瓦斯隧道非貫通巷道輔助通風(fēng)施工技術(shù)

金紅蓮 JIN Hong-lian

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，石家莊 050081）

1 概述

施工通風(fēng)是隧道施工的重要工序之一，是瓦斯隧道施工安全施工的關(guān)鍵。目前針對(duì)瓦斯隧道施工過(guò)程中常見(jiàn)的通風(fēng)技術(shù)有壓入式通風(fēng)和混合式通風(fēng)兩種。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于施工過(guò)程中隧道目前的研究方法主要數(shù)值求解和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合、基于流體動(dòng)力學(xué)的力學(xué)模型分析兩種，由于隧道工程施工過(guò)程中的復(fù)雜性、不確定性，增加了力學(xué)模型分析難度，在隧道施工通風(fēng)設(shè)計(jì)中，力學(xué)模型分析一般用于對(duì)通風(fēng)設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證和和優(yōu)化。數(shù)值求解與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合的研究方法依然是目前隧道施工階段通風(fēng)設(shè)計(jì)的主流方法，本文依托工程某瓦斯隧道全長(zhǎng)1737m。隧道出口設(shè)506m 的單車道平導(dǎo)，平導(dǎo)與正洞水平距離為30m。重點(diǎn)探討非貫通巷道輔助通風(fēng)施工技術(shù)，以期為相關(guān)工程施工提供借鑒和參考。

2 總體通風(fēng)設(shè)計(jì)方案

隧道通風(fēng)采用壓入式和巷道式相結(jié)合的通風(fēng)方式。

①在隧道正洞進(jìn)出口各安裝2 臺(tái)SDF（c）-NO13.5（2×132kW）型軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)φ1.2m 雙抗風(fēng)管（阻燃、抗靜電）將新鮮空氣送至正洞，其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)作為預(yù)留備用，且通過(guò)專用接頭與主風(fēng)筒正常連接。平導(dǎo)采用2 臺(tái)SDF（c）-NO12.5（2×110kW）軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)φ1.2m 雙抗風(fēng)管（阻燃、抗靜電）將新鮮空氣送至掌子面，一臺(tái)使用一臺(tái)備用。正洞、平導(dǎo)及回風(fēng)巷處各設(shè)一臺(tái)SDS-Ⅱ-No10.0 射流風(fēng)機(jī)，以便排風(fēng)。在掌子面至模板臺(tái)車地段的死角、超挖嚴(yán)重、洞室等部位用局扇將聚集的瓦斯吹出，使之與回風(fēng)混合后排出。為確保風(fēng)流循環(huán)速度需設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，誘導(dǎo)風(fēng)向。射流風(fēng)機(jī)隨模板臺(tái)車移動(dòng)而相對(duì)移動(dòng)，通風(fēng)布置詳見(jiàn)圖1。

圖1 通風(fēng)布置示意圖

②為防止停電、風(fēng)機(jī)故障等原因引起的隧道停風(fēng)，確保隧道連續(xù)通風(fēng)，避免瓦斯聚集，隧道接入獨(dú)立雙回路電源，雙回路電源不得外接其他負(fù)荷，并且正洞配備2 臺(tái)備用風(fēng)機(jī)，平導(dǎo)配備1 臺(tái)備用風(fēng)機(jī)。

③壓入式通風(fēng)機(jī)裝設(shè)在洞外30m 位置，避免污風(fēng)循環(huán)。瓦斯隧道的通風(fēng)機(jī)設(shè)兩路電源，并裝設(shè)風(fēng)電閉鎖裝置，當(dāng)一路電源停止供電時(shí)，另一路應(yīng)在15min 內(nèi)接通，保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

④瓦斯隧道必須有一套同等性能的備用通風(fēng)機(jī)，并經(jīng)常保持良好的使用狀態(tài)。

⑤瓦斯隧道應(yīng)采用抗靜電、阻燃的風(fēng)管。風(fēng)管口到開(kāi)挖面距離應(yīng)小于5m，風(fēng)管百米漏風(fēng)率應(yīng)不大于2%。

3 非貫通巷道連續(xù)封閉空間壓入式巷道通風(fēng)加速回風(fēng)技術(shù)

按照總體技術(shù)方案，隧道施工劃分為四個(gè)作業(yè)面，其中作業(yè)面2 和作業(yè)面3 通風(fēng)方案選用巷道通風(fēng)，采用壓入式通風(fēng)方案。配置2 臺(tái)SDF（c）-NO12.5 軸流風(fēng)機(jī)。由于增設(shè)平行導(dǎo)坑非貫通型，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，平行導(dǎo)坑與隧道主洞橫通道存在一定的轉(zhuǎn)角，同時(shí)，作業(yè)面2、3 屬于密閉空間，在一定程度極大的影響了污染空氣的回流速度。因此總體方案考慮正洞、平導(dǎo)及回風(fēng)巷處各設(shè)一臺(tái)SDS-Ⅱ-No10.0 射流風(fēng)機(jī)，以便排風(fēng)。在掌子面至模板臺(tái)車地段的死角、超挖嚴(yán)重、洞室等部位用局扇將聚集的瓦斯吹出，使之與回風(fēng)混合后排出。為確保風(fēng)流循環(huán)速度需設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，誘導(dǎo)風(fēng)向。射流風(fēng)機(jī)隨模板臺(tái)車移動(dòng)而相對(duì)移動(dòng)。為確保加速回風(fēng)效果，需要對(duì)射流風(fēng)機(jī)的安放位置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析評(píng)估，主要包括定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和工況分析兩項(xiàng)內(nèi)容。

3.1 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的原則需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)并充分考慮壓入式巷道通風(fēng)循序回流特征、洞室結(jié)等因素。主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)為瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速。布點(diǎn)方案如圖2，其中檢測(cè)點(diǎn)1 與監(jiān)測(cè)點(diǎn)3距離掌子面6m 位置，避免與風(fēng)管出口處在一條線上。

圖2 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)示意圖

3.2 工況分析

3.2.1 風(fēng)量分配情況

由于平導(dǎo)通風(fēng)需要滿足兩個(gè)封閉作業(yè)面施工，采用一根風(fēng)管分流至作業(yè)面2 和作業(yè)面3。為提高送風(fēng)量的利用率，在1#橫洞位置設(shè)置風(fēng)量分配器（如圖3 所示），針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，有針對(duì)性的分別控制兩個(gè)作業(yè)區(qū)間的送風(fēng)量，提高通風(fēng)效率。

圖3 風(fēng)量分配控制器

隧道施工通風(fēng)管道風(fēng)量分配控制器是通過(guò)對(duì)三通接頭通風(fēng)管道進(jìn)行控制，根據(jù)不同工序不同掌子面的風(fēng)量需要，合理分配管道通風(fēng)，提高通風(fēng)效率。一拖二通風(fēng)模式，主要由洞外大功率風(fēng)機(jī)、主管道、支管道、主、支管道之間的連接管件（三通）等組成，風(fēng)機(jī)多采用串聯(lián)式雙機(jī)機(jī)組，可按照洞內(nèi)風(fēng)量需要，采用單機(jī)供風(fēng)或雙機(jī)供風(fēng)；主、支管道采用柔性風(fēng)袋，通風(fēng)時(shí)在風(fēng)壓的作用下風(fēng)袋膨脹形成通道，停機(jī)時(shí)風(fēng)壓消失，風(fēng)袋自然下垂。主管道直徑一般為1.2m，支管道直徑一般為0.8m；連接管件一般將主管道與支管道連接牢固。

3.2.2 射流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)式巷道通風(fēng)

射流風(fēng)機(jī)設(shè)置位置如圖4 所示。

圖4 射流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)式巷道通風(fēng)射流風(fēng)機(jī)安裝圖

3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

傳統(tǒng)不加射流風(fēng)機(jī)壓入式巷道通風(fēng)為方案Ⅰ，射流風(fēng)機(jī)引導(dǎo)式巷道通風(fēng)方案為方案Ⅱ，通過(guò)對(duì)兩種方案下工況點(diǎn)風(fēng)速和瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析風(fēng)速比對(duì)。

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（圖5）

圖5 方案Ⅰ工況點(diǎn)風(fēng)速監(jiān)測(cè)線圖

①1 和3 測(cè)點(diǎn)為掌子面直接供風(fēng)點(diǎn)，風(fēng)速平均0.7m/s。

②2 和4 測(cè)點(diǎn)巷道供風(fēng)回風(fēng)困難區(qū)，風(fēng)速平均0.3m/s。

③5.6 和7.8 測(cè)點(diǎn)為主供風(fēng)回風(fēng)巷道，風(fēng)速平均0.43m/s。

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（圖6）

圖6 方案Ⅱ工況點(diǎn)風(fēng)速監(jiān)測(cè)線圖

①1 和3 測(cè)點(diǎn)為掌子面直接供風(fēng)點(diǎn)，風(fēng)速平均0.75m/s，較方案Ⅰ有改善。

②2 和4 測(cè)點(diǎn)巷道供風(fēng)回風(fēng)困難區(qū)，回風(fēng)風(fēng)速有效提高，風(fēng)速平均0.5m/s。

③5.6 和7.8 測(cè)點(diǎn)為主供風(fēng)回風(fēng)巷道，主回風(fēng)風(fēng)速明顯改善，風(fēng)速平均0.55m/s。瓦斯稀釋情況。

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)出響炮后掌子面瓦斯?jié)舛燃眲≡龈?，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛入S之增高，約8 小時(shí)后濃度降到0.5%以下。（圖7）

圖7 方案Ⅰ工況瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)線圖

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)出響炮后掌子面瓦斯?jié)舛燃眲≡龈撸仫L(fēng)流瓦斯?jié)舛入S之增高，約4 小時(shí)后濃度降到0.5%以下，方案Ⅱ較方案Ⅰ瓦斯排放時(shí)間節(jié)省4 小時(shí)左右。（圖8）

圖8 方案Ⅱ工況瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)線圖

4 結(jié)論與建議

依托瓦斯隧道施工通風(fēng)設(shè)計(jì)，在實(shí)際工程應(yīng)用中，采用分區(qū)、分階段、分工況采用不同的通風(fēng)方案，取得了良好的應(yīng)用效果，在瓦斯隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)方案總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

①采用合理的分區(qū)施工，在加快施工進(jìn)度的同時(shí)，可以減少獨(dú)通風(fēng)壓力，對(duì)煤層瓦斯集中排放，一方面可以減少對(duì)正常施工段的二次污染，另一方面，可快速降低瓦斯?jié)舛取?/p>

②利用非貫通平行導(dǎo)坑對(duì)連續(xù)封閉空間實(shí)施通風(fēng)，通過(guò)采用在回風(fēng)口、巷道中安防射流風(fēng)機(jī)，利用其形成的負(fù)壓引導(dǎo)回風(fēng)方向，加速回風(fēng)，極大的提高了通風(fēng)效果。

③針對(duì)連續(xù)封閉空間壓入式巷道通風(fēng)，基于風(fēng)量均衡理論，應(yīng)用了隧道風(fēng)量分配器實(shí)現(xiàn)了不同工況、不同區(qū)間均衡通風(fēng)，提高了新鮮空氣的利用率。