简论隧道掘进通风和隧道风量范文

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一、隧道掘进通风方法

隧道掘进通风方法分为用自然风压通风和采取动力设备的通风方法。自然风压通风在短隧道中采用较多，一般通风时间较长，但不产生任何安装维护费用。在实际施工中，要采取措施检测工作面的空气质量。如果没有足够的风压，需要较长的通风时间时不得采用。采取动力设备通风，按照工作方式分为压入式通风、抽出式通风和混合式通风。

1.压入式通风

工作面爆破后，烟尘充满迎头，形成了一个炮烟抛掷区。风流由风筒射出后，按紊动射流的特性，使炮烟被卷吸到射出的风流中，二者掺混共同向前移动，风流从风筒出口到转向点的距离叫有效射程Lj。为了能有效排出炮烟，风筒出口与工作面的距离应≤Lj，否则会在工作附近出现烟流停滞区。根据理论分析和实践经验，压入式通风风筒出口到工作面的距离Lp为：Lp≤Lj=（4～5）S，m。式中：S为掘进隧道断面积，m2。

2.抽出式通风

新鲜风流由巷道流入，污风通过铁风筒排出。这种通风方式在风筒吸口附近形成一股流入风筒的风流，离风筒越远速度越小，这个距离即为有效吸程Ls，有效吸程外的炮烟处于停滞状态。抽出式通风风筒口到工作面的距离Lc须满足：Lc≤Ls=1.5S，m。上述两种方式各有利弊。压入式通风由于风机处于隧道口外新鲜风流中，在有瓦斯的隧道运转安全；风筒出口有效射程长，排烟能力强，工作面的通风时间短。但这种通风方式的污风都沿隧道排出，污染范围广。抽出式通风的优缺点与压入式相反，可以解决大面积污染问题。另外，其在机械化程度不断提高和光面爆破技术的推广、粉尘越来越严重的情况下尤其重要。

3.混合式通风

它是由压入式和抽出式联合工作，兼有二者的优点。这种通风效果好，适用于大断面、长距离的隧道掘进。（A）为长压短抽式，以压入式通风为主，靠近工作面一段用抽出式通风，配备有除尘装置，风筒重叠段风速V＞0.5m/s（排瓦斯）或V＞0.15m/s（除尘）。其优点是主要采用柔性风筒，成本低；缺点是除尘器常随风筒移动，且增大通风阻力，除尘效果较差时使隧道受到一定程度的污染。（B）为长抽短压式，以抽出式通风为主，不需要配备除尘装置，能够解决隧道通风的污染问题。但抽出段要用带刚性骨架的柔性风筒或硬质风筒，成本较高。

二、隧道掘进工作面所需风量计算

对于隧道开挖工作面所需要的风量，除了考虑炸药消耗量外，还要考虑通风时烟流流动和稀释过程的关系，而这种关系又和通风方式有关。

1.压入式通风

工作面所需风量或风筒出口的风量应为：3Qp7.8A(ld*S)2/t,m3/min（1）式中：t为通风时间，min；A为一次爆破的炸药消耗量，kg；S为隧道掘进断面积，m2。Ld从工作面至炮烟被稀释到安全浓度的距离，可按下式计算：Ld=400A/S，m。当掘进隧道的长度小于Ld时，用隧道长度置换Ld。

2.抽出式通风

工作面所需的风量为：Qb18A*Sl/tt,m3/min（2）式中：lt为炮烟抛掷长度，m。它取决于起爆方式和炸药消耗量，即电雷管起爆时，lt=15+A/5，m；火雷管起爆时，lt=15+A，m

3.混合式通风

在长抽短压的通风方式中，应满足抽出式风筒入口的风量Qbc大于压入式风筒出口的风量Qbp，以防止循环风和维持风筒重叠段内的隧道中具有排尘或稀释污风的最低速度。因此，应先用（1）式计算Qbp，再用下式计算Qbc：Qbc=Qbp+60VS，m3/min（3）式中：V为排尘的最低风速0.15～0.25m/s；或稀释污风的最低风速0.5m/s；S为风筒重叠段的隧道面积，m2。一般应使Qbc:Qbp=3:1～5:1为宜。在长压短抽的混合布置方式中，为防止产生循环风和满足重叠段具有最低风速，要求Qbp＞Qbc。所以，先用（2）式计算Qbc，再用下式计算Qbp：Qbp=Qbc+60VS，m3/min（4）

4.用以上各式计算的风量都要进行验算

（1）除尘最低风速0.15m/s，最低风量≥9Sm3/min，最大风速4m/s（对最大风速的规定各种规范不统一，公路工程施工安全技术规程并未做出规定，可采用矿山岩巷掘进标准）；（2）粉尘浓度≤2mg/m3，O2≥20%，CH4或CO2≤0.5%，CO≤30mg/m3，隧道施工应保证每人每分钟供给新鲜空气1.5～3m3。

三、隧道掘进通风设备的选择

1.风筒的选择

（1）风筒的种类掘进通风采用的风筒有金属风筒和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。柔性风筒重量轻，易于储存和搬运，连接悬挂简便，胶布和人造革风筒防水性能好，但柔性风筒只适用于压入式通风。为了满足抽出式通风的要求，可以采用以金属整体弹簧钢丝为骨架的塑料布风筒。

（2）风筒的风阻风筒的风阻包括摩擦风阻Rf和局部风阻Rf，金属风筒采用法兰盘连接可以不考虑接头风阻。实际施工当中，风阻较难用公式进行精确计算，一般都是根据实测百米风阻作为衡量风筒管理质量和设计的数据。我们在隧道施工通风选型时，主要考虑的就是风筒的漏风。

（3）风筒的漏风一般情况，金属风筒的漏风主要在接头处。胶布、帆布风筒不仅接头，而且全长都存在漏风。所以，漏风属于连续漏风。风筒漏风使风筒始端风量（即风机工作风量Qf）与风筒末端风量（即工作面风量Q）不等，其差值即为风筒的漏风量Ql。风筒始末两端风量的几何平均值为风筒的平均风量，即Qa=Q*Qf，m3/s。

1）风筒漏风率La=Ql/Qf×100，%。La反映了风筒的漏风情况，但不能作为比较的指标，常采用百米漏风率La100；La100=（Qf-Q）/（Qf×L/100），%。式中：L为风筒的使用长度，m。一般要求，柔性风筒的百米漏风率应满足表1的数值。

2）风筒的有效风量率Ef，指工作面风量占风机工作风量的百分数，即Ef=Q/Qf×100，%。

3）风筒漏风备用系数φφ=Qf/Q=100/Ef=1/（1-La），φ也可以按以下方法计算。其中，金属风筒φ=（1+KDnR0L/3）2。式中：K相当于直径1m的金属风筒每个接头的漏风系数，须实测得出；D为风筒的直径，m；N为风筒接头数，个；R0为风筒延米风阻，N•s2/m8；L为风筒全长，m。柔性风筒φ=1/（1-nLi）式中：n为风筒接头数，个；Li是一个接头的漏风率，插接时Li=0.01～0.02，罗圈反边连接时Li=0.005。在选择风筒直径时，须考虑送风量、送风距离以及隧道断面的大小等因素，经计算后综合考虑。

2.风机选择

常用的风机有轴流式和离心式两种。轴流式风机体积小，便于安装和串联运转，效率较高，但噪音较大。风机选型考虑的参数主要有风机工作风量Qf和风机工作风压hf。

（1）根据掘进工作面所需的风量和风筒的漏风情况，计算风机工作风量Qf=φ×Q，m3/s。

（2）风机工作风压hf风机的工作风压用于克服风筒的通风阻力，由于风筒漏风，计算风筒通风阻力时应通过风筒的平均风量计算。压入式风机工作风压要用风机的全风压hft，hft=Rp×Qa2=Rp×Qf×Q，Pa。式中：Rp为压入式风筒的总风阻，hfs=Rc×Qa2=Rc×Qf×Q，Pa。式中：Rc为抽出式风筒的总风阻。风机的选型可根据上面算得的Qf和hf值，选择合适于相应隧道施工的风机。

作者：何琨单位：贵州高速公路集团有限公司