瓦斯隧道通风专项方案.doc

瓦斯隧道通风实施专项方案
瓦斯隧道通风实施专项方案
一、工程概况
1、隧道概况
杨家岩隧道全长3205m，为低瓦斯隧道。低山剥蚀地貌，地面高程300～630m，自然横坡10°～30°，部分地段陡峭，陡坎下基岩出露。斜坡地段植被茂密，地势较平坦及沟槽地带多垦为旱地少量水田，隧道范围内自然村较多，进出口均无道路相通，交通条件较差。杨家岩隧道进口里程为LSD3K8+965，出口里程为LSD3K12+175。隧道2845m处于11.6‰下坡，365m处于3‰下坡。出口234.39m位于半径6000m的曲线上，其他地段处于直线段上。
李家山隧道属低山剥蚀地貌，自然横坡10～30°，部分地段陡峭，陡坎下基岩出露。斜坡地段植被茂密，地势较平坦及沟槽地带多垦为旱地少量水田，隧道范围内有张家山、李家山、三源河沟等村庄，有便道可达隧道附近，交通较为方便。 隧道全长2856m,LSD2K4+832～LSD2K7+688,最大埋深289m，3.5‰的单面下坡。进口329m位于半径1600m曲线上，出口175.6m位于半径3000m曲线上。隧道LSD2K5+000～LSD2K7+000为高瓦斯段，长2000m，其余段为低瓦斯段。在LSD2K5+635线路右侧20m处设置直径1.5m通风竖井,竖井深188m,通过横通道与隧道相连,横通道中线与隧道大里程方向夹角为45o。
2.工程地质及水文地质
（1）地质构造
杨家岩隧道穿越地层岩性有侏罗系中统下沙溪庙组（J2xs）泥岩夹砂岩；侏罗系中统新田沟组（J2x）泥岩夹砂岩；侏罗系中下统自流井组（J1-2z）泥岩夹砂岩。隧道范围内未见断层及褶皱迹象，岩层单斜，垂直节理较发育，浅部基岩多发育风化卸荷裂隙，围岩自稳性较差，应加强临时支护，紧跟衬砌，防止坍塌。隧道正常涌水量约为1480m3/d，雨季涌水量约为2960m3/d。中厚层砂岩段或地层接触带可能会出现股状涌水现象，地表水对砼无侵蚀性。
李家山隧道穿越中下侏罗统泥页岩、砂岩及少量灰岩地层，构造部位位于华蓥山背斜北倾伏端轴部附近，未见断层构造，岩层单斜，产状 N50°W/15°N，垂直节理裂隙较发育。隧道正常涌水量约为1903m3/d，雨季涌水量约为3806m3/d。 隧道主要工程地质问题为岩溶、有害气体、危岩落石。
（2）地震动参数
该区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s；对应地震基本烈度为Ⅵ度。
（3）地表水及地下水
地表水主要为沟、塘水及水库水；地下水以基岩地下水为主，少量岩溶水，水质属：HCO3- - Ca2+型水，对砼无侵蚀性。
二、 通风设计依据
施工通风是隧道施工的重要工序之一，是瓦斯隧道施工安全施工的关键。合理的通风系统、理想的通风效果是实现隧道快速施工、保障施工安全和施工人员身心健康的重要保证。根据以往隧道通风经验及对当前通风设备技术性能的调研结果，按照自称体系的原则，综合考虑施工过程中可能出现的情况，制定隧道通风方案。
1、 通风设计依据
（1）根据施工图纸及相关设计文件。
（2）建技[2010]152号《关于进一步加强铁路隧道设计施工安全管理工作的通知》
（3）铁路隧道工程施工技术指南 TZ 204-2008
（4）铁路隧道工程施工质量验收标准 TB10417-2003
（5）铁路隧道工程施工安全技术规程 TB 10304-2009
（6）铁路瓦斯隧道技术规范
（7）煤矿安全规程
（8）防治煤与瓦斯突出规定
2、 通风设计标准
隧道在整个施工过程中，作业环境应符合下列职业健康及安全标准：
（1） 空气中氧气含量，按体积计不得小于20%。
（2） 粉尘容许浓度，每立方米空气中含有10%以上的游离二氧化硅的粉尘不得大于2mg。每立方米空气中含有10%以下的游离二氧化硅的矿物性粉尘不得大于4mg。
（3） 瓦斯隧道装药爆破时，爆破地点20m内，风流中瓦斯浓度必须小于1.0%；总回风道风流中瓦斯浓度应小于0.75%。
开挖面瓦斯浓度大于1.5%时，所有人员必须撤至安全地点并加强通风。
（4）有害气体最高容许浓度：
一氧化碳最高容许浓度为30mg/m3;在特殊情况下，施工人员必须进入开挖工作面时，浓度可为100mg/m3,但工作时间不得大于30min；
二氧化碳按体积计不得大于0.5%；
氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3以下。
（5） 隧道内气温不得高于28℃.
（6） 隧道内噪声不得大于90dB。
（7） 隧道施工通风应能提供洞内各项作业所需的最小风量，每人应供应新鲜空气4m3/min。
（8） 瓦斯隧道施工中防止瓦斯积聚的风速不得小于1m/s.
三、通风设计的原则
1、通风系统
（1）瓦斯隧道需要的风量，须按照爆破排烟、同时工作的最多人数以及瓦斯绝对涌出量分别计算，并按允许风速进行检验，采用其中的最大值。
（2）瓦斯隧道施工中，对瓦斯易于积聚的空间和衬砌模板台车附近区域，可采用空气引射器气动风机等设备，实施局部通风的办法，以消除瓦斯聚集。
（3）瓦斯隧道施工期间，应实施连续通风。因检修、停电等原因停机时，必须撤出人员，切断电源。恢复通风前，必须检查瓦斯浓度，压入式局部通风机及其开关地点附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开动局部通风机。
2、通风设备
李家山隧道出口和杨家岩隧道进口均采用压入式通风，各设两台SDF-NO12.5型轴流流风机，配以φ1500mm软质风管，风管采用φ1500mm软质双抗（抗燃烧、抗静电）风管，每节30m，具有风阻小、漏风低，强度高等优点。
（1） 压入式通风机装设在洞外30米位置，避免污风循环。瓦斯隧道的通风机设两路电源，并装设风电闭锁装置，当一路电源停止供电时，另一路应在15min内接通，保证风机正常运转。
（2） 瓦斯隧道必须有一套同等性能的备用通风机，并经常保持良好的使用状态。
（3） 瓦斯隧道应采用抗静电、阻燃的风管。风管口到开挖面距离应小于5m，风管百米漏风率应不大于2%。
四、通风方案
1、瓦斯隧道通风量计算
杨家岩隧道分两个工区施工，贯通里程为LSD3K10+671，其中我工区施工杨家岩隧道进口1706m，采用压入式通风。
李家山隧道分两个工区施工，贯通里程为LSD2K6+227，其中进口工区施工长度为1395m及长度为188m的竖井；出口工区施工长度为1461m。进口工区通风方式分如下两个阶段：第一阶段采用压入式通风；第二阶段在正洞与通风竖井贯通以后利用通风竖井吸出形成混合式通风。隧道出口工区采用压入式通风。
洞口分别设置通风班组，每组由3人组成，24小时轮班作业，负责通风设备管理与维护，风压、风速检测，确保施工通风正常进行。
现以高瓦斯隧道李家山隧道出口为例计算通风量：
Ⅰ、根据同一时间，洞内工作人员数计算
Q1=K.M.Qn
K—风量备用系数，采用1.2
M—同时在洞内工作人数（取60人）
Qn—每人工作人员所需新鲜空气，取4m3/min
计算得：Q1=288 m3/min。
Ⅱ、按洞内同一时间爆破使用的最大炸药量计算风量

采用公式：Q2=
式中：T—通风时间，取30min。
G—同一时间起爆总药量(kg)，根据Ⅲ级台阶钻爆设计取G=206.4kg。
A—掘进断面面积，按Ⅲ级断面55.5m2计算。
ф—淋水系数，取0.8
b—炸药爆炸后有害气体生成量，取40L／kg
L—通风长度(1461m)或临界长度(L＇)，长度由施组设计进度确定，临界长度用公式L＇＝12.5GbK／AP2计算(式中K为紊流系数，取0.65)。
P—通风管漏风系数，按百米漏风率(P100)通风管Φ1.5m取1.2%。
则：P==1/(1-1.2%)（1461/100）=1.2
临界长度L＇用下式确定计算：
L＇=12.5 =12.5×206.4×40×0.65/(55.5×1.22)=893m
当L＜L＇时，使用L来计算风量，当L＞L＇时使用L＇来计算风量，本项目中L＞L＇应采用L＇来计算。
所以：Q2=(2.25/30)×〔206.4×(55.5×893)2×0.8×40/1.22〕1/3
=1681(m3/min)
Ⅲ、按允许最小风速计算风量
按允许风速计算风量时，参照了《煤矿安全规程》和《铁路瓦斯隧道技术规范》两个标准，但差别较大；为确保安全，对本隧道最低风速仍按1m/s进行通风设计；对塌腔、模板台车、加宽段、避车洞等处增加局扇进行解决。
　采用公式：Q3＝60×A×V
式中：Q3—计算风量，m3/min；A—最大断面，55.5m2；V—洞内允许最小风速，1m/s，按平时2台空压机供风183*2=366 m3/min。
则：Q3＝60×55.5×1-366＝2964m3/min
Ⅳ、按照独头坑道瓦斯涌出量计算所需风量：
Q4=QCH4×K÷(Bg－Bg0)=0.12×1.6÷（0.5%-0）=38.4 m3/min
QCH4—按瓦斯最大涌出量0.12 m3/min
K—瓦斯涌出的不均衡系数，取1.6；
Bg—工作面允许的瓦斯浓度，取0.5%；
Bg0 —送入风流中的瓦斯浓度，取0。
Ⅴ、按内燃机械设备总功率核算
洞内每个掌子面内的通风量由于内燃机的制造型号、结构、燃料、负荷等因素确定，本工程洞内按每KW供风量不小于3m3/min进行计算。
即Q5=ni·S
式中：ni—洞内同时使用内燃机作业的总KW数；
S—洞内同时使用内燃机每KW所需风量，取3m3/min计算；
洞内每个掌子面使用的内燃机按2台斯太尔自卸汽车(150KW)和1台装载机(154 KW)计算，总功率为2×150＋154=454KW。
Q5=ni·S=454×3=1362m3/min
Ⅵ、 最大风量确定
由前面计算结果知：Qmax=Q3=2964(m3/min)。
则：Q供=KPQmax
式中：K为高原修正系数，不受影响，取K=1；
P——通风管漏风系数，根据前面计算结果P=1.2
Q供=KPQmax=1×1.2×2964=3557(m3/min)
Ⅶ、 通风阻力
管道摩擦阻力(h摩)按下式计算：h摩=6.5×aLQ面Q供/3600 d5
式中：L—管道长度(m)；Q面—掌子面风量(m3/s)；Q供—风机供风量(m3/s)；
d—风管直径(m)；α—风管摩擦阻力系数，根据经验取0.0006。
则：h摩=6.5×0.0006×1461×2964×3557／(3600×1.55)=2197(Pa)。
实际所需风压：h总=1.15h摩=1.15×2197=2526(Pa)
根据计算，李家山隧道出口工作面最大风量及风压如下表所示。
李家山隧道出口工区风量表
位 置
通风长度(m)
Q1
(m3/min)
Q2
(m3/min)
Q3
(m3/min)
Q4
(m3/min)
Q5
(m3/min)
Qmax
(m3/min)
Q供(m3/min)
工作风压(Pa)
李家山隧道
出口
1461
288
1681
2964
38.4
1362
2964
3557
2526
按照上面计算方法，杨家岩隧道进口1706米，通风管漏风系数P为1.23,临界长度(L＇)为839m，洞内允许最小风速V取1m/s,推出杨家岩隧道进口工作面最大风量及风压如下：
杨家岩隧道进口工区风量表
位 置
通风长度(m)
Q1
(m3/min)
Q2
(m3/min)
Q3
(m3/min)
Q4
(m3/min)
Q5
(m3/min)
Qmax
(m3/min)
Q供(m3/min)
工作风压(Pa)
杨家岩隧道
进口
1706
288
1613
2964
38.4
1362
2964
3645
2630

Ⅷ、通风机型号选择：通风机型号的选择主要考虑以下三个条件：
A、通风机产生的风量不能小于理论计算风量；B、通风机直径与选取通风管直径不能差别太大；C、风机全压值≮管道总阻力。
根据以上三个条件确定的风机种类下表所示:
瓦斯隧道风机布置表
位置
风机型号
功率(KW)
风机风量(m3/S)
风机风压(Pa)
风机数量(台)
李家山隧道出口
SDF(B)-NO11.5
2*75
60
4629
2（1台备用）
杨家岩隧道进口
SDF(B)-NO11.5
2*75
60
4629
2（1台备用）

瓦斯隧道其通风量参照上述公式计算后，通风机根据最大所需风量参照配置。配备1台SDF(B)-NO11.5型轴流风机供风，可满足隧道需求风量要求。 通风管选用抗静电阻燃风管，直径为1.5m。为保证风管顺直,根据现有模板台车结构,在模板台车上设置φ1500mm钢筒,风管从钢筒中通过。瓦斯隧道通风布置详见下图：

李家山隧道出口工区通风排烟平面布置示意图
2、通风相关要求
Ⅰ、按瓦斯绝对涌出量计算时，将开挖工作面风流中的瓦斯浓度稀释到0.5%以下。
Ⅱ、瓦斯隧道施工中防止瓦斯聚集的风速不宜小于1m/s。
Ⅲ、对瓦斯易于聚集的空间和模板台车附近区域采用局扇实施局部通风，消除瓦斯聚集。
Ⅳ、通风机设两路电源，并应装设风电闭锁装置。当一路电源停止供电时，另一路电源应在15min内接通，保证风机正常运转。
Ⅴ、备用一套同等性能的备用通风机，安装在主动风机旁并保持良好的使用状态，在主动风机出现故障时将通风管换到备用上保证施工通风正常进行，同时抢修主动风机。
Ⅵ、安装在洞内的局扇均应实行专用变压器、专用开关、专用的供电线路、风电闭锁、瓦斯电闭锁装置。
Ⅷ、采用抗静电、阻燃的风管。管口到开挖面的距离不应小于5m，不大于10m，风管百米漏风率不应大于2%。
Ⅸ、为保证风管穿越模板台车作业平台架时顺直不弯折，在台车两侧预留φ150钢护筒，作业台架量测焊接角钢托架以保证风管顺直。
3、施工通风注意事项
Ⅰ、通风系统安装后，首先，由经理部组织人员及集团公司有关专家对通风设施进行验收，确认通风效果是否与设计相符。其次，项目分部组织相关人员每周对通风进行定期检查，项目部组织一月检查一次。
Ⅱ、钻眼、喷锚、出碴运输、安装格栅钢架、掌子面塌方、塌方处理、瓦斯浓度大于或者等于0.5%时，风机要高速运转，加强检测确保洞内任一处瓦斯浓度降至0.5%以下才能施工。
Ⅲ、风机的停运，关开、变速由监控中心专人负责调度指挥，并且做好相应的记录并签认后备查，其他任何人不准擅自停机。当移动模板台车时，风机采取低档位供风，以保证供风的连续性。
Ⅳ、通风设施安装完正常运转后，每10天进行1次全面测风，对掌子面和其他用风地点，根据实际需要随时测风，每次测风结果做好记录并写在测风地点的记录牌上。若风速不能满足规范要求，采用适当的措施，进行风量调节。
Ⅴ、每7天在风管进风、出风口测一次风速及风压，并计算漏风率，如漏风率大于1%时，分析查找原因，尽快改正，确保送至掌子面的风量与设计相符。
Ⅵ、瓦斯隧道在施工期间，应实施连续通风。因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。恢复通风前，必须检查瓦斯浓度。当停风区中瓦斯浓度不超过1%，并在压人式局部通风机及其开关地点附近10 m以内风流中的瓦斯浓度均不超过0.5%时，方可人工开动局部通风机。当停风区中瓦斯浓度超过1%时，必须制定排除瓦斯的安全措施。回风系统内还必须停电撤人。只有经检查证实停风区中瓦斯浓度不超过1%时，方可人工恢复局部通风机供风的坑道中一切电气设备的供电。
五、建立健全通风管理制度
1、建立通风管理制度
（1）风机操作人员必须经过培训、考核合格后方能上岗作业，必须严格遵守风机的操作规程，熟悉通风系统性能。
（2）隧道通风系统必须经验收合格后方可投入正常运行，运行期间应加强巡视及维护工作，保证通风系统各项性能、技术指标达到设计要求。
（3）保证隧道24小时连续不间断通风，风量、风压必须满足规范和施工组织设计要求，不得随意停风。
（4）风机设置两路电源并装设风电闭锁装置，确保一路电源断电后另一路电源自动接通及正在使用的通风机出现故障后15分钟内启动备用通风机，保证隧道通风和正常作业不受影响。
2、通风系统定期检查制度
（1）分部组织每周对通风系统进行检查，架子队长每天对通风系统例行检查，通风工必须做好日常巡查。
（2）通风系统运行正常后，每10天进行一次全面测风，对掌子面和其他用风地点根据需要随时测风，做好记录。
（3）每7天在风管进出口测量一次风速、风压，并计算漏风率，风管百米漏风率不大于2%，对风管漏风情况必须及时修补。
（4）建立通风系统运行管理档案，档案包括各种检查记录、调试记录、测量记录、维护记录、运行记录等。
（5）值班人员每天按班组对通风系统运行情况进行记录，架子队长每天、分部主管副经理每周分别对运行记录予以审核、签认，并由物资部负责建档保存。
（6）每周用风速测定仪对风速进行人工检测。
3、通风管理交接班制度
必须实行通风管理交接班制度，交接双方签字认可，对上一班存在的问题、隐患、需注意事项、仪器设备状态等必须交接清楚，交接班记录由架子队长每天定时予以审核签字。
4、停风报批制度
因通风系统检修及其他原因需要停风时必须提前提出申请，逐级上报，根据停风时间长短由相关负责人审批后方可实施。
（1）停风在30分钟以内的，由当班人员报架子队长审核后，由驻地监理工程师批准实施。
（2）停风时间超过30min的，由当班人员报小组组长审核后，由驻地监理组长批准实施。
（3）停风前必须确保洞内所有人员已经撤离，并切断电源；恢复通风前，必须检测瓦斯浓度，经当班瓦检工检测，在局部通风机及其开关附近10m以内风流中瓦斯浓度都不超过0.5%时方可由指定人员开启局部通风机。
5、建立风管维护工作制度
架子队成立专门的通风班组负责通风设备的安装、使用、维修、维护工作，每天进行巡检。保证管路顺直，无死弯、漏洞，其开机人员每天按班组对风机运行进行记录登记。
六、隧道通风管理具体措施
①李家山隧道为高瓦斯隧道，隧道施工前， 要选用防爆型风机、阻燃型防静电风管，风机距洞口20米布设。
②施工过程中加强瓦斯隧道施工通风管理，对通风机械设备、通风管路要做到经常性维护保养和检查，降低通风系统的故障率、减少通风管路的漏风量，确保施工通风系统正常和通风效果。
③瓦斯隧道施工通风机必须设两路供电系统，并装设风电闭锁装置。当一路电源停止供电时，另一路电源应有15min启动，保证风机的运转。注意保证施工通风供电线路的维护、管理和检修，必须配置自发电及备用供电系统，避免因停电或供电线路故障时造成洞内瓦斯积聚或超限。
④因停电、通风机械设备故障等因素造成的通风系统停止运行，在恢复正常通风后，对隧道上部、坍塌洞穴、避车洞等通风不良、瓦斯易积聚的地点，瓦斯不得超过2%，当检查超过此浓度时，应停止施工，撤出人员，切断电流，停止电动机运转或开启电器开关，待进行局部充分通风处理后，由瓦斯检测员进行再次专项检测，证实瓦斯浓度低于规定允许浓度，确认安全后方可恢复施工。
⑤工作面若采用局扇通风，由于局扇或供电故障造成局扇停风时，在恢复局扇通风前，必须检查瓦斯浓度，证实爆破工作面附近20米范围内的CH4浓度不超过1%，且局扇及其开关附近10米风流中，CH4浓度不超过0.5%时，方可启动局扇通风。否则，必须先采取相应排除瓦斯的安全措施。
⑥因工序衔接、施工组织等临时停工的施工地点不得停风，不得在停风或瓦斯超限的区域进行机械施工作业。
⑦对施工通风系统或通过设施等出与异常时，如通风风筒脱节或破坏等，必须及时组织修复，尽快恢复正常通风。
⑧发生瓦斯涌出、喷出的异常状况时，必须及时采取措施，首先考虑杜绝一切可能产生火源、断电、加强通风，同时尽快撤出施工人员，对隧道进行警戒，进一步研究考虑采取抽排瓦斯的具体安全措施。

11
中铁十六局巴达铁路工程指挥部