斑竹林隧道射流通风反算与研究.pdf

文章编号:():./.斑竹林隧道射流通风反算与研究蒋志超贺兆鹏(陕西建工集团第十五建设有限公司 渭南市)摘 要:以级高风险隧道高瓦斯页岩气斑竹林隧道通风为背景工程隧道多次穿越多层具有开采价值的煤线、下伏岩溶暗河存在大量矿物质溶蚀裂隙存储的页岩气呈透镜体状无规律分布赋存 采用现场应用对比、数据收集、趋势分析和 分析等手段通过监控系统提供的数据进行分析与再分析将现场实时检测的瓦斯浓度监测数据与通风风速监测数据变化趋势作为措施应用效果的分析指标确保隧道施工通风监控数据处于合理的范畴 关键词:高瓦斯隧道页岩气 通风系统 安全距离中图分类号:.文献标识码:基金项目:中铁十七局重点科研项目 西南地区穿越煤层高瓦斯岩溶强烈发育地区隧道综合施工技术项目()引言云贵川地区多山多煤且岩溶发育以级特长高风险隧道高瓦斯页岩气斑竹林隧道通风为背景隧道穿越溶洞与废弃矿区下伏地下暗河通过对瓦斯通风技术与瓦斯隧道监控系统完成优化再分析数据与模拟并投至隧道通风过程中将现场实时检测的瓦斯浓度监测数据与通风风速监测数据变化趋势作为措施应用效果的分析指标确保隧道施工通风监控数据处于合理的范畴 实践证明隧道通风措施在高瓦斯隧道掘进施工通风管理过程中切实可行且效果显著能够保障施工安全快速进行可为类似铁路隧道施工提供借鉴 瓦斯隧道通风难点隧道采用传统台阶法开挖时易出现初期支护封闭不及时、安全步距超标等问题 导致瓦斯不能及时封闭 隧道降低瓦斯浓度的技术措施目前行之有效的方法就是增加隧道作业面的风量通过分区管理逐级增加风量达到稀释瓦斯浓度并使其处于安全的范围内规避瓦斯三要素的形成 瓦斯隧道建设通风技术可完成三要素规避的设防标准保证瓦斯隧道施工过程安全可控隧道全长.为云贵川地区特长高瓦斯隧道穿越溶洞与废弃矿区下伏地下暗河在施工进度与经济成本的综合考量下项目采取分级管控 第一阶段为传统压入式通风之后优化为巷道式通风 其瓦斯特点为多次穿越多层煤线(页岩)裂隙发育分布无规律储存空间小或裂隙中持续泄漏量小但甲烷浓度超 超前探测难以探明瓦斯储集及分布特征且.的顺坡通风因瓦斯技术特性决定其极易分层重新积聚局部浓度超标如隧道变化段落(横通道、配电室等)存在安全风险 通风方案设计隧道在横洞与进口工区未贯通前采用压入式通风贯通后采用压入式与巷道式相结合 针对辅助洞室、下锚段等局部气体聚集区采用局扇风机通风防止瓦斯等有害气体积聚隧道通风平面示意图见图 通风方案设计优化.计算参数选择断面选择:采用 断面作为隧道断面进行计算初支断面:面积为.周长为.当量直径为 /.衬砌断面:面积为.周长为.当量直径为 /.北方交通 年 第 期图 斑竹岭隧道通风平面示意图 摩擦阻力系数 .横通道局部阻力系数为.选用/取最大值见表 表 隧道通风风量计算表瓦斯/(/)内燃/(/)风速/(/)人员/(/)爆破/(/)爆破(通风时)爆破(通风时).风管漏风计算()百米漏风率的计算由于铁路隧道施工规范的漏风计算公式是统计计算式适用于较为理想状态下的管道通风百米漏风率计算项目根据风管厂家建议和实际量测修正后将百米漏风率修正为.()采用青函隧道理论的近似计算长距离输送后的风机需风量:()同时根据实测漏风率反算计算平导横通道进入正洞至 作业面为最大通风长度 风管直径为.百米漏风率为.即进入正洞风机供风量之和为 /./因此实测中进入正洞风量不应小于./即进入正洞风机供风量之和为 /./因此理论上进入正洞风量不应小于./.横通道风流控制与射流风机布设采用 组 强力射流风机每组两台每台风速./每台间距.高低排放整体与周边不小于 直线段 组横洞转正洞位置一直进行导流 并在横通道位置设置风门 隧道通风理论模拟根据爆破后通风在空间 内的 浓度的衰减规律以斑竹林隧道工程为例通过 完成斑竹林隧道通风的模型建立通风管口放置在距离掌子面 处在仰拱端部进行隧道模拟计算根据其爆破通风时间进行部分演算 同时根据演算得出:涡流区建议在掌子面往后延伸 范围内在爆破完成开启通风 开始作业面周围的风流流场区域稳定从掌子面起 范围内变化速率区域稳定满足了掌子面的作业基本条件同时随着时间的增长在受到爆破过程中吹起大量灰尘及大量尘埃物的情况下通风 后出现贴壁现象见图 当通风 左右时掌子面上的瓦斯浓度基本稳定同时表明隧道内部(掌子面到初支段落)空间范围内的瓦斯浓度场也基本稳定见图图 开挖段掌子面至初支段 范围内通风 通风检测根据规范要求同时结合隧道内所需要的风量 年 第 期 蒋志超等:斑竹林隧道射流通风反算与研究图 开挖段掌子面至初支段 范围内通风 隧道内气体流速范围为./由以上所需风速结合自动检测系统和微速风表及中速风表所采集的数据现场通风数据如图 所示整理推导出了近期隧道洞口风速(隧道入口 处风速)、掌子面风速并满足通风要求图 作业面风速 通风时间与通风距离的优化.通风时间的优化通风时间对施工的风量影响很大虽然隧道安规和隧道作业规程中明确爆破 后方可进入作业面如铁路瓦斯隧道技术规范().第 条在非瓦斯工区、低、高瓦斯工区爆破作业时后应巡视爆破点第条瓦斯突出工区揭煤爆破 后由救护队成员佩戴防毒面具或自救器到作业面对爆破效果检查确认安全后进行通电开启局部风机通风 后由瓦检人员检测检查通风 瓦斯浓度应小于 按照此项规定通风时间应考虑 将作业面有害气体浓度降至安全区域根据现场模拟计算结果得:左右掌子面附近风流场趋于稳定 瓦斯浓度趋于稳定但常规隧道通风一直沿用通风时间不小于 的概念通风时间缩短风量增加设备增加成本投入增加通风时间长工序时间延长当前受到工期压缩、成本投入以及风能消耗等诸多因素的影响通风效果可能受到影响 同时在机械化施工的要求下对通风时间进行了调整并参考国内情况、规范要求及国外的通风要求应将通风时间重新考量为 范畴.通风长度的优化当前采用的通风距离是沃罗宁公式中的安全通风距离是在煤矿巷道通风中将炮烟中平均浓度降至安全浓度的距离要求即 .长度但钻爆法除去开挖作业外作业区域一直延伸到衬砌端头采用的是爆破后炮烟的抛掷长度 ().是 内.范围内的有毒有害气体的安全区域 隧道掘进示意图见图 图 隧道掘进示意图(单位:)根据现场实际施工要求将作业区域一直延伸到衬砌端头并保证在 内完成通风长度保证在 作业范围内的有毒有害气体的范畴根据叙毕铁路(川滇段)隧道施工安全步距标准中关于 级围岩衬砌至作业面 的要求同时补充 衬砌的作业段长度即为通风距离为 传统沃罗宁公式在通风 通风长度 距离上:北方交通 年 第 期.(.)/根据现代隧道通风技术中的建议按照沃罗宁公式将公式进行演变但该公式 为最高容许浓度当要求的浓度标准为短时间接触容许浓度 加权平均浓度时计算公式变为:.()()式中:为 要求达到的 加权平均浓度()其中按照常规 进行计算其计算公式采用 /.进行计算与传统沃罗宁公式在通风 通风长度 的通风数值 相比较偏大以规避因通风风管漏发产生的风量不稳定的情况但斑竹林隧道横洞工区属于高瓦斯段落进洞 左右已发现甲烷等有毒有害气体并在后续作业中经常遇到存在一定的不稳定性应考虑爆破时将 /更换为在遇到煤层时取 /建议对该数值进行反算拟合计算出混合通风送风机到作业面的风量完成送风管出口到作业面的距离使风流能充分到达掌子面 对于送风式通风考虑到在掌子面后方一般都有作业在同时进行掌子面的高浓度炮烟一边衰减一边向洞口移动并对送风式通风需要增加一个修正系数.其目的是以通风时间、通风效率 与风量 和面积 完成优化强化关系 其数值偏大的同时爆破出有毒有害物质难以相对估算可以作为隧道施工过程中通风管理的过程管理通过通风时间来控制排除有毒有害气体的过程管控根据建议公式通风 距离.时的通风量:.(.)()/根据建议公式通风 距离.时的通风量:.(.)()/根据建议公式通风 距离 时的通风量:.(.)()/根据建议公式通风 距离 时的通风量:.(.)()/根据现场实际要求采用双风机双风管作业时瓦斯隧道单线作业面瓦斯需风量为/采用双 风 机 双 风 管 同 时 开 始 最 大 风 量 为/可以保证、范围内的瓦斯浓度最小风速处于安全区域之后采用 /反算传统沃罗宁公式的 范围的时间 .(.).即/的风量在 范围内以传统沃罗宁公式计算下需要 .时间下完成现场通风作业同时按照现代隧道通风技术建议公式 .()()要 求 进 行 反 算 为、范围内可以完成通风即在 时 的位置瓦斯浓度不超标 浓度处于安全监测范畴即可继续进行下一步工序同时同步进行仰拱开挖、防水板铺设以及衬砌台车定位工作 结论()时隧道安全步距()的位置瓦斯浓度不超标作为当前隧道通风的计算参考数值同时还应重新考虑在遇见瓦斯(甲烷)气体时采用完成的沃罗宁公式而非简化版的计算公式将 年 第 期 蒋志超等:斑竹林隧道射流通风反算与研究/优化为/强化通风量在最短的时间内完成稀释与匀质同时还应以隧道瓦斯探头和风速探头的监控数据作为计量的计算与实施施工的标准随时调整以保证监控数据处于安全监测范畴即可继续进行下一步工序同时将 和安全步距引入基于最大程度简化的沃罗宁计算公式强化通风计算理论其通风模拟与瓦斯监控数据显示通风 已基本满足安全技术指标更有利于机械化施工的快循环作业强化作业段施工安全()进行隧道通风的开挖初支段落与衬砌成洞段的多断面分开计算是基于两个断面的面积不一样、两者的通风目标不一致以及二者瓦斯成因不一致的原因成洞衬砌断面在隧道直径上比开挖初支段面多一个隧道衬砌和仰拱厚度不应看成一致开挖初支段落是爆破后巨大粉尘与瓦斯气体释放需要以最短时间最大风量完成以提供作业人员的作业环境为目标进行计算最大程度吹散稀释炮灰粉尘和稀释瓦斯气体为工作目标衬砌成洞段落的隧道通风因瓦斯质量小于空气质量极易重新分层与聚集以避免瓦斯重新分层、规避瓦斯气体重新聚集为主并以瓦斯监控和风速监控数据为核心完成隧道通风()关于强化通风运用 技术完成市、备电的转换实现不间断通风并融合瓦斯监控手段强化风速监控与瓦斯浓度监控 通过可变量变频通风技术适时调整通风技术参数实时调整通风并开发授权发明专利 一种可适用高瓦斯隧道不间断自启稳压供电通风控制系统(.)参考文献 朱科.铁路隧道施工机械化配置的九条作业线配套施工技术探究.铁道建筑技术():.赵铁山.铁路特长高瓦斯隧道施工通风技术.铁道建筑技术():.洪开荣.我国隧道及地下工程近两年的发展与展望.隧道建设():.高杨杨昌宇郑伟.铁路瓦斯隧道分类分级标准探讨.隧道建设(中英文)():.钟彬.羊八井一号隧道施工通风探讨.施工技术():.袁帅.特长铁路瓦斯隧道施工通风优化及安全控制技术研究.成都:西南交通大学.黄继.华蓥山褶皱山区岩溶水系统循环演化模式分析.成都:成都理工大学.石雪峰李向海柴永模.乌蒙山 号特长隧道横洞工区施工设计.铁道标准设计():.先正平.铁路客运专线非煤系瓦斯隧道施工技术与施工管理方案研究.成都:西南交通大学.丁士忠.金寨特长隧道施工技术研究.上海:同济大学.(.).北方交通 年 第 期