长距离独头巷道掘进的通风技术研究.pdf

2 0 1 2 年4 月 矿 业安 全 与环 保 第3 9 卷第2 期 长距离独头巷道掘进的通风技术研究 李 新 中煤科工集团重庆研究院， 重庆 4 0 0 0 3 9 摘要 结合某隧道施工项 目的现场情况 ， 提 出一种长距离独头巷道掘进 的通风施工方案。通过对压 入式、 抽 出式、 压抽 混合式通风 的优缺点进行 比较 ， 选择压入式通风 ， 并使用一站式通风方式； 通风设备 选用大直径风筒和多级隧道施工通风机 ， 通风距离长达 1 5 k m。使用压入式送风方 式直接将 新鲜风流 送至掘进工作面 ， 满足 了施工通风需求。 关键词 独头巷道 ； 掘进 ； 长距 离通风技术； 一站式通风 中图分类号 T D 7 2 4 ； T U 8 3 4 ． 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 一 , L 4 9 5 2 0 1 2 0 2 0 0 4 5 0 2 随着我国基础设施的广泛建设 ， 由于地形 、 地理 条件 的限制 ， 出现 了大量的公路及铁路隧道、 引水 隧 洞等施工项 目， 在这些施工项 目中可能会 出现长距 离独头掘进的现象。所谓长距离是指巷道 的掘进长 度在几公里或 十几公里 以上 ， 此时 由于没有通风斜 井或辅助通风巷道 ， 向掘进 工作 面送人新鲜风流就 很困难 ， 因此有必要制订一个安全可行 的通风施工 方案。通风方案 的优劣及通风效果 的好坏 ， 直接关 系到隧道施工安全、 工程造价和运 营效益 。在此 以 某隧道施工项 目中的独头巷道掘进 为例 ， 对其通风 方案进行分析。该 隧道施工项 目采用 T B M掘 进机 掘进 ， 巷道的独头通风距离长 1 5 k m， 巷道断面积约 4 0 m 。T B M掘进机施工时 ， 为 了满足 除尘 、 散热等 需要 ， 要求巷道 回风风速不低于 0 ． 7 m ／ s 。 1 巷道施工通风方 案的选择 1 ． 1通风方式的选择 巷道施工通风方式主要有 3种 ， 分别为压入式 、 抽出式和压抽混合式 ， 其优缺点 比较见表 1 。 在该施工项 目中， 如果巷道通风采取抽出式通 风 ， 则风筒必须采用硬质风筒 ， 考虑到风筒最长可达 1 5 k m， 使用硬质风筒成本过高 ， 首先排除 ； 压抽混合 式通风 也存 在风 筒成 本过 高 的 问题 ； 该 巷道 使用 T B M掘进机掘进 ， 掘进机除尘效果好 ， 如果采取压人 式通风 ， 回风风 流 中粉尘 含量低 ， 能够 满足 通风需 求 ， 而且可以采用柔性风筒降低施工成 举， 因此在该 项 目中选用压入式通风。 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 1 2 ； 2 0 1 1 1 1 2 3修 订 作者简介 李 新 1 9 7 8 一 ， 男， 四川泸州人， 工程师， 主 要从事矿用设备的研制及开发工作。 表 1 隧道施工常用通风方式优缺点对比 通风方式 优 点 缺 点 压入式通风又分为一站式通风和接力通风两种 方式。一站式通风是指 j 生洞 口外设 置 1个通风站 ， 将新鲜风直接送至工作面 ， 中途不安装接力风机 ； 而 接力通风方式则需在巷 道中段安装接力风机 ， 对风 筒 中的风流进行二次加压后将其送 至工作面 。一站 式通风设备安 装简便 ， 只有 1个风机站 ， 但对洞 口风 机的风压要求较高。考虑到便于通风设备的安装及 维护 ， 本项 目采用了一站式通风 ， 其布置见图 1 。 图 1 一站式通风布置简图 1 ． 2 风筒选择 根据巷道断面大小， 在保证巷道下部通道空间的 情况下， 选择直径 d 2 ． 5 m 的风筒， 其布置见 图 2 。 在风筒直径 的选择时 ， 尽可能选择直径较大的风筒 。 45 2 0 1 2年4月 矿 业 安 全 与 环 保 第3 9卷第2期 虽然大直径风简的购置费用较高 ， 但 在输送 相同风 量时 ， 大直径风筒产生 的通风 阻力 远小于小直径风 筒 ， 与大直径风筒配套使用的通风机压力较低 ， 通风 机的功耗较小 ， 长期运行能够节约大量电能 ， 运行费 用较低 。 图 2 风筒 布置示意图 选用高强度阻燃柔性风筒 ， 每节长 1 0 0 m， 具有 低摩擦 阻力 、 低 漏 风 率 等特 点 。风筒 总长 度 L 1 5 k m， 共有 1 5 0节。 1 ． 3风量计算 1 按巷道内最多工作人数计算需求风量 Q Q N 0 ． 0 6 72 0 01 3 ． 4 i n ／ s 式 中 Q 为风筒末端风量 ， IT I 。 ／ s ； Ⅳ为巷道 内同时最 多工作人 数 ； Q 为 每人 每 秒需 求 新 鲜 空 气 量， 取 0． 0 6 7 m ／s 。 2 按巷道回风风速计算需求风量 Q v h A h 0 。 74 02 8 I n ／ s 式 中 为巷道最低 回风风速 ， 0 ． 7 m ／ s ； A h 为巷 道断面积 ， A h4 0 I n 。 3 按稀释内燃机废气计算需求风量 Q Ns Q K6 0 00 ． 0 50 ． 5 51 6 ． 5 m’ ／ s 式中 为巷道 中内燃机车总功率， k W； Q 为内燃机车 单位功率每秒需求新鲜空气量， 取 0 ． 0 5 m 3 ／ S k w ； K为 内燃机利用率系数， 取 0 ． 5 5 。 综合上述计算情况 ， 按巷道 回风风速计算需风 量最大 ， 取其作为风简末 端风量 。再根据风筒百米 平均漏风率计算通风机风量 ． Q f Q ／ 10 ． 7 4 ％ 。2 8 ／ 0 ． 9 9 2 6 。 8 5 ． 3 m。 ／s 式中 Q 为通风机风量 ， I n ／ s ； 风筒百米平均漏风率 取 0 ． 7 4 ％ 。 1 ． 4 风阻计算 风筒末端风速 Q ／ A f 2 8 ／ 4 ． 95 ． 7 1 4 m ／ s ． 4 6 风筒人 口风速 ／3 f Q f ／ A f 8 5 ． 3 ／ 4 ． 91 7 ． 4 m ／ s 式 中 为风筒面积 ， A 1 T ／4 4 ． 9 I n 。 空气密度P1 ． 1 7 k g ／ i n 摩擦阻力系数 A0 ． 0 1 5 风筒摩擦阻力 J ， A pL v f f r ～ 0 ． 01 5 1 ．1 7 1 5 0 0 0 1 7． 4 5 ． 71 4 2 2． 5 ‘ 5 2 34 Pa 风筒局部风阻 R 1 ． 1 4 N S 2 ／ m 筒局部阻力 h Q f Q 1 ． 1 48 5 ． 3 2 8 2 72 2 Pa 风 机全 压h f h r r h 5 2 3 42 7 2 2 7 9 5 6 Pa 1 ． 5 通风机选型 风机高效率工况点 风机风量 QQ 8 5 ． 3 1 3 3 ． ／ s 风 机 全压h 7 9 5 6 P a 风机最高点效率 叼≥8 0 ％ 风机功率 PQ h f ／ r ／ 8 5 ． 37 9 5 6 ／ 0 ． 8 8 48 ． 3 k W 根据 以上计算结果 ， 选择 中煤科工集 团重庆研究 院生产的 F S D N o 1 8 ／ 3 3 1 5型三级隧道施工通风机 ， 该 风机高效点风量为 8 6 m ／ s ， 风压为 8 0 0 0 P a ， 通 风机 风量及 风压 均 能满 足 通 风 需 求。该 风 机 直 径 为 1 ． 8 m， 风机为三级结构 ， 由3台 3 1 5 k W 电动机分别 驱动 3个叶轮 ， 风机叶片 由高强度铝合金制作 ， 叶片 具有质量轻 、 强度高的特点 。 1 ． 6 通风系统图 综上所述 ， 该独头巷道掘进通 风方案采用压人 式通风方式 ， 使用单台风机进行一站式通风 ， 风筒选 用直径为 2 ． 5 I T I 的高强度阻燃柔性 风筒 ， 通风机选 用 F S D N o 1 8 ／ 3 x 3 1 5型三级 隧道施工通风机 ， 通风 系 统见图 3 。 F S D№ l 8 ／ 3 3 l 5 隧 道 施 工通 风 机 图 3 通风系统示意 图 2 通风系统的管理 在长距离巷道掘进通风系统 中， 除了设计 合理 的通 风方案 ， 正确选择风机 、 风筒外 ， 还需加强通风 下转第4 9页 2 0 1 2年4月 矿 业 安 全 与 环 保 第 3 9卷第2期 0 ． 2 O ‘ 量 O ． 1 6 bD 0 ． 1 2 0 ． 0 8 0 2 4 6 8 l 0 l 2 L／ m a 值 测定 结果 3 0 ‘ 0 1 ．0 L／ m b △ 2 值测定结果 0 2 4 6 8 l 0 l 2 ／ m c 眦 测 定结 果 图4 各测量孔钻屑指标值变化趋势 流量的变化来判定测量钻孔是否处于超前排放钻孔 的影 响范围之内 ， 其代表一个 区域煤层 的瓦斯流量 特征 ， 测定结果对整个区域有代表性 ， 也是这种测量 方法的优势所在 ； 钻屑指标法测定排放半径则是通 过测量孔的钻屑指标值来检验排放钻孔影响范围。 通过两种方法在 同一地点的实测数据 ， 可 以得 出直径 为7 5 mm的排放钻孔的排放半径。利用钻孔 瓦斯流量法测得的排放半径 为 0 ． 3 0 m； 利用钻屑指 标法测得的排放半径为 0 ． 3 4～ 0 ． 4 2 m。综合二者测 定数据并结合实 际生产情况 ， 确定直径为 7 5 m m 的 排放钻孔的排放半径为 0 ． 3 0 m。 4结论及建议 1 通过现场试验 ， 利用钻孔瓦斯流量法 、 钻屑 指标法 ， 对 “ 三软” 低透气性突出煤层进行测定 。现 场测定数据表明， 该煤层直径为 7 5 m m 的排放钻孔 的排放半径是 0 ． 3 0～ 0 ． 4 2 m。结合实际生产情况 ， 排放半径取 0 ． 3 0 m。 2 以排放半 径 为依据 ， 设计煤 巷专 项 防突措 施 ， 为煤巷的消突提供 了技术支撑。 3 随着矿井的不断开拓、 延伸 以及地质条件的 不断变化 ， 钻孔排放半径也随之不断变化。因此 ， 排 放半径也应不断更新 ， 以保证矿井的安全生产 。 责任编辑 李琴 上 接 第 4 6页 管路的安装、 维护与管理 ， 才能保障整个系统 的通风 效果 。 1 成立 以项 目经理为 中心 ， 由安全员 、 通风 管 理员 、 通风检测员参加的通风管理机构 ， 负责通风系 统各种设备的管理和检修 ， 督促严格 按既定的通 风 方案实施 、 操作 ； 通风检测员应定期测量巷道及风筒 内的风速 、 风量 ， 巷道 内的气压 、 有 害气体含量等参 数 ， 并做详细记录 ， 有异常情况及时上报并按预案采 取相应措施。 2 通风机管理主要做到 ① 不得随意停 风机 ， 发生意外出现停机时 ， 由专人 负责通 风机的开启 工 作； ② 通风机的高压部位连接件之间必须使用衬 垫， 风机与风简接口要求捆扎严密， 避免高压部位漏 风 ； ③ 建立严格 的通风机 开停 制度 ， 杜绝通风机无 计划停电停风。 3 柔性风筒 的安装必须做到平顺 、 挺直、 扎紧、 安稳， 尽量避免急转弯， 以降低风筒内的局部通风阻 力 ； 实行定期巡 回检查制度 ， 加强维护 ， 发现风筒破 漏， 应及时修补。风筒周围不得有尖锐突出物， 动 力线、 照明线与风筒分侧悬挂。 4 如果通风设备出现事故或巷道内通风受阻 ， 作业条件太差 ， 则所有人员应撤离现场 ， 在通风系统 未恢复正常和未经全面睑查确认巷道内已无有害气 体前 ， 不得进入巷道 内。 3 结论 1 长距离独 头巷道掘进通风施工方案 采用压 入式一站式通风 ， 仅需 】 1 台风机及 1路风筒就可以 将新鲜风送至掘进工作面 ， 满足巷道通风需求 。该 通风系统结构简单 ， 易于维护管理 ， 并且成本较低。 2 选用每节长 5 0一 1 0 0 m 的高强度阻燃风筒 ， 单节风筒较长 ， 减少了整条风筒的接头数量 ， 可 以有 效降低风筒 的漏风量 ， 提高风筒末端的风量 ； 风筒接 头数量少还可 以有效降低 风筒 接头产 生的摩擦 阻 力 ， 从而降低整条风筒的阻力。 3 严格的通风管理措施是保障整个系统通风 效果的关键 ， 应加强通风管路 的安装 、 维护与管理 ， 在“ 防漏 降阻” 方面狠下功夫。 参考文献 [ 1 ]黄元平。 矿井通风[ M】 ． 徐州 中国矿业大学出版社， 1 9 86． [ 2 ]李庆宜． 通风机[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 8 6 ． 责任编辑 卫蓉 4 9