通风竖井在瓦斯隧道施工中的应用11111

通风竖井在瓦斯隧道施工中的应用通风竖井在瓦斯隧道施工中的应用 摘摘 要要 为满足高瓦斯隧道施工通风的需求 通过对南吕梁山隧道通风方式的比选 通风竖井的设计 通风竖 井的利用 通风设施的布置等方面的研究 利用通风竖井的通风方式改善了南吕梁山隧道高瓦斯地段的 施工通风效果 为类似的工程建设提供参考 关关键键词词 通风竖井 瓦斯隧道 施工通风 0 引言引言 随着铁路建设的发展 穿越煤层的瓦斯隧道数量不断增多 发生瓦斯爆炸和燃烧事故的施工隧 道也偶有发生 瓦斯事故防治是瓦斯隧道施工中的一个极其重要的安全问题 而加强通风是保障瓦 斯隧道施工安全的主要方法 通风竖井作为辅助通风措施也常用在一些长大隧道施工通风及运营通 风中 但关于通风竖井在瓦斯隧道施工通风中应用的研究并不多 我国修建的云台山隧道 1 青山 隧道 2 圆梁山隧道 3 红石岩隧道 4 三联隧道 5 等都是瓦斯隧道 在其修建过程中都遇到过施工 通风的问题 6 7 因此有必要结合南吕梁山隧道研究在瓦斯隧道施工中如何利用利用通风竖井更好 地解决现场的通风问题 改善瓦斯隧道施工通风 提高瓦斯隧道施工安全 为以后同类工程提供借 鉴 1 南吕梁山隧道概况南吕梁山隧道概况 南吕梁山隧道进口里程为 DK298 175 出口里程为 DK321 618 全长 23443m 为双洞单线隧 道 本隧道位于山西省临汾市境内 隧道线路贯穿于南吕梁山山脉以东及临汾盆地边缘丘陵区 隧 道进口端位于蒲县境内 出口端位于临汾市尧都区与洪洞县交界处 设计为双洞单线隧道 线间距 30m 隧道正洞在 DK299 440 DK300 747 段洞身穿越穿过二叠系山西组 石炭系太原组 由粉 砂泥岩 砂岩 灰岩 页岩及煤层组成 该地区煤矿历史上发生过多起瓦斯爆炸事故 隧址区煤系 地层厚度约 236m 含煤 13 层 煤层总厚 9 66m 含煤系数 8 4 地质判定为高瓦斯 存在煤与瓦 斯突出 煤层自燃发火的可能性 隧道正洞 DK309 720 DK310 820 段从石炭系太原组等煤系地层 以下地层穿过 由于位于刘家庄向斜核部 洞顶距离上方 11 煤层最短约 95m 煤系地层中的瓦斯 气体和地下水可能沿着构造裂隙向隧道运移 施工运输方式采用无轨运输 南吕梁山隧道进口工区承担里程为 DK298 175 DK301 747 全长为 3572m 的独头施工 隧道 断面积为 50m2 由于南吕梁山隧道进口工区通风距离长 隧道断面小 而且是高瓦斯工区 施工 通风难度较大 2 瓦斯隧道通风竖井的设计瓦斯隧道通风竖井的设计 2 1 位置的选择位置的选择 南吕梁山隧道使用通风竖井的目的是在穿煤层施工时加强通风 保证施工安全 因此竖井位置 的选择首先要考虑的是煤层位置 还要考虑通风阻力 工程地质条件 水文地质条件 地形条件等 因素 竖井位置应选择在隧道上方靠近煤层的地方 能尽快排出穿煤层施工时隧道内的瓦斯 且应 选择在工程地质和水文地质条件较好的地层中 其上几个因数可能相互影响 相互制约 但瓦斯隧 道竖井位置的选取主要取决于煤层的位置 并结合其它因素综合分析 比较才能选出最为合理的竖 井位置 隧道正洞在 DK300 180 DK300 900 之间为高瓦斯工区 在高瓦斯工区内根据地勘资料推测 隧道正洞将分别揭穿 1 2 8 9 11 煤层 如表 1 表表 1 预测隧道正洞揭煤里程及煤层情况表预测隧道正洞揭煤里程及煤层情况表 揭露煤层煤层厚度 m 煤层倾角 与隧道正洞的交角 揭煤里程 m 1 0 453679DK300 495 2 3 803679DK300 586 8 1 303679DK300 830 9 0 653679DK300 857 11 5 603679DK300 900 由于本隧道在 DK299 650 DK301 000 之间为煤系地层段 为了保证能第一时间消除隧道施 工的瓦斯隐患 综合考虑隧道埋深 岩层地质 地形条件等因数 本隧道通风竖井选取的位置为 DK299 570 且在两条平行隧道的中间位置 2 2 直径的确定直径的确定 通风竖井的直径可由通过竖井的最大风量以及经济风速确定 其中通过竖井的最大风量 Q 由 通风计算可得 经济风速可计算修建竖井的费用及施工期间的通风电力费用均为最小时的风速 即 2 1 4 j Q d v 式中 d 竖井直径 m Q 通过竖井的风量 m3 s 经济风速 m s j v 3 利用通风竖井的通风方式利用通风竖井的通风方式 3 1 双洞单线隧道一般情况下的施工通风方式双洞单线隧道一般情况下的施工通风方式 第一阶段采用送风式通风 如图 1 所示 220kw轴流风机1 8m软风管 左线 右线 开 挖 面 开 挖 面 图图 1 送风式通风示意图送风式通风示意图 第二阶段采用射流巷道式通风 如图 2 所示 开 挖 面 220kw轴流风机 1 6m软风管 开 挖 面 图图 2 射流巷道式通风示意图射流巷道式通风示意图 按照 铁路瓦斯隧道施工技术规范 8 要求 瓦斯隧道各开挖面必须有独立的通风系统 考 虑到南吕梁山隧道为高瓦斯隧道 在穿煤层施工时必须保证每个工作面有独立的通风系统 并能极 快地稀释和排出洞内的有害气体 经反复计算 论证 并结合南吕梁山隧道现场情况 最终确定的 通风方案为 在竖井未贯通之前采用传统的送风式通风 见图 1 竖井贯通以后利用通风竖井进 行混合式通风 见图 3 1 8m软风管 220kw变频轴流风机 竖井风门 220kw变频轴流风机55kw防爆射流风机 图图 3 竖井贯通后通风示意图竖井贯通后通风示意图 1 8m软风管1 8m软风管 风门 竖井 排风主扇 防护网 右线 左线 图图 4 竖井剖面图竖井剖面图 从本隧道的通风方案上可以看出 竖井贯通以后 新风由洞外 220kW 的轴流风机通过软风管 送到掌子面 污风及瓦斯从掌子面沿隧道从通风竖井排出 同时洞外新风通过隧道口流入 稀释隧 道内的有害气体 再由排风主扇通过通风竖井排出洞外 由此 洞口到竖井段能保持一定风速的新 鲜风流 3 2 揭煤期间施工通风方式揭煤期间施工通风方式 瓦斯隧道施工中的揭煤 即石门从最小岩柱起 揭开煤层 煤门掘进 石门全断面进入顶 底 板岩石 2m 止的整个过程 石门揭煤突出危险性比掘进工作面严重 经预测揭煤有突出危险 时 揭煤前必须编制揭煤通风方案 揭煤时严格按通风方案实施 确保安全 揭煤通风方案是石门 揭煤的加强通风措施 在相对较短的揭煤过程中实施 是揭煤的安全保障 需要进行专门的设计 下面通过图示简单介绍南吕梁山隧道进口工区揭煤期间利用竖井的通风方式 如图 5 所示 1 8m软风管 220kw变频轴流风机 竖井风门 220kw变频轴流风机 煤 层 图图 5 揭煤期间利用竖井的通风示意图揭煤期间利用竖井的通风示意图 根据南吕梁山隧道施工组织设计中可以看出 在本隧道施工期间 若有一个掌子面在揭煤施工 则另一边隧道停止所有施工 并封闭隧道内所有横通道 使两个隧道都是独立通风系统 互不串风 如图 5 左线在揭煤施工时 将竖井所在的横通的风门设置在右侧 右线停止所有施工 并撤出所 有人员 左线加大送风量到掌子面 污风从竖井排出 反之如果右线揭媒 将竖井所在横通道的风 门设置在左侧 左线停止的所有施工 撤出人员 右线加大送分量 从图 5 中可以看出 通风竖井的作用是提前排出揭媒掌子面的污风 若有瓦斯也提前被排出洞 外 同时从洞口引进新风 保持洞口到竖井段处于新风流中 有效地防止此段区间的瓦斯积聚 降 低瓦斯事故发生的概率 提高瓦斯隧道施工的安全系数 4 利用竖井以后的通风效果利用竖井以后的通风效果 南吕梁山隧道在启用通风竖井后很快就进入煤系地层 DK299 650 DK301 000 在进入煤 系地层以后偶有瓦斯浓度异常情况 在 2011 年 10 月 6 日左线掌子面响炮后瓦斯浓度为 0 24 在 2011 年 12 月 23 日右线掌子面响炮后瓦斯浓度为 0 23 经通风 30 分钟后瓦斯浓度都为 0 00 为了检测利用竖井后的通风效果 分别对隧道左 右线掌子面进行 CO 浓度检测 检测结果如图 6 所示 0 20 40 60 80 100 36912151821242730 检测时间 min CO ppm 左线掌子面 右线掌子面 图图 6 掌子面炮后掌子面炮后 CO 浓度随时间的变化浓度随时间的变化 从上图可以看出 利用通风竖井以后 南吕梁山隧道掌子面响炮后的 CO 浓度在通风 10min 后 降到 铁路隧道施工规范 9 规定的最大允许浓度以内 随后在 30min 后基本能降为 0ppm 通风 效果良好 5 瓦斯隧道施工通风利用通风竖井的优缺点瓦斯隧道施工通风利用通风竖井的优缺点 普通隧道施工通风如果没有通风竖井 则洞内污风通过隧道排出洞外 污风将流经整个施工隧 道沿线 由于瓦斯密度比空气小 可能沿程的瓦斯会集聚到隧道拱顶某一凹洞或者其它容易集聚的 地方 因此整个隧道施工沿线都可能会因为瓦斯集聚而产生瓦斯爆炸的危险 利用通风竖井以后 施工地点的有害气体及瓦斯将提前通过通风竖井排出洞外 减少竖井位置到洞口这段距离由于瓦斯 集聚产生瓦斯爆炸的危险 由此可以看出 通风竖井在瓦斯隧道施工通风上是能够更好地保障施工 安全 提高作业环境的品质 增加通风竖井的缺点是 增加了隧道施工的土建成本 增加了排风主扇设备的购置及运行费用 6 结语结语 长大高瓦斯隧道的施工通风是否良好关系到整个隧道施工人员的健康安全 良好的通风效果可 以极快地稀释隧道岩层溢出的瓦斯 较快地排出隧道内的有害气体 因此一个好的通风方案显的尤 为重要 通风竖井作为隧道施工通风的辅助措施能够提高瓦斯隧道通风效果 如果我们能运用得当 将能解决很多通风难题 参考文献参考文献 1 周校光 云台山隧道瓦斯隧道施工设备配置方案探讨 J 岩土工程界 2003 6 7 72 74 2 高伟 罗占夫 赵军喜 射流通风技术在青山隧道中的应用 J 隧道建设 2006 26 3 29 31 3 李永生 罗占夫 赵军喜 浅谈射流通风技术在圆梁山隧道施工通风中的应用 J 隧道建设 2004 24 2 21 24 4 刘石磊 红石岩隧道出口工区瓦斯监测技术 J 隧道建设 2007 27 增刊1 65 69 5 刘石磊 罗占夫 尹冬梅 三联隧道高瓦