安装适用于各类隧道的施工通风。2、操作流程 通风方式选择与布置 风量计算 选择通风设备 设备布置安装 质量检查。2.1 通风方式选择与布置 通风方式选择与布置应根据施工方法、设备条件、掘进长度、开挖面积以及污染物质的含量与种类等情况确定。2.1.1 通风方式选择的一般原则 2.1.1.1 有轨运输施工的隧道宜采用吸出式或混合式通风。2.1.1.2 无轨运输施工的隧道宜采用压入式或变换式通风。2.1.1.3 有平行导坑施工的隧道应采用巷道式通风。2.1.1.4 自然通风因其影响因素较多不稳定且不易控制故应避免采用。各通风方式的适用情况见表 1。2.2 风量计算 2.2.1 洞内施工所需通风量应根据洞内同时工作的最多人数所需要的空气量、或使同一时间爆破的最多炸药用量产生的有害气体降低到允许浓度所需要的空气量、或使同时在洞内作业的柴油机产生的有害气体稀释到允许浓度所需要的空气量、或满足洞内允许最小风速要求等条件进行计算确定。以其中最大者选择通风设备。2 表 1 通 风 方 式 适 用 情 况 说 明 自然 通风 岩层不产生有害气体巷道短于 300m。利用洞内外温差造成自然风流循环受气候、风向影响大。压入式 压 入 风 机 1、单机可使用于 100400 内的独头巷道 2、多机串联可用于 500800 以内的独头巷道。1、能较快地排除工作面的污浊空气 2、拆装简单 3、污浊空气排出时流经全洞。吸出式 吸出风机 1.长度在 400m以 内 的 独 头 巷道 2.配合压入式时用。新鲜空气流经全洞到达工作面时已不太新鲜要求风管末端距工作面不超过 10m布置上有困难常因此通风效果差。吸 出 式风流压 入 式 长度在8001500m 左右的独头巷道。风管式通风 混合式 风流压 入 风 机吸 出 风 机临 时 风 门 适用于上下导坑或全断面分块开挖用药量较大下导坑为双轨断面的隧道施工。1.污浊空气由隧道上部抽出洞外新鲜空气从下部进入隧道再经风管到下导坑工作面 2.抽出风机能力要大于压入风机2030%3.抽出、压入风口的布置最小要错开30m以免在洞内形成循环风流。巷道式通 风 主流风机主扇施工通风洞局扇吸出局扇压入风门正洞风门风门 适用于有平行导坑的长隧道施工。通过最前面的联通道使正洞和平行导坑组成一个风流循环系统 风道式通 风 临时风墙 适用于隧道比较长一般风管式 通 风 难 以 解决又无平行导坑 可 利 用 的 情况。利用隧道成洞部分隔出一条断面为24m2的通风道以减少风管长度增大通风量。3 2.2.1.1 按洞内同时工作的最多人数计算风量 qmKQ=1 式中 Q计算风量m3/min下同 q洞内每人每分钟所需新鲜空气量m3/min按每人每分钟 3 m3计算 m洞内同时工作的最多人数 K风量备用系数取 1.101.15。2.2.1.2 按满足洞内允许最小风速要求计算风量 svQ60=2 式中 s巷道断面积m2 v允许最小风速导坑应不小于 0.25m/s全断面开挖时应不小于 0.15m/s但均不应大于 6m/s。2.2.1.3 按洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量计算风量 2.2.1.3.1 巷道式通风 tAbQ5=m3/min 3 式中 A同时爆炸的炸药用量kg b一公斤炸药爆破时所构成的一氧化碳体积L 参见表2计算时一般采用 b=40L t通风时间min 4 一公斤炸药产生有害气体统计L 表 2 气体名称 防水硝铵炸药 2#岩石硝铵炸药 1#粒状硝化甘油 2#粒状硝化甘油 CO 9.8 13.43 14.03 8.16 36.40 43.50 44.47 56.07 NO 2.97 3.04 3.57 3.89 0.73 0.37 0.49 0.69 换算为 CO 共计 29.11 33.19 37.24 33.45 41.50 45.41 47.66 50.56 平均 31.15 35.35 43.71 54.11 注有害气体同意换算成 CO1LNO 换算成 6.5LCO。2.2.1.3.2 风管式通风 压入式通风 32)(8.7SLAtQ=4 式中 t通风时间min A1 次爆破的炸药用量kg S巷道断面积m2 L通风区段长度m 使用公式4时若考虑的通风区段长度 L 大于极限长度 L极限式中的 L 应该用 L极限代替。L极限按下式确定 SAKScAbKL5001.0=极限 式中 K紊流扩散系数K=0.8 b爆破 1kg 炸药生成的 CO 量b=40L/kg 炸药 c巷道内容许的 CO 浓度c=0.008%其余符号意义同前。吸出式通风 抛LSAtQ=18 5 式中 L抛炮烟抛掷带长度m 5 火雷管起爆L抛=15+Am 电雷管起爆L抛=15+A/5m。其余符号意义同前。混合式通风 328.7LAVtQ=混、压 6 混、压混、吸QQ3.12.1=7 式中 VL吸风管口至工作面整段巷道的容积m3 VL=LVS 其中 LV吸风管口至工作面的距离m 一般为2225m 左右。2.2.1.4 按照爆破后稀释一氧化碳CO至许可最高浓度的计算公式 601065=tKAQ 8 式中 t通风时间min A1 次爆破的炸药用量kg K风量备用系数K=1.10 2.2.1.5 按洞内使用内燃机的废气污染计算风量 稀释有害气体风量计算的基本公式=qycqQ 9 式中 q柴油机废气排量m3/min,=2nVq 其中 V汽缸的工作容积m3 6 n柴油机的转速 吸气系数 自然吸气 =1 齿轮增压 =1.2 60=KNq 其中 N柴油机功率kW K单位耗油量kg/kWh 烧 1kg 柴油所需供应的空气量m3/kg 可按=20.83m3/kg计算 c废气中有害气体浓度%y有害气体最大允许浓度%稀释系数 yc=安全系数1.52.5。以上、分别计算取其最大值。2.2.1.6 高海拔地区的风量修正 由于高海拔地区的大气压力降低对总风量应按下式修正 QPQ高高760=10 式中 Q高高海拔地区大气压力见表 3 Q正常条件下计算的风量。7 海拔高度与大气压力P高的关系 表 3 海拔高度 m 1600 2000 2600 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4400 5000 大气压力 P高kPa 6.119 5.845 5.423 5.158 5.031 4.903 4.776 4.648 4.531 4.305 3.972 2.2.2 竖井掘进通风量的计算 对于竖井爆破后的通风以压入式为佳 当竖井深度超过300m时则应采用混合式通风。32)(8.7KSLAtQ=11 式中 t通风时间min A1 次爆破的炸药用量kg S竖井断面积m2 L竖井深度m K考虑竖井淋水使炮烟浓度降低的系数见表 4 风筒漏风系数见表 5。2.2.3 漏风计算 按照上述各种公式计算风量均未考虑漏风而损失的风量故洞内实际所需总风量 Q需应为 Q需=PQm3/min 12 式中 P漏风系数 Q计算风量m3/min。2.2.3.1 风管的漏风 在管道通风中 漏风系数 P 值与风管接头安装是否严密有关。对 8 竖井内炮烟浓度降低系数K 值 表 4 级别 巷 道 特 征 系数K 1 工作面涌水在 1m3/h 以下的各种深度的干燥井筒以及深度不大于 200 的含水井筒。巷道全长均穿过干燥岩石的井下倾斜巷道和水平巷道。0.8 2 深度大于 200m有淋水工作面涌水量在 6m3/h 以下的含水井筒。巷道局部穿过含水岩石的井下倾斜巷道和水平巷道。0.6 3 深度大于 200m 的含水井筒其淋水如淋雨般大工作面涌水量在 615m3/h 范围。巷道全长均穿过含水岩石或是采用水幕的倾斜巷道和水平巷道。0.3 4 深度大于 200m 的含水井筒其淋水如下大雨工作面总涌水量大于 15m3/h。0.15 竖井风管的漏风系数值 表 5 风管直径mm 竖井深度m 500 600 700 800 900 1000 300 400 500 600 700 800 900 1000 1.32 1.51 2.07 1.21 1.35 1.53 1.69 2.0 2.16 1.17 1.28 1.40 1.54 1.71 1.89 2.12 2.34 1.13 1.20 1.29 1.39 1.50 1.64 1.80 1.96 1.12 1.19 1.28 1.36 1.46 1.57 1.42 1.82 1.07 1.11 1.16 1.20 1.27 1.34 1.42 1.46 长度和直径不同的金属风管的漏风系数可参考表 6。胶皮风管漏风视接头漏风情况可以概略计算即在前 20 节风管内每个接头漏风约为 1%而以后每个接头漏风则为 0.5%。一般按标准安装并处于良好状态时每节长 20m 的胶皮风管漏风系数可参考表 7。塑料风管每节长 10m在安装符合标准的情况下其漏风系数9 可参考表 8。风管百米漏风率 100100100=LQQQP扇末扇漏 13 式中 P漏100100m 长风管的漏风率 L 风管全长m Q扇局部通风风量m3/s Q末局部通风末端风量m3/s。一般要求风管百米漏风率不得大于 10%。金属风管漏风系数 P 参考值 表 6 风管每节为 3m 及下列 直径m时的漏风系数 风管每节为 4m 及下列 直径m时的漏风系数 风管长 m 单个接头漏风系数K0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.5 0.6 0.7 0.8 100 0.001 0.003 1.02 1.09 1.01 1.06 1.01 1.04 1.01 1.03 1.02 1.06 1.01 1.04 1.01 1.03 1.008 1.02 200 0.001 0.003 1.08 1.27 1.06 1.21 1.05 1.16 1.03 1.16 1.06 1.19 1.04 1.15 1.02 1.11 1.02 1.06 300 0.001 0.003 1.16 1.51 1.12 1.38 1.09 1.29 1.06 1.18 1.10 1.37 1.08 1.28 1.06 1.22 1.04 1.12 400 0.001 0.003 1.25 1.82 1.19 1.60 1.15 1.46 1.10 1.32 1.16 1.61 1.12 1.45 1.10 1.34 1.06 1.23 500 0.001 0.003 1.36 2.25 1.27 1.90 1.21 1.62 1.14 1.45 1.25 1.88 1.18 1.65 1.14 1.51 1.08 1.32 600 0.001 0.003 1.49 2.76 1.36 2.25 1.28 1.93 1.19 1.57 1.27 2.22 1.25 1.87 1.18 1.66 1.12 1.45 700 0.001 0.003 1.63 3.44 1.47 2.75 1.36 2.20 1.27 1.79 1.48 2.60 1.32 2.17 1.28 1.85 1.16 1.56 800 0.001 0.003 1.58 3.35 1.45 2.63 1.33 2.05 1.41 2.57 1.30 2.13 1.22 1.74 900 0.001 0.003 1.72 3.65 1.54 2.89 1.36 2.25 1.57 2.74 1.39 2.28 1.25 1.87 1000 0.001 0.003 1.65 3.42 1.50 2.52 1.46 2.62 1.28 2.07 注表中同格内上行值为风管接头用橡皮或油封衬垫密封螺栓完全拧紧。下行值为风管接头用马粪纸或麻绳密封螺栓完全拧紧。10 胶皮风管漏风系数 P 值 表 7 风管长度m 50 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800 漏风 系数 1.04 1.08 1.11 1.14 1.16 1.19 1.25 1.30 1.35 1.38 1.43 聚氯乙烯塑料风管漏风系数 P 值 表 8 风 管 长 度 m 风 管 直 径 m 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0.5 0.6 0.7 0.8 1.019 1.014 1.010 1.008 1.045 1.036 1.028 1.022 1.091 1.071 1.053 1.040 1.045 1.112 1.080 1.067 1.157 1.130 1.108 1.090 1.230 1.180 1.145 1.260 1.230 1.261 1.188 1.153 1.330 1.237 1.195 1.288 1.229 1.345 1.251 注本表中单个接头漏风系数 K0=0.003 2.2.3.2 风门风墙的漏风 风门漏风量 Q漏的计算 hsKQ=漏 m3/s 14 式中 h风门所承受压差daPa s风门面积m2 K指数当风流为层流时 K=1 当风流为紊流时 K=2 当风流为混合流时 K=12。风门的漏风量主要在于风门结构是否严密不同的风门质量其漏风系数可参考表 9。风门漏风系数 表 9 类 型 漏 风 系 数 砖墙包铁皮风门边缘是毛毡或胶皮垫 砖墙木门普通 板条墙二面抹灰浆普通木门 板条墙二面抹粘土普通木门 0.0150.04 平均 0.03 0.030.0545 平均 0.04 平均 0.03 0.0590.09 平均 0.06 11 2.3 通风阻力 通风机的风压用来克服沿途所有的阻力在数值上等于风道或风管的沿途摩擦阻力和局部阻力之和。2.3.1 摩擦阻力计算 无漏风的 2扇摩RQh=15 有漏风的 2末摩PRQh=16 式中 h摩摩擦阻力损失daPa Q扇 风管始端风量或风机风量 m3/s Q末 风管末端风量或工作面的风量 m3/s R 风阻值k 对巷道 3SLR=对圆管 35.6dLR=其中 摩阻力系数或风阻值见表 10 及表 11巷道阻力参考表 12。L风管巷道长度m 巷道断面圆周界m S断面积m2。d风管直径m。风管摩擦阻力系数值及 1m 长风阻率 表 10 风管直径mm 500 600 700 800 900 1000 0.00035 0.00032 0.00030 0.00025 0.00023 0.00023 金属风管 0.0730 0.0260 0.0116 0.0049 0.0024 0.0016 0.00016 0.00015 0.00013 0.00013 塑料风管 0.03330 0.01524 0.00500 0.00258 12 胶皮风管的风阻值k 表 11 长 度m 直径 mm 50 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800 900 1000 500 5.2 10.7 15.5 20.3 25.5 30.9 41.2 51.6 63.4 73.1 83.7 94.2 107.2 600 2.1 4.3 6.1 7.9 9.9 11.9 16.3 19.9 21.3 27.6 31.36.2 40.7 巷道阻力系数值 表 12 项 别 施工地段及其支护特征 值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 成洞用混凝土砌筑 成洞用块石砌筑带有角面 用木料支撑的全断面开挖隧道 用金属拱架木模板支护的隧道 上导坑有支撑 下导坑有支撑但中间没有加强支柱 下导坑双道中间有支柱 下导坑没有支撑 用木料框架支撑的漏碴孔 拱部扩大 完成拱部衬砌马口未开挖 挖 底 风 道 0.00040.00045 0.00060.0008 0.0012 0.0010.0012 0.0025 0.00200.0025 0.0300.0040 0.00110.0020 0.0026 0.00550.0060 0.00100.0012 0.0010 0.0040 2.3.2 局部阻力 局部性的压力损失是由于影响风流的各种局部原因所引起的如风道缩小、扩大、转弯等。可按下式计算 22vgh局局=17 式中 h局局部阻力损失 daPa 局对于每一种独立形式的局部阻力系数参考表 13 v 风流经过局部断面形状变化后的速度m/s 空气比重=1.2kg/m3 g标准重力加速度g=9.81m/s2。13 局部阻力系数 表 13 项别 局阻发生的地点 图 示 值或 C 值 1 风流由洞口进入成洞 0.60 2 由成洞进入扩大及下导坑由扩大至上导坑 0.46 3 风流由上导坑进入漏斗 0.70 4 风流由漏斗进入导坑 7.20 5 风流由导坑单道进入双道断面 1.70 6 风流欲导坑双道进入单道断面 1.00 7 风流由平行导坑进入风道 0.50 8 下导坑转 1350进入通道 C=0.28 9 通道转 450600进入平行导坑 C=0.04 R/d 30 45 60 90 120 1.5 0.08 0.11 0.14 0.175 0.20 10 圆转角 3001200 2.0 0.07 0.10 0.12 0.15 0.17 10 30 60 90 100 0.018 0.164 0.654 1.471 1.800 110 120 130 150 170 11 折拐 1001700 2.13 2.62 2.854 3.6 5.07 L/d 4 6 8 10 30 0.2 0.2 0.2 0.2 45 0.75 0.75 0.75 0.75 60 1.6 1.63 1.64 1.64 12 之字形拐弯 300600 14 项别 局阻发生的地点 图 示 值或 C 值 各种风管突然扩大与突然缩小的值S12为风管断面 S1/S2 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.01 0.04 0.09 0.16 0.25 0.36 0.49 0.64 0.81 13 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 2.3.3 其它局部阻力 h其它 在巷道通风中为考虑施工中如开挖马口、中槽等其它因素增加的阻力h其它应适当增加 20%30%。使用风管通风时h其它一般可考虑增加 5%10%。2.3.4 总阻力计算 其它局总摩总总hhhh+=18 式中 总h总阻力损失 摩总h摩擦阻力损失之和 局总h局部阻力损失之和 2.4 通风设备选择 2.4.1 通风管 2.4.1.1 风管管径的选择 通风管管径的选择可参考表 14。2.4.1.2 通风管的布置 各种管道通风方式其通风效果好坏与风管末端到工作面的距离有关其有效范围一般要求如表 15。一台风机连接风管的极限长度估算可参考表 16。15 通风管径选择 表 14 通 风 距 离m 管径 mm 风量 Q m3/s 50 100 200 400 600 800 附 注 1.0 1.4 1.8 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 265 285 320 375 440 495 545 595 285 320 375 375 495 545 595 660 320 375 440 440 545 595 660 375 440 440 495 595 660 375 440 495 545 660 440 440 545 545 660 例 Q=3 m3/s l=400.0m 查表 管径=595mm 通风管径选 600mm。风管末端距工作面有效作用范围 表 15 通风方式 风管末端距工作面距离m 压入式通风 不超过 15 吸出式通风 不超过 5 压入局扇 不超过 15 混合式通风 吸出主扇 距工作面距离视开挖方法而定一般不大于 70 一台风机连接风管的极限长度估算 表 16 风管有效距离m 风管末端排风量m3/s 风机型号 JBT 型或 JF 型 风管直径 mm 铁风管 软风管 2.83.0 51 500 630 750 140100 450300 650450 12095 310200 500300 2.83.0 52 500 630 750 250190 560380 800500 220140 450300 700400 2.83.0 61 500 630 750 220160 750500 800750 200150 600400 950600 2.83.0 62 500 630 750 300200 1200700 1500900 250180 800650 1200800 4.55.0 61 500 630 750 11050 420250 780450 8050 270190 600350 4.55.0 62 500 630 750 23060 750300 900550 19060 450190 750450 16 2.4.2 通风机 2.4.2.1 风机的选择 1根据计算风量 Q 和风压 h总结合通风方式及布置选择风机的类型一般多选用轴流式风机 2根据网络阻力特性曲线按照产品样本所提供的风机性能曲线或性能表确定风机的型号及工况点 3为使风机运转平稳轴流式风机选用的最大风压不宜超过其性能曲线峰点处最大压力的 0.9 倍且须位于驼峰的右侧 4选择局扇时须与风管直径的选择相结合。一般风机的直径不宜大于风管的直径 5长距离风管送风时为满足风压的要求可采用相同型号风机等距离间隔串联方式。这样既便于施工并能减小风流对风管壁的压力有利于风管的轻型化 6有时为满足风量的要求可采用两台同型号风机并联。此时可用单路大直径风管送风也可用两路较小直径的风管送风但要进行综合比较确定。2.4.2.2 电动机功率 N BQhN=21102 19 式中 Q风机工况点风量m3/s h坑道总负压风机工况点风压 daPa 102功的换算值102kgm=1kW 17 1与风机工况点对应的效率静压效率 查性能曲线图 2机械效率皮带转动时为 0.90.97计算时一般取0.95 B电机容量贮备系数见表 17。电机容量贮备系数 表 17 电 机 容 量 B 值 在 1.0kW 以内时 2.0kW 5.0kW 在 5.0kW 以上时 1.5 1.4 1.3 1.2 2.5 设备安装 2.5.1 风机一般安装在拱顶可固定在拱圈衬砌上或以锚杆固定在围岩上。固定在拱圈上时应检算衬砌的受力情况必要时要加强衬砌。以锚杆固定在围岩时应注意锚杆施工质量、耐久性与渗漏水问题。2.5.2 风机安装时支承风机本体的结构强度包括基础螺栓与锚杆应为实有荷重的 15 倍以上。基础螺栓或锚杆在风机安装前应作载荷试验或拉拔试验。3、应注意的质量问题 3.1 风管吊挂平直拉紧吊牢不出现褶皱。3.2 发现风管破损应及时修补或更换。3.3 定期测试通风量、风速、风压检查通风设备的供风能力和动力消耗。3.4 通风机应装有保险装置当发生故障时能自动停机。18 4、通风质量标准 4.1 通风防尘卫生标准 4.1.1 开挖工作面进风流中按体积计 1 氧气O2不得低于 20 2 二氧化碳CO2不得超过 0.5。4.1.2 洞内每立方米空气中粉尘最高容许浓度 1 含 10%以上游离二氧化硅的粉尘为 2mg 2 含 10%以下游离二氧化硅的粉尘为 10mg 3 含 10%以下游离二氧化硅的水泥粉尘为 6mg。4.1.3 空气中有害气体最高容许浓度见表 18。空气中有害气体最高容许浓度 表 18 最高容许浓度 有害气体%mg/m3 附注 一氧化碳 CO 0.0024 30 氧化物换算 二氧化氮 NO2 0.00025 5 在作业时间短暂时一氧化碳浓度放宽值 作业时间 1h 以内为 50mg/m3 0.5h 以内为 100mg/m3 1525min 为 200mg/m3 在上述条件下反复作业时两次作业时间须间隔 2h 以上 4.1.4 瓦斯CH4 1 从其它工作面进来风流中瓦斯浓度不得超过 5%2 总回风道或一翼回风道风流中 瓦斯浓度不得超过 0.75%4.1.5 洞内供风量按每人每分钟供给新鲜空气 3m3采用内燃机作业每 1kW 供风量不宜小于 3m3/min。4.1.6 风速要求全断面包括竖井开挖时应不小于 0.15m/s坑道内不小于 0.25m/s均不应大于 6m/s。19 4.1.7 洞内工人作业地点的空气温度不得超过 280C。4.1.8 洞内工人作业地点噪声不得超过 90dB(A)。4.2 有害气体浓度单位换算见表 19。有害气体浓度单位换算 表 19 一氧化碳 硫化氢 二氧化碳 二氧化氮 名 称 符 项 目 号 CO H2S SO2 NO2 换算公式 分子量 M 28 34.09 64.07 46.01 单位换算 换算系数 百分比换算毫克%mg 12.5 15.2 28.6 20.5 毫克换算百分比 mg%0.08 0.0657 0.035 0.0487 mgKMK=104.22%4.2210KMKmg=