摘要：新奥法施工技术与鲁布革工程引水隧洞全断面开挖技术的推广应用使引水隧洞工程施工达到了新水平，但对通风方式与风量计算却疏于重视。文章对引水隧道施工掘进中的通风方式、优缺点、风量及设备选型等问题进行了较为系统的论述，提供了引水隧道施工通风的计算方法，在引水隧道施工中具有很好的借鉴作用。
关键词：引水隧道掘进；通风方式；风量计算
1、引言
引水隧道工程在水利水电事业的高速发展中有着悠久的历史，引水隧道通风的研究也有比较丰硕的经验与成果，在引水隧道通风设计中也得到了应用。但是从整个行业来看，我们对引水隧道施工阶段的通风设计重视不够，实际施工中采取的通风方式也不科学、合理和经济，很多引水隧道施工通风效果并没有帮助施工达到它有效的效果。
2、引水隧道掘进通风方法
引水隧道掘进通风方法分为用自然风压通风和采取动力设备的通风方法。自然风压通风在引水短隧道中采用较多，一般通风时间较长，送风容易，供风量大，并不产生任何安装维护费用，成本低。但在实际施工中，要采取措施检测工作面的空气质量，同时，如果没有足够的风压，需要较长的通风时间时不得采用。而动力设备通风是常用的引水隧洞通风方式，按照工作方式一般分为压入式通风、吸出式通风和混合式通风。
2.1 压入式通风
如图1-1所示，工作面爆破后，烟尘充满迎头，形成了一个炮烟抛掷区。风流由风筒射出后，按紊动射流的特性，使炮烟被卷吸到射出的风流中，二者掺混共同向前移动，风流从风筒出口到转向点的距离叫有效射程Lb。为了能有效排出炮烟，风筒出口与工作面的距离应≤Lb，否则会在工作附近出现烟流停滞区。根据理论分析和实践经验，压入式通风风筒出口到工作面的距离Lp为：Lp≤Lb（4～5）S，m。式中：S为掘进引水隧道断面面积，m2。压入式通风的优点是能冲淡工作面有毒气体，提供良好的工作环境，且风筒末端距工作面较抽出式大；缺点是污浊风流自引水隧洞全断面排出，对平行作业施工不利，且污风排出洞外后，对环境污染范围广。
2.2吸出式通风
如图1-2所示，新鲜风流由巷道流入，污风通过风筒排出。这种通风方式在风筒吸口附近形成一股流入风筒的风流，离风筒越远速度越小，这个距离即为有效吸程Ls，有效吸程外的炮烟处于停滞状态。吸出式通风风筒口到工作面的距离Lp须满足：Lp≤Ls=1．5S，m。吸出式通风的优点是污浊风流沿风筒排出，全线劳动条件好，排烟速度快；缺点是风机布置在洞外，对风筒材质要求较高，成本较高。另外，其在机械化程度不断提高和光面爆破技术的推广、粉尘越来越严重的情况下尤其重要。
2.3混合式通风
它是由压入式和吸出式联合工作，兼有二者的优点。这种通风效果好，适用于大断面、长距离的引水隧道掘进，但风机布置和通风组织要求严格。
混合式通风方式见图1-3（A）为长压短吸式，以压入式通风为主，靠近工作面一段用吸出式通风，配备有除尘装置，风简重叠段风速V>0.5 m/s（排炮烟）或V>0.15 m/s（除尘）。其优点是主要采用柔性风筒，成本低；缺点是除尘器常随风筒移动，且增大通风阻力，除尘效果较差时使引水隧道受到一定程度的污染。（B）为长吸短压式，以吸出式通风为主，不需要配备除尘装置，能够解决引水隧道通风的污染问题。但吸出段要用带刚性骨架的柔性风筒或硬质风简，成本较高。
3、引水隧道掘进工作面所需风量计算
对于引水隧道开挖工作面所需要的风量，除了考虑炸药消耗量外，还要考虑通风时烟流流动和稀释过程的关系，而这种关系又和通风方式有关。
3.1压入式通风
工作面所需风量或风简出口的风量应为：
=7.8
，m3/min （1）
式中：t为通风时问，min；
A一次爆破的炸药消耗量，kg；
S为引水隧道掘进断面面积，m2。
Ld从工作面至炮烟被稀释到安全浓度的距离，可按下式计算：Ld=400 A/S，m。当掘进引水隧道的长度小于Ld时，用引水隧道长度置换Ld。
图1-1 压入式通风
图1-2 吸出式通风
（A）长压短吸式 （B）长吸短压式
图1-3 混合式通风
3.2抽出式通风
工作面所需的风量为：
Qb=18
/t，m3/min （2）
式中：It为炮烟抛掷长度，m。它取决于起爆方式和炸药消耗量，即电雷管起爆时，It=15+A/5，m；火雷管起爆时，It =15+A，m。
3.3混合式通风
在长抽短压的通风方式中，应满足抽出式风筒入口的风量Qbc大于压入式风筒出口的风量Qbp以防止循环风和维持风筒重叠段内的隧道中具有排尘或稀释污风的最低速度。因此，应先用（1）式计算Qbc，再用下式计算Qbc：
Qbc=Qbp+60vs，m3/min （3）
式中：V为排尘的最低风速0.15～0.25m/s：或
稀释污风的最低风速0.5m/s；
S为风筒重叠段的引水隧道面积，m2。一般应使Qbc：Qbp=3：1～5：1为宜。
在长压短抽的混合布置方式中，为防止产生循环风和满足重叠段具有最低风速，要求Qbp /Qbc。所以，先用（2）式计算Qbc。再用下式计算Qbp：
Qbp= Qbc+60vs，m3/min （4）
3.4用以上各式计算的风量都要进行验算
（1）除尘最低风速0.15m/s，最低风量≥9S m3/min，最大风速4m/s（对最大风速的规定各种规范不统一，这里采用的是水利水电工程施工掘进标准）；
（2）粉尘浓度≤2mg/m3，O2≥20％，CH4或CO2≤0.5％，CO≤30mg/m3，引水隧道施工应保证每人每分钟供给新鲜空气1.5～32m3。
4、引水隧道掘进通风设备的选择
4.1 风筒的选择
（1）风筒的种类
引水隧道掘进通风风筒主要有金属风简和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。柔性风筒重量轻，易于储存和搬运，连接悬挂简便，胶布和人造革风简防水性能好，但柔性风筒只适用于压入式通风。为了满足抽出式通风的要求，风筒常采用以金属整体弹簧钢丝为骨架的塑料布风筒。
（2）风筒的风阻
风筒的风阻包括摩擦风阻Rf和局部风阻Rf，金属风筒采用法兰盘连接可以不考虑接头风阻。实际施工当中，风阻较难用公式进行精确计算，一般都是根据实测百米风阻作为衡量风筒管理质量和设计的数据。而在隧道施工通风选型时，主要考虑的就是风筒的漏风。
（3）风筒的漏风
一般情况，金属风筒的漏风主要在接头处。胶布、帆布风筒不仅接头，而且全长都存在漏风。所以，漏风属于连续漏风。风筒漏风使风筒始端风量（即风机工作风量Qf）与风筒末端风量（即工作面风量Q）不等，其差值即为风筒的漏风量Q1。风筒始末两端风量的几何平均值为风筒的平均风量，即Q =
，m3/s。
1）风简漏风率
La=Q1/Qf×100，％。
La反映了风简的漏风情况，但不能作为比较的指标，常采用百米漏风率La100；La100=（Qf -Q）/（Qf×L/100），%。
式中：L为风筒的使用长度，m。
一般要求，柔性风筒的百米漏风率应满足表L的数值。
表1 柔性风筒的百米漏风率
2）风筒的有效风量率Ef，指工作面风量占风机风量的百分数，即
Ef=Q/Qf×100，％。
3）风筒漏风备用系数c
c= Qf/ Q=100/Ef =1/（1-La）
c也可按以下方法计算。其中：
金属风筒c=（1+
/3）2。
式中：K相当于1m的金属风筒每个接头的漏风系数，须实测得出；
D为风筒的直径，m；
N为风筒接头个数，个；
RO为风筒延米风阻，N/s2/m8；
L为风筒全长，m。
柔性风筒c=1/（1-nLi）
式中：n为风筒接头个数，个；
Li是一个接头的漏风率，
插接时Li=0.01～0.02，罗圈反边连接时Li=0.005。
在选择风筒直径时，须考虑送风量、送风距离及引水隧道断面的大小等因素，经计算后综合考虑。
4.2风机选择
风机按其构造分为轴流式和离心式两种。目前主要采用轴流式，轴流式风机体积小，便于安装和串联运转，效率较高，但噪音大。风机选择考虑的参数主要有风机工作风量和风机工作风压hf。
（1）根据掘进工作面所需的风量和风筒的漏风情况，计算风机工作风量
Qf=c×Q，m3/s。
（2）风机工作风压hf
风机的工作风压用于克服风筒的工作阻力，由于风筒漏风，计算风筒通风阻力时应通过风筒的平均风量计算。压入式风机工作风压要用风机的全风压hft：
hft=Rp×Qa2=Rp×Qf×Q，Pa。
式中：Rp为压入式风筒的总风阻。
hfs=Rc×Qa2=Rc×Qf×Q，Pa。
式中：Rc为抽出式风筒的总风阻。
风机的造型可根据上面算得的Qf和hf值，选择合适于相应引水隧道施工的风机。
参考文献：
[1] 黄元平，矿井通风（M），北京：中国矿业大学出版社，1986。
[2] 水利水电工程施工手册，第2卷，北京：中国电力出版社，2002。
[3] 舒立勇，公路隧道通风设计问题分析（J），现代隧道技术，2005（05）。
论文作者:杨晓伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
标签：风量论文; 隧道论文; 工作面论文; 风机论文; 风压论文; 方式论文; 柔性论文; 《基层建设》2019年第17期论文;