瓦斯隧道施工期壓入式通風(fēng)技術(shù)探討

摘要 為了有效解決瓦斯隧道工程的施工通風(fēng)問(wèn)題，文章首先介紹了一種壓入式通風(fēng)技術(shù)，然后圍繞實(shí)際的工程案例，深入探討了壓入式通風(fēng)技術(shù)的要點(diǎn)，包括通風(fēng)設(shè)備選擇與風(fēng)量計(jì)算、風(fēng)機(jī)和風(fēng)管的配置與安裝、通風(fēng)管理，最后介紹了相關(guān)的注意事項(xiàng)。研究結(jié)果表明，在瓦斯隧道施工中采用壓入式通風(fēng)技術(shù)，能夠滿足瓦斯隧道工程的通風(fēng)需求，減少瓦斯引發(fā)的安全事故。

關(guān)鍵詞 瓦斯隧道；壓入式通風(fēng)；技術(shù)

中圖分類號(hào) U453 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）05-0137-03

0 引言

當(dāng)大路隧道穿越富含煤層的地質(zhì)區(qū)域時(shí)，瓦斯等有害氣體的突然釋放成為一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。在這些區(qū)域中，甲烷是瓦斯氣體的重要組成。隧道掘進(jìn)工作一旦觸及煤層地質(zhì)，可能會(huì)導(dǎo)致圍巖破裂或原裂隙擴(kuò)展，從而使瓦斯從這些裂縫中泄漏出來(lái)。瓦斯氣體爆炸是其主要的危害形式，一旦發(fā)生爆炸，隧道內(nèi)部的溫度將急劇上升，迅速消耗隧道內(nèi)部的氧氣，并產(chǎn)生大量的有害氣體，嚴(yán)重威脅隧道內(nèi)作業(yè)人員的生命安全。因此，在隧道掘進(jìn)過(guò)程中，必須全面了解、熟悉隧道的通風(fēng)工程，并制定科學(xué)的通風(fēng)方案，以確保隧道內(nèi)的空氣流通順暢，及時(shí)排出內(nèi)部瓦斯，保護(hù)施工人員的生命安全，促進(jìn)隧道施工作業(yè)安全、高效地進(jìn)行。該文結(jié)合自身單位的工程實(shí)踐，針對(duì)壓入式通風(fēng)技術(shù)在瓦斯隧道內(nèi)的具體應(yīng)用展開(kāi)深入闡述，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工程提供有力參考。

1 壓入式通風(fēng)技術(shù)概述

壓入式通風(fēng)技術(shù)，是指通過(guò)在隧道洞外設(shè)置通風(fēng)機(jī)械的方式，將外部新鮮的空氣經(jīng)通風(fēng)管道送至工作面，以釋放并排出有毒、有害的氣體和粉塵，改善工作環(huán)境，保障施工安全?，F(xiàn)階段，壓入式通風(fēng)技術(shù)主要用于煤礦開(kāi)采、瓦斯隧道施工等領(lǐng)域，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是改善工作環(huán)境，通過(guò)向作業(yè)面提供新鮮的空氣，稀釋和排除隧道內(nèi)的瓦斯、粉塵等，顯著改善地下工作面的空氣質(zhì)量。二是有效射程大，在壓入式通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，風(fēng)管口可以向工作面提供一定距離的有效射程，促進(jìn)內(nèi)部有害氣體的充分排出[1]。三是提高生產(chǎn)效率，良好的通風(fēng)條件可以使施工人員保持清醒與警覺(jué)，從而顯著提高生產(chǎn)效率。四是減少事故風(fēng)險(xiǎn)，在瓦斯等易燃易爆氣體存在的環(huán)境下，壓入式通風(fēng)技術(shù)有助于降低爆炸等事故的發(fā)生概率。

2 壓入式通風(fēng)技術(shù)的實(shí)施要點(diǎn)

2.1 工程概況

某隧道工程全長(zhǎng)3 175 m，位于一條半徑為8 000 m的右向彎曲線路上。進(jìn)口區(qū)域呈現(xiàn)為20‰的陡峭上坡，之后坡度減緩至3.9‰的上坡，出口段則為3‰的下坡。為了增強(qiáng)隧道的通風(fēng)、排水效能，特別設(shè)計(jì)了一座貫通斜井，總長(zhǎng)185.5 m，最大傾斜度為6%。

該隧道施工使用方法為鉆爆法，施工區(qū)域圍巖有泥巖、炭質(zhì)泥巖、灰?guī)r等，穿越瓦斯煤系地層區(qū)域，其中某地層內(nèi)蘊(yùn)含3層煤，總厚度為1.93～6.76 m之間，層位相對(duì)穩(wěn)定。同時(shí)，該區(qū)域內(nèi)的絕對(duì)瓦斯涌出量少，為0.20～0.49 m3/min，最大瓦斯壓力達(dá)1.0 MPa。因此，將該施工區(qū)域歸類為低瓦斯工區(qū)。

2.2 壓入式通風(fēng)施工技術(shù)

2.2.1 工藝流程

壓入式通風(fēng)工藝流程圖如圖1所示。

2.2.2 施工準(zhǔn)備

（1）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、環(huán)境調(diào)查，充分了解相關(guān)情況，圍繞通風(fēng)要求設(shè)計(jì)通風(fēng)方案，并做好技術(shù)交底工作，確保每位施工人員都能熟練施工方案、工藝流程和要求，為后續(xù)通風(fēng)作業(yè)的有序施工奠定基礎(chǔ)。

（2）準(zhǔn)備風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管等相關(guān)設(shè)施，在進(jìn)場(chǎng)前展開(kāi)全面的檢查，確保所有進(jìn)場(chǎng)設(shè)施的數(shù)量、尺寸、質(zhì)量等均符合標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)施工作業(yè)場(chǎng)地進(jìn)行雜物清除、平整處理，確保施工車輛正常通行。

2.2.3 通風(fēng)設(shè)備選擇

由于該隧道工程為低瓦斯工區(qū)，為了有效稀釋和排放瓦斯，決定采用壓入式通風(fēng)的方式展開(kāi)通風(fēng)施工。

（1）通風(fēng)設(shè)備的配置原則。在壓入式通風(fēng)施工中，所選通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)量應(yīng)比理論計(jì)算風(fēng)量大，通風(fēng)機(jī)直徑、通風(fēng)管直徑之間的差距也不宜過(guò)大。同時(shí)，風(fēng)機(jī)的整體壓值也不能比管道的總阻力小。

（2）風(fēng)量計(jì)算。在瓦斯隧道施工過(guò)程中，需要安排一個(gè)合適的通風(fēng)系統(tǒng)，其風(fēng)量需求可依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)分別計(jì)算，最終選取其中的最大值作為設(shè)計(jì)風(fēng)量的標(biāo)準(zhǔn)。接下來(lái)，以該工程為例深入剖析通風(fēng)量的計(jì)算方法?；谕粫r(shí)刻隧道內(nèi)施工人員的數(shù)量，對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

（1）

式中，K——風(fēng)量備用系數(shù)；M——隧道內(nèi)部施工人員的數(shù)量，以100人為準(zhǔn)；Qn——每位施工人員對(duì)新鮮空氣的需求量，以4 m3/min為準(zhǔn)。經(jīng)計(jì)算，結(jié)果為480 m3/min。

結(jié)合作業(yè)面的爆破作業(yè)，對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

（2）

式中，t——爆破后的通風(fēng)時(shí)間（min），取值30 min；

G——爆破作業(yè)所需要的炸藥量（kg），取值150 kg；

A——巷道掘進(jìn)斷面的總面積（m2），考慮可能存在超挖情況，取值65 m2；ψ——淋水系數(shù)，取值0.8；L——臨界長(zhǎng)度（m），取值506 m；P——風(fēng)管的漏風(fēng)系數(shù)，取值1.13；b——爆破過(guò)程中產(chǎn)生的氣體總量（m3），取值40 m3。經(jīng)計(jì)算，結(jié)果為1 197 m3/min。

根據(jù)獨(dú)頭坑道內(nèi)的瓦斯排放量，對(duì)所需風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，公式可表述如下：

（3）

式中，QCH4——瓦斯排放量（最大，m3/min），一般取值2 m3/min；K——瓦斯排放系數(shù)（不均衡），取值1.6；Bg——隧道作業(yè)面所規(guī)定的瓦斯?jié)舛龋?），取值0.5%；Bg0——進(jìn)入風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋?），通常用0表示。經(jīng)計(jì)算，結(jié)果為640 m3/min。

參照瓦斯隧道的風(fēng)速要求對(duì)風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

（4）

式中，V——風(fēng)速，多數(shù)情況以0.5 m/s為宜。經(jīng)計(jì)算，結(jié)果為1 950 m3/min。

（3）風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算。系統(tǒng)分析上述結(jié)果，發(fā)現(xiàn)最大風(fēng)量值為1 950 m3/min。在此基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量展開(kāi)計(jì)算，即1.13×1 950=2 023.5 m3/min。

（4）風(fēng)壓計(jì)算。公式如下：

（5）

式中，D——通風(fēng)管直徑（m），取值1.5 m；λ——達(dá)西系數(shù)，取值0.015；ρ——空氣密度（kg/m3），取值1.12 kg/m3；L——供風(fēng)長(zhǎng)度（m），取值1 110 m。在該公式中，V的表述方式如下：

（6）

式中，Qm——風(fēng)機(jī)風(fēng)量（m3/min）；Q0——風(fēng)量最大值m3/min。代入整個(gè)公式（5）中，計(jì)算得到風(fēng)壓為2 354 Pa。

2.2.4 風(fēng)機(jī)和風(fēng)管配置

（1）為了滿足上述的風(fēng)量計(jì)算需求，于距離橫向洞口20 m的位置安裝2臺(tái)風(fēng)機(jī)，其中一臺(tái)作為備用，以確?？傦L(fēng)量可以達(dá)到2 203.5 m3/min、風(fēng)壓滿足2 354 Pa的要求。

（2）在風(fēng)管的選擇上，應(yīng)確保其具有抗靜電、抗阻燃的特性，且直徑為1.5 m。從模板臺(tái)車到風(fēng)室的風(fēng)管，將每節(jié)長(zhǎng)度控制在100 m；而位于二次襯砌至掌子面的風(fēng)管，則將每節(jié)長(zhǎng)風(fēng)管的長(zhǎng)度控制在5～30 m的范圍內(nèi)。在該工程中，通風(fēng)設(shè)備的數(shù)量如表1所示：

2.2.5 風(fēng)機(jī)和風(fēng)管安裝

（1）風(fēng)機(jī)安裝。通風(fēng)機(jī)的安裝位置應(yīng)選擇在空氣流通、方便風(fēng)管鋪設(shè)的地點(diǎn)，通常情況下，會(huì)將其布置在洞口通風(fēng)順暢的上風(fēng)向位置，并確保其和隧道口保持在30 m以上的距離，以減少風(fēng)流的阻力[2]。在風(fēng)機(jī)安裝固定過(guò)程中，應(yīng)確保支架穩(wěn)固結(jié)實(shí)，以避免其在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)；在風(fēng)機(jī)出口布設(shè)柔性管，并和風(fēng)管連接在一起，對(duì)兩者的結(jié)合部位進(jìn)行多重綁扎，以減少漏風(fēng)情況的發(fā)生。需要注意的是，通風(fēng)機(jī)前5 m、后5 m的范圍內(nèi)，均不能堆放雜物。同時(shí)，在通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口安裝鐵篦子，并配備相應(yīng)的安全防護(hù)裝置；在隧道內(nèi)部移動(dòng)通風(fēng)機(jī)時(shí)，可借助小平板車完成，但在正式移動(dòng)前要提前準(zhǔn)備風(fēng)機(jī)支座、支架；如果隧道長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，還要準(zhǔn)備備用的電源、通風(fēng)機(jī)，以滿足應(yīng)急通風(fēng)的需求。

（2）風(fēng)管安裝。在安裝風(fēng)管前，需要細(xì)致、全面地檢查其外觀，確認(rèn)是否存在損壞或破損跡象。在風(fēng)管安裝期間，應(yīng)盡量確保其平整、順暢且直線布置，結(jié)合具體的安裝位置對(duì)錨栓位置進(jìn)行確認(rèn)，將鄰近錨栓孔的距離控制為5 m，深度控制在150 mm以上。懸掛固定風(fēng)管時(shí)，建議沿著隧道的邊墻進(jìn)行，同時(shí)沿隧道的縱向方位固定風(fēng)帶，確保其牢固穩(wěn)定，保持平順狀態(tài)[3]。通常情況下，風(fēng)管應(yīng)使用尼龍繩進(jìn)行固定，以避免使用鋼管直接固定可能帶來(lái)的風(fēng)帶運(yùn)轉(zhuǎn)磨損、漏風(fēng)等問(wèn)題。對(duì)于掌子面的風(fēng)管安裝，考慮石塊爆破飛濺可能會(huì)損壞風(fēng)帶，因此需將舊風(fēng)帶的位置盡量靠近掌子面，借此保護(hù)新風(fēng)帶免受損害。每節(jié)風(fēng)管安裝完成后，對(duì)接頭進(jìn)行調(diào)直、拉緊處理，隨后進(jìn)行下節(jié)風(fēng)管的安裝。當(dāng)所有風(fēng)管都安裝完成后，在通風(fēng)機(jī)的出口部位進(jìn)行調(diào)整，確保整條風(fēng)路平直，不存在褶皺、扭曲的情況。

2.2.6 通風(fēng)管理

（1）在瓦斯隧道工程施工過(guò)程中，需要嚴(yán)格進(jìn)行通風(fēng)管理，確保所有的風(fēng)速、風(fēng)壓與工程標(biāo)準(zhǔn)、要求相符。在隧道通風(fēng)流程中，應(yīng)安裝檢測(cè)系統(tǒng)或儀器設(shè)備，便于實(shí)時(shí)測(cè)量掌子面、回風(fēng)流的風(fēng)速，從而持續(xù)監(jiān)控具體的通風(fēng)狀況，確保隧道內(nèi)部的空氣流通順暢；風(fēng)機(jī)作為通風(fēng)系統(tǒng)最關(guān)鍵的組件，需要定期進(jìn)行細(xì)致檢查，以確保其運(yùn)行穩(wěn)定。同時(shí)，安排專人負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)的管理，定期測(cè)試風(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗、送風(fēng)情況等，確保其性能始終處于達(dá)標(biāo)狀態(tài)。鑒于隧道施工的持續(xù)進(jìn)行，風(fēng)機(jī)也要同步保持連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在此過(guò)程中應(yīng)盡可能地減少風(fēng)機(jī)的停機(jī)頻次，以充分發(fā)揮其排污、送風(fēng)功能，為隧道提供充足且新鮮的空氣。由于隧道內(nèi)的裂隙水會(huì)增加空氣濕度，導(dǎo)致風(fēng)管積水[4]。對(duì)此，需要每個(gè)月進(jìn)行一次定期的風(fēng)管排水處理，以維持風(fēng)管的通暢性。此外，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)風(fēng)帶的保護(hù)，避免漏風(fēng)情況的產(chǎn)生。尤其在隧道爆破開(kāi)挖作業(yè)期間，可以暫時(shí)關(guān)閉風(fēng)機(jī)，以免風(fēng)帶受損。

（2）采用“以長(zhǎng)代短”的策略，將風(fēng)管節(jié)的長(zhǎng)度從傳統(tǒng)的20～30 m延長(zhǎng)至50～100 m，這樣可以顯著減少風(fēng)管的接頭個(gè)數(shù)，進(jìn)而降低漏風(fēng)量；基于“以小代大”的原則，具體而言，在隧道凈空允許的范圍內(nèi)，盡可能選擇直徑較大的風(fēng)管，以提高隧道的通風(fēng)效率。在風(fēng)管安裝過(guò)程中，注重“截彎取直”，也就是以5 m為間距進(jìn)行錨桿的埋設(shè)，并在錨桿上清晰、準(zhǔn)確地標(biāo)記具體的吊線位置[5]。隨后，用直徑為8 mm的盤(pán)條作為吊掛線，將其牢牢地焊接在錨桿上。最后，在吊掛線上平穩(wěn)地懸掛風(fēng)管，確保風(fēng)管安裝得平直、穩(wěn)固，避免出現(xiàn)彎曲的情況，以減少通風(fēng)阻力。

2.3 注意事項(xiàng)

（1）監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛取Ｔ谕咚顾淼拦こ掏L(fēng)施工期間，需要?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛?。?dāng)發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸鲈试S值較多時(shí)，應(yīng)即刻停止施工，迅速將施工人員撤離施工作業(yè)面，并將電源切斷，同時(shí)采取針對(duì)性的舉措進(jìn)行通風(fēng)處理。

（2）檢測(cè)通風(fēng)質(zhì)量。為確保施工場(chǎng)地的空氣質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，需要定期檢測(cè)隧道內(nèi)的有害氣體、關(guān)鍵參數(shù)等。針對(duì)重點(diǎn)工程，可在隧道洞口安裝自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)場(chǎng)地內(nèi)的傳感器掌握隧道的環(huán)境狀況[6]。在瓦斯隧道工程的通風(fēng)效果上，需要嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，具體包括如下：壓入風(fēng)流中的氧氣含量必須保持在20%以上，而二氧化碳含量則控制在0.5%以內(nèi)；一氧化碳的濃度控制在30 mg/m3以內(nèi)，二氧化碳的體積比控制在0.5%以內(nèi)；在風(fēng)速方面，全斷面的開(kāi)挖風(fēng)速在0.15 m/s以上，坑道內(nèi)的風(fēng)速在0.25 m/s以上，但兩者均不能超過(guò)6 m/s。

（3）分級(jí)控制。通風(fēng)系統(tǒng)安裝結(jié)束后，可以先試送風(fēng)，分別啟動(dòng)每臺(tái)風(fēng)機(jī)，了解風(fēng)管、風(fēng)機(jī)是否存在異常情況，若有應(yīng)立即處理；在隧道內(nèi)部各項(xiàng)工作開(kāi)展期間，應(yīng)保證風(fēng)機(jī)持續(xù)供風(fēng)，這樣有助于將機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的廢氣強(qiáng)制排出洞外，確保內(nèi)部空氣清新。如果情況特殊必須間歇，受供風(fēng)影響的作業(yè)面同樣要暫停作業(yè)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，瓦斯隧道施工期壓入式通風(fēng)技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合隧道的實(shí)際情況、施工需求進(jìn)行合理化的設(shè)計(jì)與調(diào)整，以確保施工作業(yè)的安全和作業(yè)環(huán)境的改善。未來(lái)，可在壓入式通風(fēng)施工中加大前沿技術(shù)的應(yīng)用，如BIM技術(shù)，進(jìn)一步提高瓦斯隧道工程的通風(fēng)效果。

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