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一、隧道掘進(jìn)通風(fēng)方法

隧道掘進(jìn)通風(fēng)方法分為用自然風(fēng)壓通風(fēng)和采取動(dòng)力設(shè)備的通風(fēng)方法。自然風(fēng)壓通風(fēng)在短隧道中采用較多，一般通風(fēng)時(shí)間較長(zhǎng)，但不產(chǎn)生任何安裝維護(hù)費(fèi)用。在實(shí)際施工中，要采取措施檢測(cè)工作面的空氣質(zhì)量。如果沒有足夠的風(fēng)壓，需要較長(zhǎng)的通風(fēng)時(shí)間時(shí)不得采用。采取動(dòng)力設(shè)備通風(fēng)，按照工作方式分為壓入式通風(fēng)、抽出式通風(fēng)和混合式通風(fēng)。

1.壓入式通風(fēng)

工作面爆破后，煙塵充滿迎頭，形成了一個(gè)炮煙拋擲區(qū)。風(fēng)流由風(fēng)筒射出后，按紊動(dòng)射流的特性，使炮煙被卷吸到射出的風(fēng)流中，二者摻混共同向前移動(dòng)，風(fēng)流從風(fēng)筒出口到轉(zhuǎn)向點(diǎn)的距離叫有效射程Lj。為了能有效排出炮煙，風(fēng)筒出口與工作面的距離應(yīng)≤Lj，否則會(huì)在工作附近出現(xiàn)煙流停滯區(qū)。根據(jù)理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，壓入式通風(fēng)風(fēng)筒出口到工作面的距離Lp為：Lp≤Lj=（4～5）S，m。式中：S為掘進(jìn)隧道斷面積，m2。

2.抽出式通風(fēng)

新鮮風(fēng)流由巷道流入，污風(fēng)通過鐵風(fēng)筒排出。這種通風(fēng)方式在風(fēng)筒吸口附近形成一股流入風(fēng)筒的風(fēng)流，離風(fēng)筒越遠(yuǎn)速度越小，這個(gè)距離即為有效吸程Ls，有效吸程外的炮煙處于停滯狀態(tài)。抽出式通風(fēng)風(fēng)筒口到工作面的距離Lc須滿足：Lc≤Ls=1.5S，m。上述兩種方式各有利弊。壓入式通風(fēng)由于風(fēng)機(jī)處于隧道口外新鮮風(fēng)流中，在有瓦斯的隧道運(yùn)轉(zhuǎn)安全；風(fēng)筒出口有效射程長(zhǎng)，排煙能力強(qiáng)，工作面的通風(fēng)時(shí)間短。但這種通風(fēng)方式的污風(fēng)都沿隧道排出，污染范圍廣。抽出式通風(fēng)的優(yōu)缺點(diǎn)與壓入式相反，可以解決大面積污染問題。另外，其在機(jī)械化程度不斷提高和光面爆破技術(shù)的推廣、粉塵越來越嚴(yán)重的情況下尤其重要。

3.混合式通風(fēng)

它是由壓入式和抽出式聯(lián)合工作，兼有二者的優(yōu)點(diǎn)。這種通風(fēng)效果好，適用于大斷面、長(zhǎng)距離的隧道掘進(jìn)。（A）為長(zhǎng)壓短抽式，以壓入式通風(fēng)為主，靠近工作面一段用抽出式通風(fēng)，配備有除塵裝置，風(fēng)筒重疊段風(fēng)速V＞0.5m/s（排瓦斯）或V＞0.15m/s（除塵）。其優(yōu)點(diǎn)是主要采用柔性風(fēng)筒，成本低；缺點(diǎn)是除塵器常隨風(fēng)筒移動(dòng)，且增大通風(fēng)阻力，除塵效果較差時(shí)使隧道受到一定程度的污染。（B）為長(zhǎng)抽短壓式，以抽出式通風(fēng)為主，不需要配備除塵裝置，能夠解決隧道通風(fēng)的污染問題。但抽出段要用帶剛性骨架的柔性風(fēng)筒或硬質(zhì)風(fēng)筒，成本較高。

二、隧道掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量計(jì)算

對(duì)于隧道開挖工作面所需要的風(fēng)量，除了考慮炸藥消耗量外，還要考慮通風(fēng)時(shí)煙流流動(dòng)和稀釋過程的關(guān)系，而這種關(guān)系又和通風(fēng)方式有關(guān)。

1.壓入式通風(fēng)

工作面所需風(fēng)量或風(fēng)筒出口的風(fēng)量應(yīng)為：3Qp7.8A(ld*S)2/t,m3/min（1）式中：t為通風(fēng)時(shí)間，min；A為一次爆破的炸藥消耗量，kg；S為隧道掘進(jìn)斷面積，m2。Ld從工作面至炮煙被稀釋到安全濃度的距離，可按下式計(jì)算：Ld=400A/S，m。當(dāng)掘進(jìn)隧道的長(zhǎng)度小于Ld時(shí)，用隧道長(zhǎng)度置換Ld。

2.抽出式通風(fēng)

工作面所需的風(fēng)量為：Qb18A*Sl/tt,m3/min（2）式中：lt為炮煙拋擲長(zhǎng)度，m。它取決于起爆方式和炸藥消耗量，即電雷管起爆時(shí)，lt=15+A/5，m；火雷管起爆時(shí)，lt=15+A，m

3.混合式通風(fēng)

在長(zhǎng)抽短壓的通風(fēng)方式中，應(yīng)滿足抽出式風(fēng)筒入口的風(fēng)量Qbc大于壓入式風(fēng)筒出口的風(fēng)量Qbp，以防止循環(huán)風(fēng)和維持風(fēng)筒重疊段內(nèi)的隧道中具有排塵或稀釋污風(fēng)的最低速度。因此，應(yīng)先用（1）式計(jì)算Qbp，再用下式計(jì)算Qbc：Qbc=Qbp+60VS，m3/min（3）式中：V為排塵的最低風(fēng)速0.15～0.25m/s；或稀釋污風(fēng)的最低風(fēng)速0.5m/s；S為風(fēng)筒重疊段的隧道面積，m2。一般應(yīng)使Qbc:Qbp=3:1～5:1為宜。在長(zhǎng)壓短抽的混合布置方式中，為防止產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)和滿足重疊段具有最低風(fēng)速，要求Qbp＞Qbc。所以，先用（2）式計(jì)算Qbc，再用下式計(jì)算Qbp：Qbp=Qbc+60VS，m3/min（4）

4.用以上各式計(jì)算的風(fēng)量都要進(jìn)行驗(yàn)算

（1）除塵最低風(fēng)速0.15m/s，最低風(fēng)量≥9Sm3/min，最大風(fēng)速4m/s（對(duì)最大風(fēng)速的規(guī)定各種規(guī)范不統(tǒng)一，公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程并未做出規(guī)定，可采用礦山巖巷掘進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)）；（2）粉塵濃度≤2mg/m3，O2≥20%，CH4或CO2≤0.5%，CO≤30mg/m3，隧道施工應(yīng)保證每人每分鐘供給新鮮空氣1.5～3m3。

三、隧道掘進(jìn)通風(fēng)設(shè)備的選擇

1.風(fēng)筒的選擇

（1）風(fēng)筒的種類掘進(jìn)通風(fēng)采用的風(fēng)筒有金屬風(fēng)筒和帆布、膠布、人造革等柔性風(fēng)筒。柔性風(fēng)筒重量輕，易于儲(chǔ)存和搬運(yùn)，連接懸掛簡(jiǎn)便，膠布和人造革風(fēng)筒防水性能好，但柔性風(fēng)筒只適用于壓入式通風(fēng)。為了滿足抽出式通風(fēng)的要求，可以采用以金屬整體彈簧鋼絲為骨架的塑料布風(fēng)筒。

（2）風(fēng)筒的風(fēng)阻風(fēng)筒的風(fēng)阻包括摩擦風(fēng)阻Rf和局部風(fēng)阻Rf，金屬風(fēng)筒采用法蘭盤連接可以不考慮接頭風(fēng)阻。實(shí)際施工當(dāng)中，風(fēng)阻較難用公式進(jìn)行精確計(jì)算，一般都是根據(jù)實(shí)測(cè)百米風(fēng)阻作為衡量風(fēng)筒管理質(zhì)量和設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。我們?cè)谒淼朗┕ねL(fēng)選型時(shí)，主要考慮的就是風(fēng)筒的漏風(fēng)。

（3）風(fēng)筒的漏風(fēng)一般情況，金屬風(fēng)筒的漏風(fēng)主要在接頭處。膠布、帆布風(fēng)筒不僅接頭，而且全長(zhǎng)都存在漏風(fēng)。所以，漏風(fēng)屬于連續(xù)漏風(fēng)。風(fēng)筒漏風(fēng)使風(fēng)筒始端風(fēng)量（即風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量Qf）與風(fēng)筒末端風(fēng)量（即工作面風(fēng)量Q）不等，其差值即為風(fēng)筒的漏風(fēng)量Ql。風(fēng)筒始末兩端風(fēng)量的幾何平均值為風(fēng)筒的平均風(fēng)量，即Qa=Q*Qf，m3/s。

1）風(fēng)筒漏風(fēng)率La=Ql/Qf×100，%。La反映了風(fēng)筒的漏風(fēng)情況，但不能作為比較的指標(biāo)，常采用百米漏風(fēng)率La100；La100=（Qf-Q）/（Qf×L/100），%。式中：L為風(fēng)筒的使用長(zhǎng)度，m。一般要求，柔性風(fēng)筒的百米漏風(fēng)率應(yīng)滿足表1的數(shù)值。

2）風(fēng)筒的有效風(fēng)量率Ef，指工作面風(fēng)量占風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量的百分?jǐn)?shù)，即Ef=Q/Qf×100，%。

3）風(fēng)筒漏風(fēng)備用系數(shù)φφ=Qf/Q=100/Ef=1/（1-La），φ也可以按以下方法計(jì)算。其中，金屬風(fēng)筒φ=（1+KDnR0L/3）2。式中：K相當(dāng)于直徑1m的金屬風(fēng)筒每個(gè)接頭的漏風(fēng)系數(shù)，須實(shí)測(cè)得出；D為風(fēng)筒的直徑，m；N為風(fēng)筒接頭數(shù)，個(gè)；R0為風(fēng)筒延米風(fēng)阻，N•s2/m8；L為風(fēng)筒全長(zhǎng)，m。柔性風(fēng)筒φ=1/（1-nLi）式中：n為風(fēng)筒接頭數(shù)，個(gè)；Li是一個(gè)接頭的漏風(fēng)率，插接時(shí)Li=0.01～0.02，羅圈反邊連接時(shí)Li=0.005。在選擇風(fēng)筒直徑時(shí)，須考慮送風(fēng)量、送風(fēng)距離以及隧道斷面的大小等因素，經(jīng)計(jì)算后綜合考慮。

2.風(fēng)機(jī)選擇

常用的風(fēng)機(jī)有軸流式和離心式兩種。軸流式風(fēng)機(jī)體積小，便于安裝和串聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)，效率較高，但噪音較大。風(fēng)機(jī)選型考慮的參數(shù)主要有風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量Qf和風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓hf。

（1）根據(jù)掘進(jìn)工作面所需的風(fēng)量和風(fēng)筒的漏風(fēng)情況，計(jì)算風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量Qf=φ×Q，m3/s。

（2）風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓hf風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓用于克服風(fēng)筒的通風(fēng)阻力，由于風(fēng)筒漏風(fēng)，計(jì)算風(fēng)筒通風(fēng)阻力時(shí)應(yīng)通過風(fēng)筒的平均風(fēng)量計(jì)算。壓入式風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓要用風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓hft，hft=Rp×Qa2=Rp×Qf×Q，Pa。式中：Rp為壓入式風(fēng)筒的總風(fēng)阻，hfs=Rc×Qa2=Rc×Qf×Q，Pa。式中：Rc為抽出式風(fēng)筒的總風(fēng)阻。風(fēng)機(jī)的選型可根據(jù)上面算得的Qf和hf值，選擇合適于相應(yīng)隧道施工的風(fēng)機(jī)。

作者：何琨單位：貴州高速公路集團(tuán)有限公司