簡論隧道掘進通風和隧道風量范文

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一、隧道掘進通風方法

隧道掘進通風方法分為用自然風壓通風和采取動力設備的通風方法。自然風壓通風在短隧道中采用較多，一般通風時間較長，但不產生任何安裝維護費用。在實際施工中，要采取措施檢測工作面的空氣質量。如果沒有足夠的風壓，需要較長的通風時間時不得采用。采取動力設備通風，按照工作方式分為壓入式通風、抽出式通風和混合式通風。

1.壓入式通風

工作面爆破后，煙塵充滿迎頭，形成了一個炮煙拋擲區。風流由風筒射出后，按紊動射流的特性，使炮煙被卷吸到射出的風流中，二者摻混共同向前移動，風流從風筒出口到轉向點的距離叫有效射程Lj。為了能有效排出炮煙，風筒出口與工作面的距離應≤Lj，否則會在工作附近出現煙流停滯區。根據理論分析和實踐經驗，壓入式通風風筒出口到工作面的距離Lp為：Lp≤Lj=（4～5）S，m。式中：S為掘進隧道斷面積，m2。

2.抽出式通風

新鮮風流由巷道流入，污風通過鐵風筒排出。這種通風方式在風筒吸口附近形成一股流入風筒的風流，離風筒越遠速度越小，這個距離即為有效吸程Ls，有效吸程外的炮煙處于停滯狀態。抽出式通風風筒口到工作面的距離Lc須滿足：Lc≤Ls=1.5S，m。上述兩種方式各有利弊。壓入式通風由于風機處于隧道口外新鮮風流中，在有瓦斯的隧道運轉安全；風筒出口有效射程長，排煙能力強，工作面的通風時間短。但這種通風方式的污風都沿隧道排出，污染范圍廣。抽出式通風的優缺點與壓入式相反，可以解決大面積污染問題。另外，其在機械化程度不斷提高和光面爆破技術的推廣、粉塵越來越嚴重的情況下尤其重要。

3.混合式通風

它是由壓入式和抽出式聯合工作，兼有二者的優點。這種通風效果好，適用于大斷面、長距離的隧道掘進。（A）為長壓短抽式，以壓入式通風為主，靠近工作面一段用抽出式通風，配備有除塵裝置，風筒重疊段風速V＞0.5m/s（排瓦斯）或V＞0.15m/s（除塵）。其優點是主要采用柔性風筒，成本低；缺點是除塵器常隨風筒移動，且增大通風阻力，除塵效果較差時使隧道受到一定程度的污染。（B）為長抽短壓式，以抽出式通風為主，不需要配備除塵裝置，能夠解決隧道通風的污染問題。但抽出段要用帶剛性骨架的柔性風筒或硬質風筒，成本較高。

二、隧道掘進工作面所需風量計算

對于隧道開挖工作面所需要的風量，除了考慮炸藥消耗量外，還要考慮通風時煙流流動和稀釋過程的關系，而這種關系又和通風方式有關。

1.壓入式通風

工作面所需風量或風筒出口的風量應為：3Qp7.8A(ld*S)2/t,m3/min（1）式中：t為通風時間，min；A為一次爆破的炸藥消耗量，kg；S為隧道掘進斷面積，m2。Ld從工作面至炮煙被稀釋到安全濃度的距離，可按下式計算：Ld=400A/S，m。當掘進隧道的長度小于Ld時，用隧道長度置換Ld。

2.抽出式通風

工作面所需的風量為：Qb18A*Sl/tt,m3/min（2）式中：lt為炮煙拋擲長度，m。它取決于起爆方式和炸藥消耗量，即電雷管起爆時，lt=15+A/5，m；火雷管起爆時，lt=15+A，m

3.混合式通風

在長抽短壓的通風方式中，應滿足抽出式風筒入口的風量Qbc大于壓入式風筒出口的風量Qbp，以防止循環風和維持風筒重疊段內的隧道中具有排塵或稀釋污風的最低速度。因此，應先用（1）式計算Qbp，再用下式計算Qbc：Qbc=Qbp+60VS，m3/min（3）式中：V為排塵的最低風速0.15～0.25m/s；或稀釋污風的最低風速0.5m/s；S為風筒重疊段的隧道面積，m2。一般應使Qbc:Qbp=3:1～5:1為宜。在長壓短抽的混合布置方式中，為防止產生循環風和滿足重疊段具有最低風速，要求Qbp＞Qbc。所以，先用（2）式計算Qbc，再用下式計算Qbp：Qbp=Qbc+60VS，m3/min（4）

4.用以上各式計算的風量都要進行驗算

（1）除塵最低風速0.15m/s，最低風量≥9Sm3/min，最大風速4m/s（對最大風速的規定各種規范不統一，公路工程施工安全技術規程并未做出規定，可采用礦山巖巷掘進標準）；（2）粉塵濃度≤2mg/m3，O2≥20%，CH4或CO2≤0.5%，CO≤30mg/m3，隧道施工應保證每人每分鐘供給新鮮空氣1.5～3m3。

三、隧道掘進通風設備的選擇

1.風筒的選擇

（1）風筒的種類掘進通風采用的風筒有金屬風筒和帆布、膠布、人造革等柔性風筒。柔性風筒重量輕，易于儲存和搬運，連接懸掛簡便，膠布和人造革風筒防水性能好，但柔性風筒只適用于壓入式通風。為了滿足抽出式通風的要求，可以采用以金屬整體彈簧鋼絲為骨架的塑料布風筒。

（2）風筒的風阻風筒的風阻包括摩擦風阻Rf和局部風阻Rf，金屬風筒采用法蘭盤連接可以不考慮接頭風阻。實際施工當中，風阻較難用公式進行精確計算，一般都是根據實測百米風阻作為衡量風筒管理質量和設計的數據。我們在隧道施工通風選型時，主要考慮的就是風筒的漏風。

（3）風筒的漏風一般情況，金屬風筒的漏風主要在接頭處。膠布、帆布風筒不僅接頭，而且全長都存在漏風。所以，漏風屬于連續漏風。風筒漏風使風筒始端風量（即風機工作風量Qf）與風筒末端風量（即工作面風量Q）不等，其差值即為風筒的漏風量Ql。風筒始末兩端風量的幾何平均值為風筒的平均風量，即Qa=Q*Qf，m3/s。

1）風筒漏風率La=Ql/Qf×100，%。La反映了風筒的漏風情況，但不能作為比較的指標，常采用百米漏風率La100；La100=（Qf-Q）/（Qf×L/100），%。式中：L為風筒的使用長度，m。一般要求，柔性風筒的百米漏風率應滿足表1的數值。

2）風筒的有效風量率Ef，指工作面風量占風機工作風量的百分數，即Ef=Q/Qf×100，%。

3）風筒漏風備用系數φφ=Qf/Q=100/Ef=1/（1-La），φ也可以按以下方法計算。其中，金屬風筒φ=（1+KDnR0L/3）2。式中：K相當于直徑1m的金屬風筒每個接頭的漏風系數，須實測得出；D為風筒的直徑，m；N為風筒接頭數，個；R0為風筒延米風阻，N•s2/m8；L為風筒全長，m。柔性風筒φ=1/（1-nLi）式中：n為風筒接頭數，個；Li是一個接頭的漏風率，插接時Li=0.01～0.02，羅圈反邊連接時Li=0.005。在選擇風筒直徑時，須考慮送風量、送風距離以及隧道斷面的大小等因素，經計算后綜合考慮。

2.風機選擇

常用的風機有軸流式和離心式兩種。軸流式風機體積小，便于安裝和串聯運轉，效率較高，但噪音較大。風機選型考慮的參數主要有風機工作風量Qf和風機工作風壓hf。

（1）根據掘進工作面所需的風量和風筒的漏風情況，計算風機工作風量Qf=φ×Q，m3/s。

（2）風機工作風壓hf風機的工作風壓用于克服風筒的通風阻力，由于風筒漏風，計算風筒通風阻力時應通過風筒的平均風量計算。壓入式風機工作風壓要用風機的全風壓hft，hft=Rp×Qa2=Rp×Qf×Q，Pa。式中：Rp為壓入式風筒的總風阻，hfs=Rc×Qa2=Rc×Qf×Q，Pa。式中：Rc為抽出式風筒的總風阻。風機的選型可根據上面算得的Qf和hf值，選擇合適于相應隧道施工的風機。

作者：何琨單位：貴州高速公路集團有限公司