瓦斯隧道非貫通巷道輔助通風施工技術

金紅蓮 JIN Hong-lian

（中鐵十七局集團第三工程有限公司，石家莊 050081）

1 概述

施工通風是隧道施工的重要工序之一，是瓦斯隧道施工安全施工的關鍵。目前針對瓦斯隧道施工過程中常見的通風技術有壓入式通風和混合式通風兩種。國內外學者對于施工過程中隧道目前的研究方法主要數值求解和現場測試相結合、基于流體動力學的力學模型分析兩種，由于隧道工程施工過程中的復雜性、不確定性，增加了力學模型分析難度，在隧道施工通風設計中，力學模型分析一般用于對通風設計方案的驗證和和優化。數值求解與現場測試相結合的研究方法依然是目前隧道施工階段通風設計的主流方法，本文依托工程某瓦斯隧道全長1737m。隧道出口設506m 的單車道平導，平導與正洞水平距離為30m。重點探討非貫通巷道輔助通風施工技術，以期為相關工程施工提供借鑒和參考。

2 總體通風設計方案

隧道通風采用壓入式和巷道式相結合的通風方式。

①在隧道正洞進出口各安裝2 臺SDF（c）-NO13.5（2×132kW）型軸流風機通過φ1.2m 雙抗風管（阻燃、抗靜電）將新鮮空氣送至正洞，其中一臺風機作為預留備用，且通過專用接頭與主風筒正常連接。平導采用2 臺SDF（c）-NO12.5（2×110kW）軸流風機通過φ1.2m 雙抗風管（阻燃、抗靜電）將新鮮空氣送至掌子面，一臺使用一臺備用。正洞、平導及回風巷處各設一臺SDS-Ⅱ-No10.0 射流風機，以便排風。在掌子面至模板臺車地段的死角、超挖嚴重、洞室等部位用局扇將聚集的瓦斯吹出，使之與回風混合后排出。為確保風流循環速度需設置射流風機，誘導風向。射流風機隨模板臺車移動而相對移動，通風布置詳見圖1。

圖1 通風布置示意圖

②為防止停電、風機故障等原因引起的隧道停風，確保隧道連續通風，避免瓦斯聚集，隧道接入獨立雙回路電源，雙回路電源不得外接其他負荷，并且正洞配備2 臺備用風機，平導配備1 臺備用風機。

③壓入式通風機裝設在洞外30m 位置，避免污風循環。瓦斯隧道的通風機設兩路電源，并裝設風電閉鎖裝置，當一路電源停止供電時，另一路應在15min 內接通，保證風機正常運轉。

④瓦斯隧道必須有一套同等性能的備用通風機，并經常保持良好的使用狀態。

⑤瓦斯隧道應采用抗靜電、阻燃的風管。風管口到開挖面距離應小于5m，風管百米漏風率應不大于2%。

3 非貫通巷道連續封閉空間壓入式巷道通風加速回風技術

按照總體技術方案，隧道施工劃分為四個作業面，其中作業面2 和作業面3 通風方案選用巷道通風，采用壓入式通風方案。配置2 臺SDF（c）-NO12.5 軸流風機。由于增設平行導坑非貫通型，無法實現自然通風，平行導坑與隧道主洞橫通道存在一定的轉角，同時，作業面2、3 屬于密閉空間，在一定程度極大的影響了污染空氣的回流速度。因此總體方案考慮正洞、平導及回風巷處各設一臺SDS-Ⅱ-No10.0 射流風機，以便排風。在掌子面至模板臺車地段的死角、超挖嚴重、洞室等部位用局扇將聚集的瓦斯吹出，使之與回風混合后排出。為確保風流循環速度需設置射流風機，誘導風向。射流風機隨模板臺車移動而相對移動。為確保加速回風效果，需要對射流風機的安放位置現場測試分析評估，主要包括定點監測和工況分析兩項內容。

3.1 監測布點

監測布點的原則需結合現場并充分考慮壓入式巷道通風循序回流特征、洞室結等因素。主要監測指標為瓦斯濃度和風速。布點方案如圖2，其中檢測點1 與監測點3距離掌子面6m 位置，避免與風管出口處在一條線上。

圖2 監測布點示意圖

3.2 工況分析

3.2.1 風量分配情況

由于平導通風需要滿足兩個封閉作業面施工，采用一根風管分流至作業面2 和作業面3。為提高送風量的利用率，在1#橫洞位置設置風量分配器（如圖3 所示），針對現場施工情況，有針對性的分別控制兩個作業區間的送風量，提高通風效率。

圖3 風量分配控制器

隧道施工通風管道風量分配控制器是通過對三通接頭通風管道進行控制，根據不同工序不同掌子面的風量需要，合理分配管道通風，提高通風效率。一拖二通風模式，主要由洞外大功率風機、主管道、支管道、主、支管道之間的連接管件（三通）等組成，風機多采用串聯式雙機機組，可按照洞內風量需要，采用單機供風或雙機供風；主、支管道采用柔性風袋，通風時在風壓的作用下風袋膨脹形成通道，停機時風壓消失，風袋自然下垂。主管道直徑一般為1.2m，支管道直徑一般為0.8m；連接管件一般將主管道與支管道連接牢固。

3.2.2 射流風機引導式巷道通風

射流風機設置位置如圖4 所示。

圖4 射流風機引導式巷道通風射流風機安裝圖

3.2.3 現場實測數據分析

傳統不加射流風機壓入式巷道通風為方案Ⅰ，射流風機引導式巷道通風方案為方案Ⅱ，通過對兩種方案下工況點風速和瓦斯監測數據進行分析風速比對。

通過監測數據總結有以下幾個特點：（圖5）

圖5 方案Ⅰ工況點風速監測線圖

①1 和3 測點為掌子面直接供風點，風速平均0.7m/s。

②2 和4 測點巷道供風回風困難區，風速平均0.3m/s。

③5.6 和7.8 測點為主供風回風巷道，風速平均0.43m/s。

通過監測數據總結有以下幾個特點：（圖6）

圖6 方案Ⅱ工況點風速監測線圖

①1 和3 測點為掌子面直接供風點，風速平均0.75m/s，較方案Ⅰ有改善。

②2 和4 測點巷道供風回風困難區，回風風速有效提高，風速平均0.5m/s。

③5.6 和7.8 測點為主供風回風巷道，主回風風速明顯改善，風速平均0.55m/s。瓦斯稀釋情況。

通過監測數據總結出響炮后掌子面瓦斯濃度急劇增高，回風流瓦斯濃度隨之增高，約8 小時后濃度降到0.5%以下。（圖7）

圖7 方案Ⅰ工況瓦斯濃度監測線圖

通過監測數據總結出響炮后掌子面瓦斯濃度急劇增高，回風流瓦斯濃度隨之增高，約4 小時后濃度降到0.5%以下，方案Ⅱ較方案Ⅰ瓦斯排放時間節省4 小時左右。（圖8）

圖8 方案Ⅱ工況瓦斯濃度監測線圖

4 結論與建議

依托瓦斯隧道施工通風設計，在實際工程應用中，采用分區、分階段、分工況采用不同的通風方案，取得了良好的應用效果，在瓦斯隧道通風設計方案總結經驗如下：

①采用合理的分區施工，在加快施工進度的同時，可以減少獨通風壓力，對煤層瓦斯集中排放，一方面可以減少對正常施工段的二次污染，另一方面，可快速降低瓦斯濃度。

②利用非貫通平行導坑對連續封閉空間實施通風，通過采用在回風口、巷道中安防射流風機，利用其形成的負壓引導回風方向，加速回風，極大的提高了通風效果。

③針對連續封閉空間壓入式巷道通風，基于風量均衡理論，應用了隧道風量分配器實現了不同工況、不同區間均衡通風，提高了新鮮空氣的利用率。