长大斜井通风技术研究.doc

长大斜井通风技术杨金歌摘 要：详细介绍了关角隧道进口6#工程地质情况、通风量计算、通风方案选择、风机布设以及通风方案取得的效果。施工实践表明，所介绍的施工方案合理可行，效果良好。关 键 词：长大；斜井；通风；巷道1前言关角隧道6号斜井设计平距长2808m，综合坡度为10.3%，井口高程3766.83m，与正洞交点为DK296+110，交角为583858。采用无轨运输，井内每隔200m设一处错车道，错车道间距亦可以根据地质情况适当调整。斜井单车道内轮廓宽660cm，高663cm；错车道内轮廓宽730cm，高700cm。斜井进入主洞后，向格尔木方向承担主洞1820m施工任务，加上斜井2808m施工，独头掘进长度达到4628m，施工通风是施工的重点及难点。经多方比选，最终确定采用将斜井横断面分隔为上、下两部分，上部为半径为3.3m半圆形，作为进风通道，然后在斜井底部与正洞交汇处安装4台风机与软管形成压入式通风系统分别向4个工作面供风。所有回风流经斜井下部(宽高)6.6m4.0m矩形通道排往洞外。2设计依据及参数2.1铁道部铁路隧道施工标准TB10204-20022.2钻孔深度，平均取4.5m，有效爆破深度4.0m；2.3炸药用量，全断面开挖时取4kg/m3，一次爆破炸药用量767kg，导洞开挖取1.8kg/m3，一次爆破炸药364kg；2.4排除炮烟通风时间：全断面开挖和平导均取20min；2.5软管百米漏风率，取=1.0%2.0%之间；2.6巷道通风时风门等漏风率取1.5%；2.7洞内柴油机采用安装废气净化装置后的用风指标取；2.8海拔高度：取隧道平均海拔高度3600m；2.9空气的重率高程修正系数取关角隧道地区平均海拔z=3600m，则=0.697；2.10取管道的沿程摩擦阻力系数即达西系数0.0120.015；2.11对自卸汽车汽车内进行设计标准车速为10km/h，具有5左右的坡度或者出现路面不平整时，车速为5km/h。3通风量及工作方式关角隧道6#斜井全长2808m，净断面(宽高)6.6m6.6m，断面积38.9m2，进入正洞后将分别在、线向进、出口方向施工，共4个工作面。为解决施工通风和无轨运输作业的环境问题，已提出多种通风方案。本方案设想将斜井横断面分隔为上、下两部分，上部为半径为3.3m半圆形，作为进风通道，然后在斜井底部与正洞交汇处安装4台风机与软管形成压入式通风系统分别向4个工作面供风。所有回风流经斜井下部(宽高)6.6m4.0m矩形通道排往洞外。初步估计，、线正洞向进口方向施工长度1312m，其风机供风量可取1800m3/min；向出口方向施工长度1812m，其风机供风量可取2400m3/min，4台风机总风量8400m3/min.按此风量计算，斜井上部断面积12.5m2，平均风速11.2m/s；下部断面积26.4m2，平均风速5.3m/s，考虑下部增加射流风机，风速将会达到7m/s，已超过隧规要求平均风速不小于6m/s的规定。斜井下部既是通风通道，又是车辆运输和人行通道，为保证安全，平均风速必须满足隧规要求。若增大下部断面积，即减少上部断面积，将使上部断面平均风速更大，进风道阻力损失过大，能源消耗增加，因而不宜采用。考虑到4个工作面工序的不同时性和进、出口方向施工长度不同，拟在初期将出口方向的风机以低速档运行，风量降至1600m3/min，待进口方向贯通后仅施工出口方向工作面时，风机以高速档运行满足掘进1812m的要求。如此安排则可以减少斜井上、下部分的总流量，将风速控制在标准以内。总风量以满足最多3个工作面同时装渣作业的要求，按6000m3/min计算，则斜井上部进风道平均风速为8m/s，下部出风道平均风速3.8m/s。待进口方向的两个工作面已贯通或到分界点时，出口方向两个工作面的总风量为4800m3/min，斜井上部平均风速6.4m/s，下部平均风速3.1m/s，均符合隧规要求。4通风量计算4.1按施工隧洞内的最多人数计算风量洞内每人每分钟需要新鲜空气量按q =3 m3/min，风量备用系k=1.2，同时最多工作人数按m=50人计算。则Q=kmp=1.2503=180m3/min4.2按排尘风速计算风量取排尘风速=0.2m/s，则Q=A=0.26760=804m3/min4.3按最低允许风速计算风量按最低允许风速=0.15m/s，则工作面风量：Q=60VS=600.1567=603 m3/min4.4按洞内同一时间内爆破使用的最多炸药用量计算风量取单位炸药用量1.8kg/m3，循环进尺量3.5m。开挖断面积A=67m2，则一次爆破炸药用量G=1.8(673.5)=422.1kg。炮烟抛掷长度：l0=15+G/5=15+422.1/5=99.42m取爆破后通风时间t=20min，压入式通风工作面要求新鲜风量计算公式，即：伏洛宁公式：=1032m3/min从各种计算结果比较，按排除炮烟计算风量是所有计算风量中最大的，工作面的设计风量取排除炮烟风量Q=1032m3/min。关角隧道地处海拔3600m的高度，所以必须要考虑空气高程重率修正系数：=0.697考虑到重率高程修正系数后，=0.697，工作面要求风量用以下公式计算：=1236 m3/min修正计算后得到的工作面风量为Q=1236 m3/min。平均风速：=0.31m/s。5斜井进风道和出风道的风阻5.1斜井进风道阻力计算斜井上部进风道断面积12.5m2，半圆形周长15.4m，当量直径3.23m；斜井下部排风道断面积26.4m2，矩形周长21.2m，当量直径4.98m。斜井施工采用钻爆法，按光面爆破和喷锚支护，地面为无轨运输车辆路面条件，不考虑车辆形成的风流阻力时，取壁面摩阻系数=9010-4Ns2/m8，计算上部沿程风阻系数：=0.199(Ns2/m8)下部排风道沿程风阻系数：=0.029(Ns2/m8)斜井上部进风道的局部阻力系数包括进风口局部1=0.6，井底与正洞交汇处分岔2=1.5，总局部阻力系数=2.1。斜井下部排风道的局部阻力系数包括井底部汇流局部1=0.5；中部会车洞局部10处取100.5=5.0；洞口局部3=1.0，总的局部阻力系数=6.5。风流在斜井上部进风道的阻力损失=0.1991002+2.11.2/25.852=1990+43=2033(Pa) 5.2斜井出风道阻力计算斜井下部断面积26.4m2，矩形周长2(6.6+4)=21.2m，当量直径=4.98m。沿程风阻系数：=0.029(Ns2/m8)斜井各部局部阻力系数包括：进口局部1=0.6，井底与正洞交汇处分岔2=1.5，中部会车点每处取=0.5，按6处计，总的局部阻力系数=5.1。风流在斜井下部排风道的阻力损失=0.0291002+6.51.2/23.62=290+51=341(Pa)风流在斜井上、下两部分通道中的总阻力损失=2033+341=2374(Pa)这些阻力损失都由通风机提供的能量来克服，因此在确定通风机的全压时应将这些损失计算在内。6通风机的选择6.1进口段工作面通风机的选择进口段方向施工长度1312m，选择风机风量1800m3/min，配用风管直径1.5m，管道风阻系数( Ns2/m8)通风管道沿程阻力损失(漏风系数取1.2)(Pa)考虑斜井进风道的风阻，风机总压力损失4124Pa，风机设计全压应大于4250Pa。选用125B-2F110型对旋式轴流通风机，设计风量1800m3/min，全压5000Pa，电动机功率2110kW，双级调速。6.2出口段工作面的通风机选择出口段、线正洞施工长度1812m，选择风机风量2400m3/min，配用风管直径1.6m，管道风阻系数( Ns2/m8)通风管道沿程阻力损失(漏风系数取1.5) (Pa)当总风量为6000m3/min时，风流在斜井上、下两部分进、出风道的总阻力损失为4870Pa，风机总全压5000Pa。可选用142BD-2SE110型对旋式轴流通风机，设计风量2400m3/min，全压6000Pa，电动机功率2110kW，双级调速。7现场实施7.1巷道通风中隔板设置隔板采用厚度3mm的彩钢瓦，骨架采用15*15mm的方钢，采用膨胀螺栓及钢筋进行固定，彩钢瓦固定到方钢骨架上，最终形成上下通道。具体布置见图7.1。图7.1 巷道通风中隔板设置7.2系统布置(斜井上部平面布置)F进F出F出F进进口出口图7.2 主洞内通风机设置8实施效果分析采用压入式巷道通风，用彩钢板将斜井分为进风道及排风道两部分，上部为进风道，下部为排风道及施工通道，彩钢板风道沿斜井布设至斜井与主洞交叉口处，然后采用风机通过风筒将高压新鲜空气分流至各施工掌子面，浑浊空气通过下部排风通道排至洞外，这样隔离后，上部进风道进风量是原设计采用2条直径1.8m风管进风量的5倍。考虑进风道内的风压损失，根据实际施工情况，在进风道