隧道施工通风压入式通风计算方法.docx

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隧道施工通风压入式通风计算方法

2、通风计算【2009-6-10】

根据隧规及其条文说明，风量计算主要从四个方面予以考虑，即按洞内最多工作人员数所需的新鲜空气，计算出所需风量Q1；按在规定时间内，稀释一次性爆破使用最多炸药量所产生的有害气体到允许的浓度，计算出所需风量Q2；根据不同的施工方法，按坑道内规定的最小风速，计算出所需风量Q3；当隧道内采用内燃机械施工时，还须按内燃设备的总功率（kw），计算出所需风量Q4；通过上述计算，取Qmax=Max（Q1，Q2，Q3，Q4），再考虑风管的损失率（百米漏风率β），即确定洞内所需的总供风量Q机，从而确定风机的功率和风管的直径。

（1）计算参数的确定

一次开挖断面：

S=80m2（全断面）

一次爆破耗药量：

G=288kg（一次开挖长度4.2m）

通风距离：

L=2800m

洞内最多作业人数：

m=60人

爆破后通风排烟时间：

t≤30min

通风管直径：

φ=1800mm

管道百米漏风率：

β=1.5%

（2）风量计算

①按洞内最多工作人员数所需的新鲜空气，计算：

Q1=3·k·m=3×1.25×60=225（m3/min）

式中3—隧规规定每人每分钟需供应新鲜空气标准为3m3/min

k—风量备用系数，一般取1.15～1.25，按1.25取值

m—同一时间洞内工作最多人数，按60人计

②按全断面开挖，30分钟内稀释一次性爆破使用最多炸药量所产生的有害气体到允许的浓度，计算：

Q2=V1－（K·V1t+1/V2）1/t=V1[1－（k×V1/V2）1/t]=551m3/min

式中V1－一次爆破产生的炮烟体积V1=S×Ls=80×72.6=5808m3

S-一次开挖的断面面积，按80m2

Ls－炮烟抛掷长度，按经验公式Ls=15+G/5=15+288/5=72.6m

G－同时爆破的炸药消耗量，G=288kg

V2－一次爆破产生的有害气体体积V2=a·G=40×10-3×288=11.52m3

a—单位重炸药爆破产生的有害气体换算成CO的体积，40L/kg

K—CO允许浓度，取100ppm，换算为1×10-4m3

t—通风时间，取30min

③按洞内允许最低风速，计算：

Q3=60·V·S=60×0.15×80=720m3/min

式中V—洞内允许最小风速，隧规规定全断面开挖时取值0.15m/s

S—开挖断面积，80m2

60—min和s换算常数

④按稀释内燃机废气计算风量：

考虑在洞内同时有2台ZL50D型装载机（功率158kw）和3辆T815自卸车（功率210kw）作业，总功率736kw，取机械设备的平均利用率为70%，按隧规1kw需供风量不小于3m3/min，算得：

Q4=946×0.70×3=1546m3/min

【 机械功率参考表】

名 称

型  号

单位

功率

备注

装载机

柳工ZL50D

台

158kw

柳工ZL50

台

154kw

柳工CLG888

台

231kw

徐工ZL50G

台

162kw

徐工LW420F

台

128kw

自卸车

卡玛斯55111

台

162kw

北方奔驰ND3310D29

台

213kw

斯太尔T815

台

210kw

东风140

台

103kw

140马力

东风145

台

118kw

160马力

东风3208

台

210kw

设备供风能力取Qmax=Max（Q1，Q2，Q3，Q4）=1546m3/min。

对于长大隧道，管道的漏风现象造成入口处与出口处的风量差别很大，按百米漏风率（取β=1.5%）计算洞口风机风量：

Q机=Qmax/（1-β）L/100=1546/（1－1.5%）2800/100=2360m3/min。

【注1：

先计算漏风系数p=1/（1-β）L/100=1/（1-2800·1.3/100）=1.53，也可。

】

【注2：

若β=2.0%，则Q机=2722pa；若β=2.5%，则Q机=3141pa；这两个计算结果都没有上述可行，但国内的风管β=1.5～2.5%。

以资比较。

】

【注3：

若装载机2台自卸车3台时，总功率946kw，Qmax=1987m3/min,则Q机=3033m3/min；若β=2.0%，则Q机=3498pa；若β=2.5%，则Q机=4037pa。

以资比较。

】

（3）风压计算

通风机应有足够的风压以克服管道系统阻力，即h＞h阻，按下式计算：

h阻=∑h动+∑h沿+∑h局=4971pa

其中：

①管口动压h动一般可考虑为50pa。

②沿程压力损失计算：

h沿=α·l·U·p·Qmax2·g/s3=4474pa；

式中α－风管摩擦阻力系数，取α=3×10-4kg.s2/m3

l－风管长度，取2800m

U—风管周边长，π·D=5.652m

p－漏风系数，P=1/（1-β）L/100=1.4425，β=1.3%

Qmax－计算掌子面所需风量，1987m3/min并折合成33.12m3/s

g－重力加速度，取9.8m/s2

S—风管截面积，π·D2/4=2.5434m2；D－风管直径1.8m

【注：

若采用直径1.6m的风管，则h沿=8058pa，没有上述可行。

】

③局部压力损失，按沿程压力损失的10%进行估算：

h局=h沿×10%=447.4pa

【直线隧道风流不转弯，风管断面不变化时，可不予考虑，即h局=0pa。

】

1、施工通风

施工通风方案：

隧道进出口、斜井施工通风主要采用长管路独头压入式通风，由洞口回风。

通风最长距离近5073m。

①通风检算

选用SDF（c）-NO12.5型轴流风机（风量1550～2912m³/min，全压1378～5355Pa，电机功率2×110KW），射流风机选用SLFJ-100型，电动机功率30KW；根据施工总体进度安排及通风系统布置，2#斜井施工压入通风距离最长，为5073m，如果此工作面通风能满足需要，则其余均能满足。

通风管使用PVC拉链风筒，节长20m，平均百米漏风率0.67％，接头漏风率0.179％，考虑通风筒架设弯曲、个别破损等，取平均百米漏风率P100＝1.2%，摩擦阻力系数α=1.4×10－3kg/m³。

全断面开挖断面积按正洞Amax=83㎡

一次爆破最大用药量按正洞Gmax=176kg

洞内最多作业人数按正洞60人

爆破后计划排烟时间按t=30min。

掌子面需风量计算：

a、按洞内允许最低风速计算：

Q1=Vmin×Amax

式中：

Vmin—保证洞内稳定风流之最小风速0.15m/s

Amax—开挖最大断面积。

Q1=0.15×83×60=747m³/min

b、按洞内最多作业人数计算：

Q2=3MK

式中：

M——洞内同时最多作业人数

K——风量备用系数K=1.2

3——每人每分钟所需新鲜空气量（m³/人•分钟）

Q2=3×60×1.2=216m³/min

c、按排除炮烟计：

——淋水系数，沿干燥岩层掘进的巷道取0.8；

b——炸药爆炸时有害气体生成量，岩层中爆破取b=40；

K——扩散系数0.4；

L临——稀释炮烟达到允许浓度所需隧道长度（m）；

L临=15+G/5=15+176/5=50m

p——风筒漏风系数。

通过Q1、Q2、Q3比较，最大需风量为747m³/min。

供风计算:

沿程风压损失：

P损=R×Q机×Q需/3600=6.15×5824×747/3600=7432Pa

式中：

风阻系数R=6.5×α×L/D5=6.5×1.4×10-3×5073/1.55=6.15

Q机——通风机高效风量5824m³/min（计划2台轴流风机供应一个正洞工作面）

Q需——掌子面需风量747m³/min

D——通风管直径1.5m

通风管出口风量：

Q出口=Q机-Q机×P100×L/100=5824-5824×1.2%×5073/100=2279m³/min

由以上结果可知，Q出口=2279＞Q需=747m³/min，P损=5716Pa＜P全=10710Pa，亦即，通风出口风量大于掌子面需求风量，沿程风压损失均小于风机全压，故此种方式可满足洞内施工通风需要。

每个隧道口配置两组2×110kw轴流风机，另正洞内每隔500m配备1台射流通风机将废气往洞外吹，压入式轴流风机配风管直径为Ф1.5m。

2、施工通风计算前提

设定参数:

开挖断面积S=98.77m2（最大值计）

一次开挖长度L=3m（台阶法按1.5m计）

单位体积耗药量0.71Kg/m3

一次爆破用药量（全断面开挖）G=210kg

台阶法施工G台阶=105kg

洞内同时工作的最多人数m=60人

内燃机功率计算4×173KW

爆破后通风排烟时间t=30min

通风管直径Φ1.50m

风管百米漏风率β=1.3%

漏风系数P1.05

风管内摩阻系数0.019

风量备用系数k=1.15

最小洞内风速V=0.15m/s

则，全断面开挖时炮烟抛掷长度LS=15+G/5=15+210/5=57m

台阶法时炮烟抛掷长度LS=15+G/5=15+105/5=36m

2.2风量计算

隧道通风机的选择是根据能满足洞内各项作业所需要的最大风量而定。

风量按洞内每人每分钟供给新鲜空气3m3。

采用内燃机作业时，每1Km供风量不小于3m3/min及洞内风速不小于0.15m/s分别计算，以确保作业区内有足够的新鲜空气，来改善劳动条件，保障作业人员身体健康。

风量计算从四个方面予以考虑，即按排除爆破炮烟计算得Q1；按洞內最多工作人员数计算得Q2；按洞内要求最低风速计算得Q3；按稀释内燃机废气计算得Q4。

通过上述计算，取Q计=Max（Q1Q2Q3Q4）最大值。

2.2.1排除炮眼需风量

Q1=V1-（KV1t+1¬¬/V2）1/t=V1[1-（KV1/V2）1/t]=

V1--一次爆破产生的炮烟体积V1=S×Ls=

V2--一次爆破产生的有害气体V2=a×G=

k--允许浓度取100ppm；

a----单位重炸药爆破产生的有害气体换算成的CO体积取40×10-3m3/kg。

其它公式参考值：

t--通风时间（min），拟60分钟；

A--爆破耗药量（kg），经计算循环耗药量为210kg，因台阶法施工，取其一半，即105kg；

S--巷道断面积（m2），榴桐寨隧道正洞最大断面积为98.77m2；

L--巷道长度或临界长度（m），按独头掘进最长5073m计；

K--考虑淋水使炮烟降低的系数；使用水幕条件下K=0.30；

P--巷道计算长度范围内漏风系数，应不大于1%，新工艺取值0.5%。

2.2.2按洞内同时工作的最多人数60人计算风量

Q2=qmK

式中Q——计算风量（m3/min）

q——洞内每人每分钟所需要新鲜空气量。

（m3/min）规定按每人每分钟3m3计算。

瓦斯隧道每人需要新鲜空气标准采用4.0m3/min，本隧可能有瓦斯溢出，故采用4.0m3/min标准。

M——洞内同时工作的最多人数，本隧拟采用“无轨运输高度机械化设备配置”。

最多人数以60人计算。

K——风量备用系数，取1.1～1.15

2.2.3.按满足洞内允许最小风速要求计算风量

Q3=60SV

式中S——巷道断面积m2，本隧最大面积为83m2。

V——允许最小风速，全断面开挖时应不小于0.15m/s,分部开挖的坑道不应小于0.25m/s,但均不应大于6m/s，瓦斯隧道施工通风风速不宜小于1m/s。

2.2.4.洞内使用内燃机械的通风量：

Q4=Q0×ΣP

式中：

Q0——隧道内使用柴油设备的单位功率所需风量指标，1kW单位通风量宜不小于3m3/min，采用3m3/min/kW的指标。

所以：

Q=Q0×ΣP

=498×3

=1494（m3/min）

上述三者中取计算的最大通风量，则无轨运输方案中通风量按最大值Q=1494（m3/min）设计。

ΣP——同时在洞内作业的各种柴油机功率总和，如下表所示；

序号设备名称功率（kW）数量备注

1铣挖机1621台铣挖机工作时，装载机及挖掘机不工作

2装载机1601台装载机工作时，挖掘机及铣挖机不工作

3挖掘机1601台挖掘机工作时，铣挖机及装载机不工作

4自卸汽车1182台在洞内保持工作状态

5其它辅助机械1001

合计498

2.2.5.漏风计算：

考虑漏风而损失的风量：

Q需=PQ

式中：

P——漏风系数；采用高频热塑焊接工艺加工的高强、低阻、阻燃的软质风管采用加长的风管节，尽量减少接头数量，接头应严密，每100m漏风率不大于1%。

每20m一节，单向共285节，接头漏风率取值为0.5%，则漏风率为P=1+25×0.5%=1.125。

Q需=PQ

=1.125×5670

=6378.75（m3/min）

2.2.6.风压计算：

通风阻力包括局部阻力和摩擦阻力，摩擦阻力在风流的全部流程内存在，如拐弯、分支及风流受到其他阻碍的地方。

为保证将所需风量送到工作面，并达到规定的风速，通风机应有足够的风压以克服管道系统阻力，即h>h阻。

H总阻=Σh摩+Σh局

①局部压力损失：

在通风方案中，主要有转弯引起的局部压力损失，按下列公式计算：

h局=ξ×ρ×ν2/2pa

式中：

ξ---局部阻力系数

ρ---空气密度，取1.2

ν---转弯管道风速，取30.54m/s

拐弯局部阻力系数计算公式如下：

ξ=0.008α0.75/n0.6

n=R/D式中：

R为拐弯半径（取40m），D为风管直径，取1.5m，α为拐弯角度。

拐弯局部阻力系数计算得：

ξ=0.008×450.75/26.670.6=0.019

局部阻力得：

h局=0.019×1.5×30.542/2=132.91pa

②沿程压力损失计算：

h=6.5×α×L×Q×g/D=

α--风道摩擦阻力系数，取α=3×10-4kgs2/m3；

L--风道长度，取5703m；

Q--风量，取5703/60=95.05m3/s；

g--重力加速度m/s2，取9.81m/s2；

D--风管直径1.5m；

h--沿程摩擦阻力pa；

结论：

根据以上计算结果，选用直径1.5m的风管供风，全压4000（pa）的风机能满足施工要求。