長大黃土瓦斯隧道施工強力通風技術研究

葛亮亮

中鐵二十局集團第四工程有限公司 陜西 延安 266000

前言

面對大長隧道，通風是必需的安全措施，保證空氣的正常流通，才能保證施工的安全有序，在黃土、瓦斯的特殊環(huán)境下，我們更需要應用強力通風技術來保證施工人員的安全。

1 強力通風技術簡介

1.1 強力通風技術概況

目前隧道施工常用的通風方式有自然通風，壓入，抽風，混合，隧道通風等。其中，隧道通風方式特別適用于平面導軌隧道。隧道通風方式的核心是在隧道入口附近設置風扇，并將挖掘出來的隧道作為通風管道通風。另外，在超長隧道施工中采用輔助隧道進行施工通風，大大增加了單通風的距離，降低了施工成本，具有廣泛的適用性。僅憑輔助隧道沒有條件設置輔助隧道，只能從進口和出口兩個掌子面掘進。

1.2 強力通風技術目的和意義

隧道通風是隧道安全生產的基本保證。這是其他工作的先決條件，也是除去有害氣體和粉塵的最基本的基本方法，也可以防止煤炭的自燃。隧道的通風系統(tǒng)取決于通風系統(tǒng)的通風能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。這與隧道的設計和后期使用的管理密切相關，影響后期隧道的生產和施工。隧道通風是降低有害氣體及粉塵最有效的處理方法。對消除隧道內的有害熱量也有非常明顯的效果，營造良好的工作環(huán)境。統(tǒng)計顯示，有效的通風方式可以排放80%～90%的隧道瓦斯總排放量。建筑機械排放量的70%至80%。對于配備降塵裝置的隧道施工區(qū)域，通風可減少降塵后剩余灰塵的20%～30%。對于受熱損壞的隧道，通風可以從工作表面釋放熱量。60～70%。根據(jù)這些資料可以發(fā)現(xiàn)，隧道通風是隧道安全施工的基礎工作，起到了消除瓦斯，粉塵，保證氣候條件的基礎性作用，是隧道安全施工的基本條件。在隧道開挖過程中，合理的通風系統(tǒng)對提高隧道抗災能力具有重要意義。同時，合理的通風系統(tǒng)也可以有效降低隧道事故發(fā)生的概率，提高隧道的整體經濟效益。由于隧道通風系統(tǒng)隨著隧道的生產而發(fā)生動態(tài)變化，應及時進行通風系統(tǒng)的優(yōu)化，以提高隧道的防災減災能力，從而合理控制通風系統(tǒng)的通風成本[1]。

2 通風設施

2.1 通風設計

某鐵路隧道長8728.55m，施工時設置3個斜井輔助施工。進、出口工區(qū)各安裝2臺通風機、各配1套風管，1號斜井、2號斜井、3號斜井工區(qū)各安裝2臺通風機、各配2套風管，每個工區(qū)作業(yè)面設置局扇5臺，供電為雙回路制。在隧道施工通風設計中按排放瓦斯要求能力配置主風機的備用風機。

該隧道壓入式通風主要選擇軸流風機和射流風機兩種，隧道長度大于1km后，采用射流風機輔助通風。風管選用過φ1.6m雙抗風管（阻燃、抗靜電）。

2.2 通風計算

在整個隧道施工過程中，作業(yè)環(huán)境應符合下列職業(yè)健康安全標準：

空氣中的氧氣含量不得低于20%體積。允許的粉塵濃度，每立方米空氣中含有超過10%游離二氧化硅的粉塵不應超過2mg。每立方米空氣中含有少于10%游離二氧化硅的礦物粉塵不得超過4mg。爆破氣體隧道時，爆破現(xiàn)場20m范圍內氣流中氣體濃度必須小于1.0%，總回風流量中氣體濃度應小于0.75%。當挖掘面上的氣體濃度大于1.5%時，必須將所有人員移到安全的地方并加強通風。有害氣體允許的最高允許濃度：一氧化碳最高允許濃度為30mg/m3，但工作時間不得超過30min；二氧化碳的體積不得超過0.5%；氮氧化物（轉化為NO2）應小于5mg/m3。隧道內的溫度不得超過28°C。隧道噪聲不得超過90dB。隧道施工通風應該為洞內每次作業(yè)提供最少量的空氣。每個人應該提供4立方米/分鐘的新鮮空氣。氣體隧道施工時防止氣體團聚的風速不得低于1m/s。

2.3 計算參數(shù)

按照《鐵路隧道工程施工技術指南》（TZ204-2008）的規(guī)定，結合施工組織，計算參數(shù)如下：

供給每人的新鮮空氣量按m=4m3/min計；按照分部開挖的最不利因素，隧道施工通風最小風速安Vmin=0.25m/s計；隧道內氣溫不超過28℃；正洞最大開挖面積按Sz＝110㎡；正洞上斷面開挖爆破一次最大用藥量A＝96kg（臺階法開挖，每循環(huán)進尺2m）；正洞放泡后通風時間按t=20min計；風管百米漏風率β＝1%，風管內摩擦阻力系數(shù)為λ＝0.0078。

2.4 風機及風管配置

根據(jù)風量計算要求隧道進口、出口選用的型號為:

1臺（2×132kW）型軸流風機通過1道管路同時供風，產風量為9600m3/min，可滿足隧道需求風7951m3/min要求。

斜井選用的型號為：

1臺（2×132kW）型軸流風機通過2道管路同時供風，產風量為19200m3/min，可滿足隧道需求風量15902m3/min要求。

單工作面風速驗算：按取最大風量9600m3/min，采用斷面S=110㎡驗算，最大風速為9600/100/60=1.6m/s；因1.6m/s＞1m/s，在隧道正洞頂部不可能形成瓦斯層流滿足通風要求。（注132kW風機的產風量為43～115m3/s，取80m3/s，則產風量為4800m3/min）計算所需風量還應考慮風阻、風耗因素，以選取供風量合適的通風機。由于風管阻力與風管直徑的5次方成反比，所以應盡可能選用大直徑風管，風管直徑以φ1.6m為宜[2]。

3 施工注意事項

事實證明，通風結構通風是有效的。爆破后，通風15分鐘，進風和回風道，測得的氣體濃度低于0.3%，硫化氫氣體含量幾乎為零，在渣輸送中連續(xù)通風，有害氣體濃度更低，保證了順利施工，達到預期目的，避免瓦斯事故和硫化氫瓦斯中毒事件。噴射通風適用于長長隧道的通風。與傳統(tǒng)的巷道通風相比，增壓通風的優(yōu)點是不需要在主井中安裝阻尼器來干擾礦渣進料，防止空氣通過巷道吹入。來自新鮮空氣的氣流逆轉。同時，風扇布置在孔內，布局相對簡單。沒有必要在風管內建立一個特殊的通風室。

4 對長大黃土瓦斯隧道通風技術未來的展望

雖然在長期黃土氣體通道通風技術中使用的噴射通風方面已經取得了一些經驗，但理論和設備研究還需要進一步完善。特別是在氣體有害氣體隧道噴射施工的設計計算方面進行了大量的研究工作，提出了更好的現(xiàn)場施工方案。

5 結束語

對于長大黃土瓦斯隧道施工，我們采用強力通風技術，在了解其特殊的地質結構后，提出具有針對性的方案，保障安全施工，保障施工人員的人身安全，是強力通風技術的首要目的。最終在長大黃土瓦斯隧道施工中將技術與方案不斷完善。

[1] 鐵道部第二勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊— —隧道[M].北京:中國鐵道出版社,2016:22-27.

[2] 關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社,2016:117.