《隧道施工通風技術》PPT課件.ppt

隧道施工通風技術,編制人：隆賢偉 主講人：隆賢偉,內容提要,一、國內隧道施工通風現(xiàn)狀及存在問題； 二、隧道施工通風的任務和要求； 三、隧道施工通風的主要方式； 四、通風設計計算； 五、通風設計案例。,一、國內隧道施工通風現(xiàn)狀及存在問題,國家相關規(guī)定要求越來越高，對作業(yè)環(huán)境的要求與對安全、質量的要求同等重要，構成了三位一體的體系； 隧道通風技術越來越專業(yè)化，已經出現(xiàn)專門的隧道通風作業(yè)隊伍，提供通風設計、設備配套、通風檢測、通風管理等分包業(yè)務； 施工單位對通風重視不足，所具有的通風技術水平低下，即使想搞好通風也只是有心無力； 通風管理工作由承擔隧道開挖作業(yè)的民工隊伍擔當，某種意義上成了應付檢查的擺設；對此，項目部出了錢卻沒有辦成任何事情，最后還要承擔由此帶的后果。,一、國內隧道施工通風現(xiàn)狀及存在問題,目的： 針對上述存在的問題，通過交流，提高通風設計技術水平，制定出經濟合理的設計方案，不管執(zhí)行結果如何，首先可以免去方案制定者的責任。其次如果方案有經濟合理的前提，才可以堅持按照方案去執(zhí)行，才可以從理論的角度去說服執(zhí)行者。,二、隧道施工通風的任務和要求,1、任務： 給隧道內作業(yè)人員提供足夠的新鮮空氣； 稀釋并排出各種有害氣體和粉塵； 調節(jié)隧道內空氣的溫度、濕度； 創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，為保證安全、質量、進度奠定基礎。,二、隧道施工通風的任務和要求,2、隧道內有害氣體的濃度要求：,二、隧道施工通風的任務和要求,3、隧道氣候條件要求： 有研究表明，當體溫維持在36.5 37 并保持平衡時，人就會感覺到舒適。而保持平衡的條件是人體的生熱和散熱相同，影響人體散熱的主要因素是空氣的溫度、濕度、風速三者的綜合狀況。,二、隧道施工通風的任務和要求,溫度 隧道內最適宜作業(yè)人員的溫度是1520 ，掌子面的溫度不宜大于26 濕度 空所相對濕度低于30%時，水份蒸發(fā)過快，會引起身體粘膜干裂； 空氣相對濕度大于80%時，水份蒸發(fā)困難，使人煩悶； 比較舒適的濕度應是50%60%左右；,二、隧道施工通風的任務和要求,風速 風速過高，易致感冒，塵土飛揚，對作業(yè)人員的健康不利； 風速過低，汗水不易蒸發(fā)，易造成有害氣體積聚，不利洞內施工設備散熱，對安全生產不利； 隧道施工過程中，空氣溫度、濕度、風速應調配得當，以形成良好的施工氣候條件。一般施工過程中，濕度不易調節(jié)，主要從溫度、風速兩方面進行調節(jié)，即維持溫度、風速有一個得當?shù)膶P系。很多資料對此對應關系均有介紹，此處不再贅述。,二、隧道施工通風的任務和要求,4、隧道內粉塵的含量要求： 含游離的二氧化硅大于10%，空氣中粉塵含量不得大于2mg/m3； 含游離的二氧化硅小于10%，空氣中粉塵含量不得大于10mg/m3； 最優(yōu)排塵風速：在產塵量一定的情況下，當風速處于某一數(shù)值時（一般在1.52m/s之間），作業(yè)點的粉塵濃度降低到最小值，此時的風速即稱為最優(yōu)排塵風速。,三、隧道施工通風的主要方式,分類如下：,三、隧道施工通風的主要方式,壓入式通風：,說明：應用范圍廣，目前國內隧道施工中依靠獨頭壓入式通風在 3km獨頭掘進距離上依然可以保證隧道內的空氣質量。,三、隧道施工通風的主要方式,抽出式通風,說明：抽出式通風依靠風機將洞內的污濁空氣抽走，洞內形成負壓，洞內外空氣在壓差的情況下產生流動。因為漏風的存在，沒有壓入式通風效率高，排污效果沒有壓入式通風好，易造成洞內氣壓低，空氣質量差。,三、隧道施工通風的主要方式,巷道式通風,說明：在煤礦系統(tǒng)中應用較多，要求有導坑、相鄰隧道用作回風巷。通風所需能耗最小。,三、隧道施工通風的主要方式,混合式通風,三、隧道施工通風的主要方式,豎（斜）井通風,三、隧道施工通風的主要方式,幾種輔助通風措施： 局扇： 用于局部風流死角的空氣混合，使局部風速增加，防止有害氣體集聚。 射流風機： 克服局部風阻，引導風流方向，有局扇的部分功能。 引射器； 水力引射器、空氣引射器。 高壓風。,三、隧道施工通風的主要方式,引射器原理：,壓縮空氣由進氣管進入環(huán)形均壓室，以超音速從環(huán)隙噴出，沿凸緣表面流動，并在凸緣表面形成負壓區(qū)，使外界空氣沿集風器流入，與高速射流混合后通過擴散器進入風筒，形成風流。,空氣引射器,四、通風設計計算,1.假設條件： 假設空氣無粘性 假設空氣不可壓縮 假設空氣在隧道內流動是穩(wěn)定流動 通過三個假設，就可以把隧道內的空氣流動看成流體力學中所研究的理想不可壓縮流體的穩(wěn)定流動?？梢圆捎昧黧w力學的計算方法對隧道內的空氣流動進行計算。 經過實踐驗證，上述假設對計算結果的準確性影響不大，可以滿足施工的要求。,四、通風設計計算,2.流動狀態(tài) 流體具有層流和紊流兩種流動狀態(tài) 判定流動狀態(tài)依據(jù)雷諾數(shù)Re 當Re2300時，為層流；當Re2300時，為紊流。,四、通風設計計算,3.風流的速度分布： 平均風速：,四、通風設計計算,4.基本方程 連續(xù)性方程：V1A11= V2A22 已假設空氣是不可壓縮的，則1=2，所以Q1= Q2 能量方程 可見理想狀態(tài)下，沒有任何能量損失，但在實際情況下，風管內壁、隧道洞壁粗糙，會有能量損失。公式如下： 由于隧道高差較小Z1 Z2 ，勢能差可忽略，管道內徑變化不大時，V1V2，動能差可忽略，所以： P1-P2=h12。說明隧道內的壓降等于兩點處的靜壓之差。通風機所提供的全壓（動壓、靜壓之和）大于h12時，即可實現(xiàn)風流。,四、通風設計計算,5.通風阻力 5.1沿程磨擦阻力（以下簡稱磨擦阻力） 通過已有計算可知：在通風滿足要求的情況下，空氣在風管中、隧道中的流動大都為紊流，即雷諾數(shù)Re大于2300。磨擦阻力計算公式為達西公式。,達西系數(shù)與雷諾數(shù)和管道內壁的粗糙度有關系，目前只能通過試驗的方法確定。,h磨擦阻力，Pa； 達西系數(shù)，無因次； L管道長，m； D管道直徑，m； 流體密度，kg/m3； v管內平均流速，m/s。,四、通風設計計算,將 代入達西公式得： 上式說明，在供風量確定的情況下，通風磨擦阻力與管道長度成正比，與管道半徑（直徑）的5次方成反比。 眾所周知，通風阻力風量=消耗功率，為了節(jié)能，就要降低通風阻力，而降低磨擦風阻最為有效的方式是加大風管直徑。目前在長大隧道施工中多采用大直徑風管，但風管直徑受到制造技術、隧道洞徑、繞避模板臺車、安裝等一系列條件的限制，往往不能過大，眼下多為1.52.0米。 目前，隧道通風往往占用隧道施工用電的大部分，通風耗電費用很高，往往也是造成通風不良的主要原因。,隧道中磨擦阻力的計算： 對于隧道，水力半徑為A/U，當量直徑為4 A/U，代入達西公式得： 令=/8，則 稱為磨擦阻力系數(shù)，它與達西系數(shù)成正比，常見隧道的可在資料中查得。,四、通風設計計算,四、通風設計計算,各類巷道磨擦阻力系數(shù)表,四、通風設計計算,5.2局部阻力 實驗表明，局部阻力可以表示為動能的倍數(shù)，即： 式中稱為局部阻力系數(shù)。 在紊流的狀態(tài)下，值只取決于巷道的粗糙度及幾何形狀，產生局部阻力的原因很復雜，只有幾種情況的局部阻力系數(shù)可用理論計算，其余的只實測確定。常用的可在資料中查表選取。,四、通風設計計算,光滑管道局部阻力系數(shù),四、通風設計計算,5.3交通通風阻力 計算公式：,ht交通通風阻力，Pa； Am汽車等效阻抗面積，m2； Ar隧道凈空斷面積，m2； Vr隧道內設計風速，m/s。,n+隧道內與vr同向的車量數(shù)； n-隧道內與vr反向的車量數(shù)； vt（+）與vr同向的車速； vt（-）與vr反向的車速。,根據(jù)以往算例，在當前隧道施工中，磨擦阻力、局部阻力及交通通風阻力三者比較，磨擦阻力占隧道全部阻力的絕大部分，局部阻力變化較大，不可忽視，交通通風阻力因行車速度低，車流量少，其值很小，可忽略。,四、通風設計計算,6.需風量 隧道施工中,掘進工作面所需的風量與施工方法、施工作業(yè)的機械配套條件關系很大，且在一個作業(yè)循環(huán)中，不同作業(yè)工序對風量的要求也有圈套差別。進行風量計算的目的是為正確選擇通風設備和為設計通風系統(tǒng)提供依據(jù)。通風系統(tǒng)的供風能力應能滿足工作面對風量的最大需求。 掘進工作面所需風量可按下列方法計算，并取其最大者作為供風標準。,四、通風設計計算,6.1按排除炮煙計算風量 壓入式通風的風量計算 方法一：,Q工作面風量，m3/min； t通風時間，min； G同時爆炸的炸藥量，kg； A掘進巷道的斷面積，m2； L巷道全長或臨界長度，m； 淋水系數(shù)，查表選??； b炸藥爆炸時的有害氣體生成量，煤 層中爆破取100，巖層中爆破取40； P風管漏風系數(shù)。,長距離巷道掘進時，炮煙在沿巷道流動過程中與巷道內的空氣混合，在未到達巷道出口時已被稀釋到允許濃度，從工作面至炮煙已稀釋到允許濃度處的距離稱為臨界長度。在這種情況下，公式中的L應用臨界長度代入計算。,四、通風設計計算,臨界長度計算公式： 式中 K為紊流擴散系數(shù)，其余符號意義同前。,四、通風設計計算,漏風系數(shù)公式： 式中p為百米漏風率，由風管自身確定，使用前要求廠家提供數(shù)據(jù)。目前一般在1%2%之間，百米漏風率越小，系統(tǒng)工作效率越高。 抽出式通風風量計算 計算公式： 式中符號意義同前。 說明：以上公式只適用于爆破后立即開始通風的情況。否則，由于炮煙不斷向外擴散，增大了炮煙區(qū)的容積，上述計算的風量將偏小，會延長通風排煙時間。,四、通風設計計算,混合式通風風量計算 在混合式通風系統(tǒng)中，使用2臺工作方式不同的通風機，它們的風量應分別計算。 壓入式風機供到工作面的風量： 式中：L抽出式風管口到工作面的距離，m；其余符號意義同前。 抽出式風機從工作面抽走的風量：Q1=Q+Av 式中：v隧道內允許最低平均風速，m/min。其它符號意義同前。,四、通風設計計算,6.2按排出粉塵計算風量 計算公式：Q=vA 式中：v排塵風速，一般取0.15-0.3m/s。其它符號意義同前。 6.3按施工隧道內的最多人數(shù)計算風量 計算公式：Q=4N 式中：N隧道內最多人數(shù)。4為規(guī)范中規(guī)定每人每分鐘消耗空氣量 6.4按最低允許風速計算風量 計算公式：Q=vA 式中： v允許最低風速，m/s。,四、通風設計計算,