浅谈长大高瓦斯隧道通风技术要求

【摘要】 针对长大高瓦斯隧道通风问题，本文以渝黔土建7标新凉风垭隧道出口为例，详细介绍了高瓦斯隧道通风设计和布置，为铁路高瓦斯隧道安全施工提供了参考。

【关键词】 高瓦斯隧道通风设计布置

中图分类号：U45文献标识码： A

1工程概况

重庆至贵阳线扩能改造工程新凉风垭隧道起止里程为DK149+846～DK157+464，全长7618m，为双线铁路隧道。隧道DK155+413～588段隧道洞身通过含煤地层，为瓦斯突出工区，瓦斯绝对涌出量为3.02m³/min，压力为0.45～1.5Mpa。进出口均设平导，平导位于线路左线左侧30m，其中进口平导长4699.982m，出口平导长1848.665m，两平导间预设计泄水洞连通。出口正洞、出口平导工区设计为高瓦斯工区。

2隧道施工通风方案目的

2.1通风设计标准

隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：

2.1.1空气中氧气含量，按体积计不小于20%。

2.1.2粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不大于2mg。每立方米空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不大于4mg。

2.1.3瓦斯隧道装药爆破时，爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度小于0.5%；总回风道风流中瓦斯浓度小于0.5%。开挖面瓦斯浓度大于0.5%时，所有人员撤至安全地点并加强通风。

2.1.4有害气体最高容许浓度：

一氧化碳最高容许浓度为30mg/m³；在特殊情况下，施工人员必须进入开挖工作面时，浓度可为100mg/m³，但工作时间不大于30min；二氧化碳按体积计不大于0.5%；氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m³以下。

2.1.5隧道内气温不高于28℃。

2.1.6隧道内噪声不大于90dB。

2.1.7隧道施工通风能提供洞内各项作业所需的最小风量，每人供应新鲜空气4m³/min。

2.2高瓦斯工区通风要求

2.2.1瓦斯隧道各掘进工作面采用独立通风，严禁任何两个工作面之间串连通风。

2.2.2瓦斯隧道需要的风量，按照爆破排烟、同时工作的最多人数以及瓦斯绝对涌出量分别计算，并按允许风速进行检验，采用其中的最大值。

2.2.3瓦斯隧道施工中，对瓦斯易于集聚的空间和衬砌模板台车附近区域，采用空气引射器、气动风机等设备，实施局部通风，消除瓦斯聚集。

2.2.4瓦斯隧道在施工期间，实施连续通风。因检修、停电等原因停机时，撤出人员，切断电源。恢复通风前，检查瓦斯浓度，压入式局部通风机及其开关地点附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开动局部通风机。

2.2.5采用平行导坑作风道，除用作回风的横通道外，其它不用的横通道及时封闭。

2.2.6瓦斯隧道各工区在贯通前，做好风流调整的准备工作。贯通后，调整通风系统，防止瓦斯超限，待通风系统风流稳定后，恢复工作。

2.2.7瓦斯隧道施工中防止瓦斯集聚的风速不小于1m/s。

2.3瓦斯工区通风设备配置

2.3.1压入式通风机设在洞外据洞口不小于30m处或洞内新风流中，避免污风循环。瓦斯工区的通风机设两路电源，并装风电闭锁装置，当一路电源停止供电时，另一路在15min内接通，保证风机正常运转。

2.3.2瓦斯工区，有一套同等性能的备用通风机，并经常保持良好的使用状态。

2.3.3瓦斯突出隧道掘进工作面附近的局部通风机，实行专用变压器、专用开关、专用线路及风电闭锁、瓦电闭锁供电。

2.3.4瓦斯隧道采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖面的距离小于5m，风管百米漏风率不大于2%。

3通风量的计算

3.1出口工区正洞(瓦斯工区)

(1)按洞内允许最低风速计算风量。

Q1＝60VS＝60s×0.25m/s×120=1800m³/min

式中：V―保证洞内稳定风流的最小风速，瓦斯隧道取0.25m/s；

S―开挖断面120m²。

(2)按洞内最多人数计算风量

洞内最多人数按100人计算

Q2＝k・m・q=1.2×100人×4m³/min＝480m³/min。

式中：k－风量备用系数，取值1.2。

m－洞内同时工作人数。

q－洞内每人每分钟需要新鲜空气量，按4m³/min计。

(3)按爆破最多用药量计算风量

Q3＝（5Ab）/t＝（5×320kg×35.35m³/kg）/40min=1524m³/min

式中：A－同时爆破的炸药量。

b－1kg炸药折合成有害气体的体积，取值35.35m³/kg。

(4)按瓦斯绝对涌出量计算

Q4＝K2・Q绝／（Bｇ允－Bｇ送）＝1.6×3.02/0.005=966.4m³/min

式中：K2―风量备用系数，考虑隧道掘进断面不平、风筒漏风、瓦斯泄漏不均衡等因素，取K2＝1.6；

Q绝―瓦斯绝对涌出量，取实测数据，选取隧址地区周边煤矿瓦斯等级鉴定结果最大值高岗煤矿绝对涌出数量3.02m³/min，在施工中按实测值进行调整；

Bｇ允―工作面允许瓦斯浓度，根据煤矿安全规程取0.5%；

Bｇ送―送入风流中瓦斯浓度，新鲜风流瓦斯浓度为0。

(5)实际所需风量

经以上计算：

Q需=max（Q1、Q2、Q3、Q4）=1800m³/min

(6)风压计算

①动压∑ｈ动m

动压一般取50Pa，考虑上坡施工的高程压力修正，计算动压取150Pa；

②局压∑ｈ局m

局部压力损失一般按沿程压力损失的10％估算。

③沿程压力∑ｈ沿m

∑ｈ沿m＝6.5aLQg/D（Pa）

式中：a-风道摩擦阻力系数，取a＝3×10-4；

L-风道长度（m）,取L=1500m；

Q-风机风量（m³/s）,取 1800m³/min =30m³/s；

g-重力加速度，取9.81m/s²；

D-管道直径（m），风管直径D=1.8m。

∑ｈ沿m＝6.5aLQg/D=6.5×3×10-4×1500×30×9.81/1.8=479（Pa）

④通风阻力

通风阻力ｈ阻m＝∑ｈ动m＋∑ｈ局m＋∑ｈ沿m=150+0.1×479+479=677（Pa）

3.2巷道式通风风量计算

3.2.1经验公式计算

⑴ 射流通风量计算

射流通风技术引入施工通风之中，计算方法与运营通风略有不同：

（3-1）

式中： ―射流风机台数；

―通风阻力（Pa）；

―射流风机推力（Pa）。

（3-2）

式中：―局部阻力系数，计算时可以忽略；

―隧道内不同地段沿程摩擦阻力系数，隧道在喷护后可按0.10～0.20取值；，为隧道壁粗糙度（mm）；

―隧道内不同洞段长度（m）；根据新凉风垭隧道横通道设置位置取500m；

―隧道内不同洞段水力直径（m）；，式中及分别为隧道面积（）和周长（m）根据该隧道特征分别取面积87和周长35m计算；则=9.95；

―隧道内所需满足的风速（m/s）；按照①《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）第15.1.4条规定：隧道施工通风的风速，全断面开挖时不应小于0.15m/s,在分布开挖的坑道中不应小于0.25m/s。②《煤矿井工开采通风技术条件》（AQ1028-2006）第4.2.4条规定：采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷最低风速为0.25m/s。因本隧道横洞工区为瓦斯突出工区，其他工区也不排除出现瓦斯溢出现象的可能，本隧道施工通风的最小风速按0.25m/s考虑；

―空气容重（kg/m³），取1.2；

综上所述，则=8.88。

（3-3）

式中：―喷流系数取0.85；

―射流风机出口风速（m/s）；取SDS-№6.3射流风机33.2 m/s；

――面积比；。为射流风机的出口面积（m2），取SDS-№6.3射流风机0.63 m2。为隧道横断面积（m2），取87。则=0.0074；

―速度比。=0.25/33.2=0.0075；

综上所述，则=8.25。

综合（3-1）、（3-2）、（3-3），射流风机台数，根据实际情况，为增加洞内风速及空气循环一般取2台。

3.2.2 经验法确定

射流通风所需台数，一般计算只能作为参考，通常按经验进行布置。其所需风机数量与断面大小、通风要求、通风距离、工序安排相关。巷道式通风可安排多工序平行作业，即进出风洞均可安排工序。

断面小于50m2及以下，进风洞可按1000～1200m布置一台；出风洞可按500～800m布置一台，其洞内平均风速可达1.2～1.5m/s。

断面在50～150m2时，进风洞按500～800m布置一台；出风洞可按300～500m布置一台，其洞内风速可达1.0～1.2m/s。

当平均风速要求高于1.5m/s时，可以缩短射流风机间距，其实际间距通过现场试验确定。

风机数量按上述原则进行布置即可。

机选择

据计算的风量、风压结果，我们选用洛阳高林隧道环境控制技术有限公司生产的“穿山甲”牌变级多速SD-N012.5型风机，电机功率110×2kw/台，每台通风量1086～2100m³/min，风压1480～5534 Pa。风机最大通风量为2100m³/min，大于所需风机最大风量1800m³/min。风机风压5534Pa所需风机最大风压1105Pa，其风量、风压及其它参数均满足施工要求。并配备SD-N012.5型轴流风机导流，风机及轴流风机在隧道施工期间均在保质期内，满足隧道进洞至隧道贯通的通风要求。

5通风布置

隧道通风按三个阶段划分：第一阶段洞口至14#横通道贯通前，采用压入式通风；第二阶段14#横通道贯通后至平导终点采用巷道式通风；第三阶段正洞进入煤层段采用巷道式加强通风。如在通风第一阶段，检测出瓦斯，则转换成巷道式通风，参照第二阶段通风布置。

(1)隧道出口施工通风第一阶段

正洞在隧道洞口布置1台SD-N012.5型轴流风机对正洞掌子面进行压入式通风；平导在隧道洞口布置2台SD-N012.5型轴流风机分别对平导、平导进正洞掌子面进行压入式通风。通风平面布置如图5-1所示。

图5-1出口工区第一阶段巷道式通风平面布置示意图

(2)隧道出口施工通风第二阶段

在主洞距14#横通道80～100m位置布置2台SD-N012.5型轴流风机分别对正洞、平导掌子面通风。在主洞、平导与横通道交叉口适当位置配置射流风机导流，确保污浊空气从平导（回风巷）流出。通风平面布置如图5-2所示。

图5-2出口工区第二阶段巷道式通风平面布置示意图

(3)隧道出口施工通风第三阶段

隧道出口施工DK155+413～+588段洞身通过含煤地层瓦斯突出地段，该段施工采用两台SD-N012.5型轴流式通风机同时对正洞掌子面进行通风。在主洞与13#横通道交叉口适当位置配置射流风机导流，确保污浊空气从平导（回风巷）流出。通风平面布置如图5-3所示。

图5-3进口工区第三阶段巷道式通风平面布置示意图

6施工通风检测

6.1检测地点

隧道洞身开挖掌子面、通风口、出口、转弯段、渐变段、突变段。

检测方法：用机械电子风速议测定。

6.2风速测定

（1）仪器

选用CFJD中速风表（0.5～10m/s）进行测定。如图8-1所示。

（2）风速测定方法

在隧道横断面上按着一定路线均匀地测定，测得隧道平均风速。测风时按定点法（即将隧道断面分为若干格、风表在每格内停留相等的时间）进行测定，然后求算出平均风速。图8-3所示为风速测定点布置示意图。

6.3通风安全信息及数据处理

6.3.1通风系统检验

通风测试小组，对通风系统相关位置的动压、静压、风速等进行测定，并对所测数据进行分析比较：

（1）工作面风量（）

式中：―工作面风速(m/s)；

―巷道断面积；

供给瓦斯隧道掘进工作面的新鲜风量，依照下述各种条件进行验算，并取其最大值，作为该用风地点的供风量。①按该用风地点同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m³；② 按该用风地点的风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其他有害气体的浓度，风速以及温度等都符合有关规定要求，分别计算，取其最大值。

（2）百米漏风率（%）

式中：―风机供风量(m³/min)；

―风筒末端风量=工作面风量(m³/min)；

―风筒长度(m)。

《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）要求：瓦斯隧道采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖面的距离应小于5m，风管百米漏风率应不大于2%。

结语;安全与环境状态评估要建立风速、风量、瓦斯浓度等作业环境气象参数作为瓦斯隧道作业环境的安全与状态评价指标，根据日常监测结果，对隧道安全状态进行大致评估。当测定结果符合标准时，认为环境是安全的、良好的。否则，采取相应措施直至达到标准要求。

影响隧道施工通风系统稳定性的主要因素包括通风网络、通风设施和通风动力装置三大部分，通风网络主要要求结构及通风阻力分布合理，通风设施主要要求质量和布置合理，通风动力装置包括主要通风机装置（辅助通风机）和局部通风机运行可靠。总之隧道施工通风系统稳定性，安全与环境状态是最重要的。