輸煤廊道通風設計淺析

陳必宙

福建省交通規(guī)劃設計研究院有限公司

隨著我國基建的高速發(fā)展，企業(yè)對配套能源的需求也日益增長。承載港口到生產(chǎn)基地的輸煤棧道和輸煤廊道由此而生。而作為易燃品煤炭的輸送通道，它與普通隧道有明顯的差別，而相關規(guī)范卻相對滯后。鑒于目前國內外對此并無太多公開發(fā)表的研究先例和規(guī)范圖集，本文以自身參與的項目為依托，綜合輸煤隧道運營特點和消防疏散作設計分析，探索構建滿足通風及疏散要求的通風防排煙系統(tǒng)。

1 輸煤隧道通風設計前應明確的內容

1.1 輸煤地道火災危險性的確定

根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》[1]表 3.1.3 丙類物品的特征“ 丙類存儲物品包括可燃固體物質和閃點大于或等于60 ℃的可燃液體，可燃固體在空氣中收到火焰和高溫作用時能發(fā)生燃燒，即使移走火源，仍能繼續(xù)燃燒”，煤炭火災危險性應是丙二類?！痘鹆Πl(fā)電廠與變電站設計防火標準》[2]5 .2.1條明確“ 運煤棧橋的火災危險性屬于丙類”。7.5.3條條文注釋“ 運煤系統(tǒng)建筑的火災危險性為丙類”。由此可確定輸煤隧道的火災危險性應屬于丙二類。

小結：根據(jù)《煤炭工業(yè)供暖通風與空氣調節(jié)設計標準》[3]3 .1.8 條規(guī)定“ 防煙、排煙設計應按現(xiàn)行國家標準《建筑設計防火規(guī)范》G B50016執(zhí)行?！倍?《建筑設計防火規(guī)范》[1]8 .5.4 條規(guī)定“ 地下或半地下建筑（室）、地上建筑內的無窗房間，當總建筑面積大于 200 m2或一個房間建筑面積大于50 m2，且經(jīng)常有人停留或可燃物較多時，應設置排煙設施。”

帶式輸送機需經(jīng)常有人停留檢修維護設備正常運行，且煤炭為丙二類可燃物品。輸煤隧道應設置排煙系統(tǒng)。

1.2 疏散安全出口間距和防火分區(qū)的確定

1.2.1 安全出口的規(guī)范依據(jù)

《建筑設計防火規(guī)范》[1]6 .6.2條強制性規(guī)定“輸送有火災、爆炸危險物質的棧橋不應兼做疏散通道”。處于地下空間的輸煤地道燃燒不易充分，對疏散要求應不低于輸煤棧橋，故也應設置獨立的安全出口。

《火力發(fā)電廠與變電站設計防火標準》[2]5 .2.1規(guī)定“運煤棧橋安全出口間距不超過150 m”?！睹禾抗I(yè)礦井設計規(guī)范》14.2.7條規(guī)定“ 販煤地道應設置安全出口和通風孔，安全出口不應少于 2 個，間距不應大于150 m，并應直接通向室外”。

1.2.2 城市綜合管廊的相關定義和消防定性

《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》[4]2 .1.1條文注釋附有術語“ 綜合管廊”的 6個主要特點“ 1.穩(wěn)定、大流量的運輸。2.高度的安全性。3.緊湊的內部結構。4.可直接供給到穩(wěn)定使用的大型用戶。5 .一般需要專用的設備。6.管理及運營比較簡單”。

《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》[4]5 .4.3條規(guī)定“綜合管廊的人員出入口宜與逃生口、吊裝口、進風口結合設置，且不應少于 2 個”5.4.4.條規(guī)定“ 敷設電力電纜、天然氣的艙室，逃生口間距不宜大于200 m”。7.1.1條規(guī)定：“阻燃電力電纜艙室、通信線纜、熱力管道的火災危險性類別為丙類。天然氣管道的火災危險性類別為甲類”。7.1.6條規(guī)定“ 天然氣管道艙和容納電力電纜的艙室應每隔 200 m 采用耐火時限不低于 3.0 h 的不燃性墻體進行防火分隔”。由此可見，綜合管廊在保證人員安全疏散的同時。也考慮了在一定空間距離設置防火分區(qū)，限制火災蔓延，保護財產(chǎn)安全的措施。

1.2.3 丙類廠房和倉庫的防火分區(qū)規(guī)定

《建筑設計防火規(guī)范》[1]表 3.3.1 強制性規(guī)定：“ 地下或半地下廠房的每個防火分區(qū)最大允許建筑面積為500 m2”，當設置自動滅火時，允許按規(guī)定建筑面積增加一倍為：1000 m2。以輸煤隧道截面積寬度為10 m計算，每個防火分區(qū)允許長度為100 m，小于綜合管廊的150 m分區(qū)長度限制。

小結：從 “ 綜合管廊”的術語注釋“ 主要特點”發(fā)現(xiàn)，輸煤廊道竟完全吻合以上6個主要特點。同樣為輸送系統(tǒng)，基于目前輸煤廊道沒有專門規(guī)范的現(xiàn)實，借鑒高度類似的有相對成熟規(guī)范體系的城市綜合管廊設計，實為一個相對可靠的做法。

輸煤隧道每隔150 m內，設置1個檢修人員的安全出口，劃分一個防火分區(qū)。分區(qū)之間借鑒廠房倉庫的做法，采用水幕防火分隔。防火分區(qū)的設置可以形成阻止火災向同一建筑其余部分蔓延的局部空間，保護人民生命和財產(chǎn)的安全。水幕的設置相比防火門或防火卷簾，在滿足防火分隔的同時，對平時檢修車輛的通行及通風的阻擋影響極少。少數(shù)因設備遮擋，水幕無法保護的區(qū)域門，采用耐火時限達到 3 h的防火板分隔。

市政管廊可以借由地面的綠化人行道，設置疏散出口。而輸煤隧道常埋深超百米。1.5 km 長隧洞，每150 m設置1個直通室外的疏散出口，需要 9 個疏散出口。安全出口涉及征地、管理等問題，造價極高，幾無可能。而單洞雙向交通（公路）隧道，面臨類似問題，其采用設置平行導洞（輔洞）疏散的方法，值得借鑒。參考圖1。

1.3 是否可以考慮借鑒公路隧道采用縱向排煙或重點排煙

1）《建筑設計防火規(guī)范》[1]中，城市交通隧道的火災危險等級是按一、二、三、四類劃分的，其中一、二、三類機動車隧道應設置排煙設施；廠房和倉庫等生產(chǎn)的建筑物和火災危險性分為：甲、乙、丙、丁、戊類；兩者劃分依據(jù)完全不同。顯然目前規(guī)范對輸煤隧道的火災危險性（丙二類）等級劃分與城市綜合管廊和廠房、倉庫等民用建筑一致。

2）同樣是隧道，公路隧道的通風保證了司機的駕車清晰視距和足夠的新鮮空氣。公路隧道推薦采用的縱向排煙是在火災點前方車輛駛離后，向行車方向空無一物（無可燃物）的隧洞前方，用射流風機縱向排煙至室外，保證滯留人員疏散安全。

輸煤隧道平時通風是為了稀釋輸送物品產(chǎn)生的有害氣體并保證檢修人員呼吸到足夠的新鮮空氣。事故通風是為了稀釋突發(fā)大量有害氣體的集聚。兩者通風目的不一樣。

排煙是為了保證檢修人員的疏散安全。因整個隧道都是可燃物，為減少火勢順煙氣朝前方蔓延的可能，輸煤隧道不宜采用縱向排煙。

3）《建筑設計防火規(guī)范》[1]12.3.2條規(guī)定“ 單洞雙向交通隧道，宜采用重點排煙”，重點排煙即在隧頂下沿隧洞方向設置縱向排煙道集中排煙，常閉排煙口沿風道均距布置。交通隧道一般沒有設置自動噴水滅火系統(tǒng)的要求，且以整個隧洞為一個防火分區(qū)?！痘鹆Πl(fā)電廠與變電站設計防火標準》[2]表7.5.3強制性條文規(guī)定“燃用褐煤的運煤隧道應設有自動噴水滅火系統(tǒng)或水噴霧系統(tǒng)”。顯然交通隧道的消防對《建筑設計防火規(guī)范》[1]總則1.0.1“ 保護人身和財產(chǎn)安全，制定本規(guī)范”的“人身”安全考慮較多，而對滯留汽車等財產(chǎn)安全考慮較少。目前規(guī)范對運煤隧道的消防標準是高于交通隧道的。

以“ 保護人身和財產(chǎn)安全”為原則。建筑專業(yè)認為，輸煤隧道的消防設計宜借鑒綜合管廊設計，分段設置多個防火分區(qū)。則洞頂下方縱向設置的重點排煙管道不可避免的水平跨越防火分區(qū)，而這違反了《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》[5]4 .4.1條“ 當建筑的機械排煙系統(tǒng)沿水平方向布置時，每個防火分區(qū)的機械排煙系統(tǒng)應獨立設置”的強制性要求。

小結：從通風目的和火災危險性劃分來說，這完全是兩種不同性質隧道。

2 平時通風、事故通風、防排煙設計及模型

以南方某長度1.5 km、截面積為95 m2、寬度 11 m的輸煤隧道為例。

2.1 通風設計分析及思考

《煤炭工業(yè)供暖通風與空氣調節(jié)設計標準》[3]3.1.6.4條規(guī)定：“長距離的輸煤地道可結合安全出口分段設置通風系統(tǒng)”；注釋：“ 根據(jù) GB50215-2015《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》第 14.2.7 條規(guī)定“販煤地道應設置安全出口和通風孔，安全出口不應少于2個，間距不應大于150 m，并應直接通向室外”因此對于長距離的輸煤地道，間距不大于150 m的安全出口，為通風系統(tǒng)分段設置創(chuàng)造了有利條件。

根據(jù)GB/T50466-2018《煤炭工業(yè)供暖通風與空氣調節(jié)設計標準》[3]。當采用具有密閉并采取防塵、降塵、除塵措施的開小帶式輸送機輸送時，平時通風量可按換氣次數(shù)不小于6次/h計算。事故通風應按換氣次數(shù)不小于12次/h計算（兩種通風換氣要求和天然氣管道艙要求一致）。事故通風量可由經(jīng)常使用的通風系統(tǒng)與事故通風系統(tǒng)共同保證。

平時通風：按整個隧道長度 1.5 km 計算，換氣次數(shù) 6 次/h，計算結果為L=1500 m*95 m2*6 次/h=855000 m3/ h。

常規(guī)設計，風速按10/s，需要排風風道截面積為855000 m3/ h/3600/10 m/s=23.75 m2。1.5 km長隧道，通長設置截面積23.75 m2的風道，成本極高。平時通風沒有火災隱患，可以借鑒采用多臺射流風機接力送風的公路隧道縱向通風模式。同時防火分區(qū)之間采用水幕分隔，減少平時縱向通風阻力。

事故通風：按不大于150 m的區(qū)間計算，換氣次數(shù)12 次/h，計算結果為 150 m*95 m2*12 次/h=171000 m3/ h。規(guī)范規(guī)定“ 事故通風量，可由平時通風系統(tǒng)一起承擔”。有害氣體濃度超標時，區(qū)間內獨立設置的事故通風系統(tǒng)啟動，提供6次/h的通風量。而另外6次/h的事故通風量由平時縱向通風的系統(tǒng)承擔。風速按 10/s,需要排風風道截面積為 171000 m3/ h/2/3600/10/s=2.375 m2。具體見圖1、圖 2、圖 3。

圖1 輸煤隧道通風示意圖

圖2 區(qū)間通風示意圖

圖3 隧洞截面圖

2.2 排煙

防煙分區(qū)設置困難。固定擋煙垂壁的設置對平時縱向通風的阻力影響巨大，且弧形頂棚設置電動擋煙垂壁困難?！豆匪淼劳L設計細則》[6]10.2.8.2 規(guī)定“防煙分區(qū)可按隧道通風區(qū)段劃分，且每個排煙分區(qū)的長度不應大于1000 m”。因輸煤隧道專業(yè)巡檢人員很少，且人員對隧洞內平面布置和疏散熟悉，可以迅速找到安全出口。故設計可采用150 m長度為一個防煙分區(qū)設計排煙系統(tǒng)。同時排煙口分散布置，保證排煙口距分區(qū)內最不利點水平距離小于 30 m。

排煙量按《建筑設計防火規(guī)范》[1]體系下的《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》[5]要求計算。隧道弧形頂棚套用斜坡式頂棚模型，空間凈高按排煙口到地面距離5.7 m 計算。排煙量按 60 m3/ h.m2計算結果為：150*11*60=99000 m3/ h，風機選型安全系數(shù)1.2。

排煙系統(tǒng)由每個分區(qū)的疏散橫通道上方的防爆消防排煙風機45°側接排至平行導洞（輔洞）中的排煙通道 P中，由通道中的射流風機接力排出洞外。具體參見圖1、圖 2、圖 3。

2.3 防煙

設置平導作為逃生通道，通道應設防煙系統(tǒng)。該疏散方式和公路隧道平導疏散通道要求基本一致?！豆匪淼劳L設計細則》[6]10.4.1條規(guī)定“ 專用避難疏散通道、獨立避難所的前室余壓值不應小于30 Pa，專用避難疏散通道、獨立避難所的余壓值不應小于50 Pa?！?0.4.2條規(guī)定“ 專用避難疏散通道的防煙設計應根據(jù)其長度和凈空，選擇合理適用的機械加壓送風方式；其前室加壓送風量和送風口尺寸，應按其入口門洞風速不小于1.2 m/s計算確定”。防煙系統(tǒng)的加壓風量具體參《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》[5]相關條文計算。防煙系統(tǒng)具體由平行導洞疏散通道的射流風機承擔，射流風機選型參《公路隧道通風設計細則》[6]相關條文計算。具體見圖1、圖 2、圖 3。

2.4 設計模型

設計模型參照城市綜合管廊，防煙系統(tǒng)和防煙分區(qū)參照公路隧道，防火水幕分隔參照廠房和倉庫。具體見圖1、圖 2、圖 3。

事故通風的一半排風量和區(qū)間火災的排煙量由橫通道上方風機房里的防爆消防排煙風機 HTF-I No16.L=120230 m3/ h，H=652 Pa，r=960 rpm，N=30 kW，96dB(A)承擔。

通風排煙風口，平時宜常閉，避免煤粉堆積自燃。輔洞和輸煤隧道因涉及消防補風、排煙、疏散通道防煙、平時縱向排風、事故通風等系統(tǒng)，需注意避免端頭洞口送排風短路。采于斜洞疏散的公路隧道，斜洞出口沒有長度限制，當另一端封堵時，對處理送排風短路有利，如圖1右端所示。

3 結語

輸煤隧道有打洞造價高、洞內人員極少、可燃物多、消防相關規(guī)范模糊等特點。因對“ 人身和財產(chǎn)”的保護、側重程度不同，涉及安全疏散、防火分區(qū)、自動滅火系統(tǒng)、獨立通風防排煙等設計變化，造價相差巨大。設計人員經(jīng)常為參照“ 綜合管廊”還是“ 交通隧道”的做法，壓力巨大，無從下手。從當前規(guī)范理解，參照綜合管廊的設計思路，顯然更吻合《建筑設計防火規(guī)范》[1]對“ 人身和財產(chǎn)”保護的基本原則，而適當借鑒一些公路隧道通風的具體做法對項目的合理性有很好的提高和補充。