浅谈长大高瓦斯隧道通风技术要求

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

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；