隧道施工通风方式的选择 2004

2004 年 第6期
李永生
:隧道施工通风方式的选择
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长 ,对作业人员健康不利 ,一般不宜采用 。 1. 2 机械通风
机械通风包括多种方式 ,一般根据隧道的长短 、是否存在辅 助坑道和自然地质条件来选择不同的通风方式 。 1. 2. 1 管道式通风
管道式通风考虑到漏风和风阻的变化影响 ,一般只适用于 独头通风较短的隧道 ,可供选择的方式有三种 ,即压入式 、抽出式 和混合式 。 1. 2. 1. 1 压入式通风
配备防爆风机 ,成本比较高 。另外 ,与抽出式相仿的使用柔性风
管的通风方式还有压出式 ,如图 4 所示 ,但此方法在开挖时风机
随工作面的推进需不断前移 ,并且放炮时飞石易击坏通风设备 ,
图 6 前压后抽式通风示意图
(3) 前抽后压方式 :如图 7 所示 ,以抽出式通风为主 ,抽出风 管口靠近工作面 ,巷道中设一段压入式风管 ,其出风口在抽出风 口后面 。其优缺点与前压后抽式相同 ,只是此通风方式一般在井 巷工程中应用 。 在混合式通风中 ,压入式风机的风量要比抽出式小 ,有时可 用引射器代替 ;压入式风管出风口距工作面的距离按 (4) 式计算 ; 为避免污风循环 ,压入式风机进风口与抽出式风管吸风口 (或压 出式风机吸风口) 的重合距离应 ≥10m ,并且尽量使排出的污风 处于下风向 。
巷道式通风主要是针对在长大隧道施工中开设有各种辅助坑 道的情况 ,如平行导坑 (简称平导) 、斜井 、竖井和钻孔等 。如果没 有辅助坑道 ,施工通风只能选择前面所介绍的几种管道式通风 ;如 果设有辅助坑道 ,则施工通风就要针对不同的辅助坑道并根据施 工方法和设备条件等选择不同的通风方式 。充分利用辅助坑道进 行施工通风 ,将会大大缩短独头通风的距离 ,降低施工成本 。 1. 2. 2. 1 利用斜井 、竖井或钻孔进行施工通风
此通风方式 。
1. 2. 1. 2 抽出式通风
其布置如图 3 所示 ,风机和启动装置安设在距隧道口 30m
以外的下风向 ,新鲜风流沿隧道流入 ,污风经风管由风机抽出 。
图 5 长压短抽式通风示意图
(2) 前压后抽方式 :如图 6 所示 ,以抽出式通风为主 ,靠近工 作面设一段压入式通风 。此通风方式可使整条隧道不受烟尘污 染 ,但主要使用刚性风管 ,成本较高 。此通风方式也较适用于有 轨运输施工的隧道 。
式中 ρ: 0 ———大气平均密度 。
由于温度随四季变化的地表空气进入井下必与各种热源进
行热交换 ,致使井下的空气密度不断发生变化 ,造成进回风两列
空气柱的重力不平衡 。因而产生能量差克服通风阻力 ,推动气流
沿井巷流动 。产生的能量差就是自然风压 ,其大小主要取决于进
回风两侧空气的温度差和井巷深度 ,空气温度对其影响较小 。温
图 10 竖井 (或斜井或钻孔) 自然通风示意图
1. 2. 2. 2 利用平行导坑进行施工通风 正洞与平导开挖初期还没有横通道联通时 ,其通风与管道
式通风相同 ,均为独头通风 。当开挖到一定长度 ,正洞与平导通 过横通道联通时才能形成一个完整的通风系统 ,图 11 和图 12 为 渝怀铁路圆梁山隧道施工过程中的通风示意图 。
风管出风口距开挖工作面的距离根据理论分析和实践证明
可以用下式确定 :
lp = (4～5) S
(4)
式中 :lp ———风管出风口距开挖工作面距离 ,m ; S ———隧道净断面面积 。
此通风方式采用的是柔性风管 ,成本比较低 ,但其缺点是污
风流经整条隧道后排出洞外 。一般无轨运输施工的隧道多采用
总第 97 期
西部探矿工程
series No. 97
2004 年第 6 期
WEST - CHINA EXPLORA TION EN GIN EERIN G
J une. 2004
文章编号 :1004 —5716 (2004) 06 —0086 —04
∫ hr =
1 5
dp ρ
-
v25 2
(1)
因出风口处
5
点的单位质量速压
(
v25 2
)
为出口的能量损失
,
可计为通风总阻力的一部分 ,而克服通风总阻力所需要的能量
即为自然风压 ,则自然风压为 :
∫ hn =
1 dp 5ρ
(2)
则单位体积空气所产生的自然风压为 :
∫ hn =ρa
1 dp 5ρ
(3)
式中 ρ: a ———空气平均密度 。
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No. 6
竖井或钻孔的通风布置与斜井基本相似 ,这里不再赘述 。需 要特别指出的是 ,当隧道与地面的高差较大或竖井 (或斜井或钻 孔) 井口与隧道口的标高差较大时 ,可以利用自然风压通风 ,不用 安设抽出式风机 ,如图 10 所示 。但由于自然风压随季节和地面 气候变化较大 ,此方式要慎重采用 ,多数情况下必须安设抽出式 风机 ,且风量应大于压入式风机的风量 。
中图分类号 :U45315 文献标识码 :B
隧道施工通风方式的选择
李永生
(中铁隧道集团科研所 ,河南 洛阳 471009)
摘 要 :对隧道施工通风的方式进行了归纳总结 ,就如何针对不同的施工条件选择相应的通风方式进行了介绍 ,并提出 了一些发展建议 。 关键词 :隧道 ;施工通风 ;通风方式 ;选择
用对于节能是非常有利的 。另外 ,有些极短的隧道开挖完全依靠
空气扩散来换气通风 ,此方式也可归入自然通风 ,但换气时间较
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中 ,进风口和出风口标高差为 Z1 —2 ,此高差内空气密度平均值为 ρ1 —2 ;3 至 4 段为最低标高的水平巷道 ;2～3 段和 4～5 段的标高 差分别为 Z2 —3和 Z4 —5 ,空气密度平均值分别为ρ2 —3 和ρ4 —5 。根 据能量变化方程可知 1～5 点的阻力为 :
∫ hr =
1 5
差越大 、井巷越深 ,自然风压越大 。
自然通风 方 式 因 受 自 然 条 件 和 施 工 方 法 的 影 响 和 限 制 很
大 ,所以在隧道施工中很少应用 ,主要应用于矿山开采的井巷工
程和部分短隧道的运营通风中 。选择此方式通风必须掌握气候
条件和自然风压的变化规律 ,防止风流反向 。此方式一旦得以应
在图 11 中新风由平导流入 ,平导内产生的污浊空气经 3 通 由正洞排出 。这里的通风系统采用了射流通风技术 ,在平导中 2 通与 3 通之间布置了两台射流风机 ,利用其射流 、卷收和诱导作 用使巷道中的气流升压 ,将工作面产生的污浊空气压入 3 通 ,再 经正洞排出 。0 通是为方便运输而开设的 ,为防止污风循环采用 了小功率射流风机进行封堵 。此通风方式中风机是随着前面横 通道的贯通逐渐前移的 ,后面的横通道可根据需要选择射流风 机 、风墙 、风帐或风门封堵 ,应尽量减小漏风 、避免发生污风循环 , 为了有利通风和正洞施工 ,一般风机都安设在平导内 ,即平导进 风 、正洞回风 。此通风方式通过利用平导大大缩短了风管的长 度 ,降低风阻和漏风率 、保证充足的风量 ;其缺点是正洞长期处于 污风之中 。要改善这种状况 ,可增加除尘装置或将前面介绍的混 合式通风 (即抽 、压结合) 应用于此 ,但成本会提高很多 。图 12 是 在图 11 的基础上 ,当施工进入下一阶段的情况 ,其形式大同小 异 ,不再赘述 。 另外 ,利用平导进行施工通风还有一种方式 ,是将平导洞口 设一风门 ,在平导外侧通过另设风道来安设大功率主扇 ,平导和 横通道内再通过安设局扇来向各工作面送风 。图 13 为大瑶山隧 道进口施工过程中的通风示意图 。此通风方式与前面介绍的圆 梁山隧道施工通风有相似之处 ,只是其缺点除了正洞长期处于 污风之中外 ,还有应用大功率主扇耗电量非常大 ,风门漏风和横 通道封闭不严使部分风流短路 ,浪费的能量过多 。考虑到节能 、 降低成本和操作的方便性 ,此通风方式现已很少采用 。 2 结束语
布置方式又分为长压短抽方式和长抽短压方式 ,而后者又分为 前压后抽式和前抽后压式 。
(1) 长压短抽方式 :如图 5 所示 ,以压入式通风为主 ,靠近工 作面一段用抽出式通风 ,抽出式通风要配备除尘装置 。一般用在 开挖工作面粉尘特别多的工点 ,主要使用柔性风管 ,成本较低 ,但 除尘器要经常随风管移动 ,并且增大了通风阻力 ,除尘效果差时 , 未除掉的微尘和污风会使全隧道受到污染 。在隧道施工中很少 应用此通风方式 。
无论是在隧道施工开挖时 ,还是在井巷工程的巷道掘进中 , 为了稀释和排出岩体涌出的有害气体 、爆破产生的炮烟和粉尘 , 保持良好的空气条件 ,必须对开挖工作面进行通风 ,即向工作面 送入新鲜风流 ,稀释和排出污浊空气 。但是 ,如何才能充分利用 现有条件 ,使通风效果达到最佳 、成本降到最低呢 ? 这就需要首 先对通风方式进行合理的选择 。 1 通风方式的分类与选择
dp ρ
+
v21
2
v25
+
( Z1 - 2 + Z2 - 3 -
Z4 - 5 ) g
式中 :hr ———通风阻力 ; dp ———单位质量空气静压 ; ρ———空气密度 ;
v1 ———进风口风速 ;
v5 ———出风口风速 ;
g ———重力加速度 。
上式中 ,因 v1 = 0 ; Z1 —2 + Z2 —3 - Z4 —5 = 0 则有
通风方式按照通风的动力划分 ,可分为自然通风和机械通风。 1. 1 自然通风
在气压 、温度和自然风力等各种自然因素的作用下 ,使空气 获得能量 ,并沿井巷流动的现象 ,称为自然通风 。而借助于自然 因素产生的使空气流动的能量 ,称为自然风压 。
图 1 自然通风示意图
下面举例介绍一下自然通风原理 ,在图 1 所示的地下井巷