CN110242340A - 一种纵深隧道富氧气体循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道通风领域，旨在提供一种纵深隧道富氧气体循环系统，包括沿隧道纵深地平行设置的新风管和排风管，新风管相连着新风风机，排风管相连着I号排风风机；与新风管平行设置有一条氧气输送管；氧气输送管在接近隧道的掌子面处与新风管通过气体混合装置结合，将新风管中的新风混合为富氧空气，并通过氧气弥散终端向隧道掌子面处的空间弥散。本发明能将包括掌子面在内的主要施工区域建立为一个洁净的富氧环境，改善高原作业人员的工作条件，减少低气压低氧对人体带来的危害，降低急慢性高原病发病率，提供工作效率，保障施工质量。

Description

一种纵深隧道富氧气体循环系统

技术领域

本发明涉及隧道通风领域，更具体地说，是一种纵深隧道富氧气体循环系统。

背景技术

随着西部地区的不断发展，川藏铁路的规划和建设已全面开启。据悉，川藏铁路总长约1700公里，地形条件极其复杂，从四川盆地到青藏高原，川藏铁路依次经过四川盆地、川西高山峡谷区、川西高山原区、藏东南横断山区、藏南谷底区等5个地貌单元，80％以上将以隧道和桥梁的方式建设，其中众多隧道处于高原低气压环境中。施工期间，由于高原地区的山体特别高峻，因此不能像常规山体那样开设隧道斜井通风，隧道内空气污染严重，粉尘、柴油机尾气、炮烟、焊烟、有害气体等影响作业人员的健康。而且在高原低气压环境中氧分压要远远低于正常水平，作业设备也将消耗大量氧气。在低氧、空气污染严重的隧道内，不仅工作效率低，工程的进度和质量无法确切，而且作业人员的身体健康也将受到严重危害，甚至生命安全受到威胁。因此，高原隧道内采取有效的供氧方式，可以避免低氧、有害气体等对作业人员造成危害，身体健康得到保障，提高工作效率，确保施工进度。

掌子面是隧道施工的主要工作区，隧道开挖过程中施工人员主要集中在该区域，而掌子面处于隧道通风的死角，通风效果差，并且由于爆破、设备、人员的耗氧，造成该区域氧气含量比洞内其它地方更低。目前高原低气压环境隧道施工供氧方式主要有：个体携氧供氧，氧吧车供氧，掌子面弥散供氧等。个体携氧供氧是指作业人员个体背负一个氧气瓶，通过鼻吸管一边施工一边吸氧。其优点是设备简单，作业人员可以呼吸到高密度的氧气，耗氧量小，在短时间内或紧急情况下可以用于急救。但氧气瓶容量小，不能连续供氧，需要每隔一段时间进行充氧，若采用较大的氧气瓶又会增加作业人员的负担。

掌子面弥散供氧是在施工隧道施工期间，将氧气输送到作业人员和施工机械集中的掌子面附近，并在该区域进行弥散，将有效的解决作业人员的缺氧问题。但施工过程中产生的粉尘、CO、CO2、NO、NO2、硫化物、焊烟等有害气体无法有效的排出，残留在作业区域内，仍会危害到作业人员的身体健康。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种纵深隧道富氧气体循环系统，以将包括掌子面在内的主要施工区域建立为一个洁净的富氧环境，改善高原作业人员的工作条件，减少低气压低氧对人体带来的危害，降低急慢性高原病发病率，提供工作效率，保障施工质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纵深隧道富氧气体循环系统，包括沿隧道纵深地平行设置的新风管和排风管，所述新风管相连着新风风机，所述排风管相连着I号排风风机；与所述新风管平行设置有一条氧气输送管；所述氧气输送管在接近隧道的掌子面处与所述新风管通过气体混合装置结合，将所述新风管中的新风混合为富氧空气，并通过氧气弥散终端向隧道掌子面处的空间弥散。

作为本发明的进一步改进，所述氧气弥散终端为整体外形与隧道轮廓相适的环状管，管的朝内部分设有若干个均匀分布的喷管；所述喷管的侧面开设有若干个朝向不同角度的弥散喷嘴。

作为本发明的进一步改进，在所述气体混合装置的后方设置有II 号加湿机；所述II号加湿机在氧气弥散终端的后方形成加湿空气幕以作隔断。

作为本发明的进一步改进，所述掌子面处安装有氧气浓度检测仪和二氧化碳检测仪；所述氧气输送管相连着PSA制氧机；所述氧气浓度检测仪和二氧化碳检测仪的检测信号传输到富氧控制系统后控制着所述 PSA制氧机的电磁阀进行工作。

作为本发明的进一步改进，所述富氧控制系统还包括显示屏，用于显示所述掌子面处的各种气体浓度和流量，可触摸点动控制阀门的开关及紧急切断。

作为本发明的进一步改进，所述富氧控制系统还在掌子面处设有二氧化碳超标的报警蜂鸣器。

作为本发明的进一步改进，所述排风管的出隧道尾部安装有排风口扩散装置。

作为本发明的进一步改进，所述排风口扩散装置的上方设有加湿降尘装置；所述加湿降尘装置由I号加湿机1带动工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的纵深隧道富氧气体循环系统是将弥散供氧与通风相结合，从大环境上解决高原隧道施工粉尘及低氧问题。在对施工区域弥散供氧的同时用富氧进行通风循环，向隧道内供给新鲜的富氧空气，并有效地将粉尘、有害气体等循环排出施工区域。

隧道富氧气体循环系统与现有的隧道新风系统不同，是在现有的隧道新风系统的基础上向新风管路上增加了氧气，通过气体混合装置提高了新风系统中的氧气含量，使供给的新风氧气含量达到23％-25％，通过弥散装置扩散到隧道施工区域，解决了高原地区超长隧道内缺氧的问题，同时采用气帘隔断加湿，减少了弥散供氧区域，并降低了隔断处的粉尘，因此对川藏铁路超长隧道建设有着十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的剖视图(掌子面处)；

图3为本发明的工作原理图。

图中：1 I号加湿机、2PSA制氧机、3富氧控制系统、4施工运输车辆、5 II号加湿机、6加湿空气幕、7氧气弥散终端、8氧气浓度检测仪、9二氧化碳检测仪、10掌子面、11 I号排风风机、 12气体混合装置、13电磁阀、14排风管、15新风管、16II号排风风机、17风机软连接接头、18新风风机、19排风口扩散装置、20加湿降尘装置、21氧气输送管、22喷管、23弥散喷嘴。I号加湿机

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，本发明的纵深隧道富氧气体循环系统中，施工运输车辆4和人员沿隧道来到掌子面10处进行挖进工作，沿着隧道的纵深，平行设置有新风管15和排风管14用于更新洞内的空气。新风管15通过风机软连接接头17连着新风风机18，排风管14隧道内的一端相连着I号排风风机11，出隧道的尾部安装有排风口扩散装置19，在排风口扩散装置19的上方设有加湿降尘装置20；加湿降尘装置20 由I号加湿机1带动工作。为了加强排风管14的风力，可在过长的排风管14的中部，考虑增加II号排风风机(16)。本发明中，与新风管15平行设置有一条氧气输送管21；氧气输送管21在接近隧道的掌子面10处与新风管15通过气体混合装置12结合，将新风管15中的新风混合为富氧空气，并通过氧气弥散终端7向隧道掌子面10处的空间弥散。氧气弥散终端7为整体外形与隧道轮廓相适的环状管，管的朝内部分设有若干个均匀分布的喷管22；喷管22的侧面开设有若干个朝向不同角度的弥散喷嘴22。在气体混合装置12的后方设置有II号加湿机5；II号加湿机5在氧气弥散终端7的后方形成加湿空气幕6以作隔断。掌子面10处安装有氧气浓度检测仪8和二氧化碳检测仪9；氧气输送管21相连着PSA制氧机2；氧气浓度检测仪8和二氧化碳检测仪9的检测信号传输到富氧控制系统3后控制着PSA制氧机2的电磁阀13进行工作。富氧控制系统3还包括显示屏，用于显示掌子面10 处的各种气体浓度和流量，可触摸点动控制阀门的开关及紧急切断。富氧控制系统3还在掌子面10处设有二氧化碳超标的报警蜂鸣器。

本发明的目的是完成以下几方面的任务：

1、进风输送系统的建设，能满足隧道内新风量的要求。

2、供氧系统的建设，与新风混合后，能使隧道施工区域的空气的氧气浓度达到23％-25％。

3、富氧环境监测和二氧化碳浓度监测系统，能随时监测隧道内的氧气浓度和二氧化碳浓度。

4、富氧环境的安全控制系统，能控制隧道的氧气浓度。

5、出风系统，能满足隧道内排风量的要求。

6、隧道富氧环境达到海拔3000米水平。

处于海拔4000米以上地区的隧道的氧含量要达到相当于3000米的高度这是人体很容易适应的高度的氧含量。空气中氧含量增加1个百分点(例如从21％增至22％)相当于使海拔高度降低300米。在海拔 4500米处将隧道内的空气中的氧含量从21％增至26％，则相当于高度降低了1500米。根据《高原地区空间弥散供氧氧调要求》及West教授的研究结果“在高原弥散供氧区域内每增加1％的氧浓度，相当于海拔降低300米”。本发明中将施工区域内的氧气浓度设置为23％～25％。施工区域内设置氧气分析仪和二氧化碳分析仪，实时监测隧道内的氧气浓度和二氧化碳浓度，并将监测的信号反馈到富氧控制系统中，由富氧控制系统控制氧气流量阀调节氧气进入进风管的氧气流量。当隧道内的CO2浓度超标时，由富氧控制系统控制轴流风机工作，进行排风。使得隧道施工区内的氧气浓度始终维持在21％至25％之间。

如图3所示，本发明的工作原理如下：

PSA制氧机制取氧浓度大于90％的氧气与新风系统中的洁净空气分别经由管道在气体混合装置汇合后形成富氧空气，再通过两处气体弥散装置将富氧空气弥散至施工区域内，并在设有隔断加湿气帘，隔断富氧施工区域，维持施工区域的相对富氧环境，同时伴有喷雾功能，解决气帘产生的扬尘问题。两处富氧弥散装置也带有加湿喷雾功能，可在短时间内将空间内的漂浮颗粒物浓度降低。空间内加湿处理不完全的污染空气经排气系统排出隧道，形成一个富氧循环系统，确保施工区域内为洁净的富氧环境。污染空气在出口处经二次加湿处理，减轻对隧道外大气环境的污染。

由氧气分析仪和二氧化碳分析仪时刻检测隧道内的氧气浓度和二氧化碳浓度。将检测的信号反馈到弥散控制系统(即富氧控制系统3) 中，由弥散控制系统控制氧气进入进风管的流量。当隧道内的CO2浓度超标时，由弥散控制系统控制轴流风机工作，进行排风。使得隧道施工区内的氧气浓度始终维持在21％至25％之间。

具体如下：

(1)O2浓度的控制

设在隧道施工区内的氧气分析仪的氧气浓度设定值是可以调节的，当氧气达到设定值时进入隧道施工区的氧气通道自动切断，低于下限时阀门又打开供气；

进入隧道施工区的氧气量由控制系统控制，控制系统控制氧气输气管道上的电池阀，电磁阀的开、关在控制系统中触摸显示屏显示，并可在触摸显示屏中点动控制阀门的开关，也可实现紧急切断。

隧道施工区的氧气浓度正常值为～25％，氧浓度高报警值AH为 27％，通过蜂鸣器报警；联锁值SH为28％，当氧分析仪达到联锁值时，通过PLC发出电信号给电池阀，电池阀紧急切断，同时打开废气排放装置的轴流风机，降低富氧房内的氧浓度；当氧浓度≤25％时，电磁阀打开，关闭废气排放装置的轴流风机。

氧气流量通过制氧机上的流量计来计量，并在显示屏上显示。

玻璃富氧房的氧气浓度通过氧分析仪分析，氧气浓度显示在显示屏上。

(2)CO2浓度控制

隧道施工区的二氧化碳浓度通过分析仪分析，二氧化碳浓度显示在显示屏上。

正常的大气环境中CO2的含量为350～450ppm，隧道施工区的的 CO2的含量最直接的分析是通过二氧化碳分析仪，由它来控制新风的补充和废气的排放。

隧道施工区的的二氧化碳浓度正常值为～400ppm，二氧化碳浓度高报警值AH为500ppm，通过蜂鸣器报警；联锁值SH为550ppm，当二氧化碳分析仪达到联锁值时，通过PLC发出电信号给进、排装置轴流风机，降低，隧道施工区内的二氧化碳浓度；当二氧化碳浓度≤350ppm时，关进、排放装置轴流风机。

另外还需要注意的地方有：

1、进风管开口端可设有防虫网。通过设置在进风管内的过滤层，将进入进风管内的空气进行过滤，大幅降低空气中杂质数量，提高隧道中空气质量，通过在进风管开口端设有防虫网，可以有效降低昆虫或者禽类飞入进风管，破坏风机或者堵塞风道的问题。

2、风机支架应稳固结实，避免运行中震动，风机出口处设置加强型柔性管与风管连接，风机与柔性管结合处应多道绑扎，减少漏风。

3、挂设风管要平、顺、直。测出中线位置，然后用电钻打眼，安置膨胀螺栓。

最后，还要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种纵深隧道富氧气体循环系统，包括沿隧道纵深地平行设置的新风管(15)和排风管(14)，所述新风管(15相连着新风风机(18)，所述排风管(14)相连着I号排风风机(11)；其特征在于，与所述新风管(15)平行设置有一条氧气输送管(21)；所述氧气输送管(21)在接近隧道的掌子面(10)处与所述新风管(15)通过气体混合装置(12)结合，将所述新风管(15)中的新风混合为富氧空气，并通过氧气弥散终端(7)向隧道掌子面(10)处的空间弥散。

2.根据权利要求1所述的纵深隧道富氧气体循环系统，其特征在于，所述氧气弥散终端(7)为整体外形与隧道轮廓相适的环状管，管的朝内部分设有若干个均匀分布的喷管(22)；所述喷管(22)的侧面开设有若干个朝向不同角度的弥散喷嘴(22)。

3.根据权利要求1所述的纵深隧道富氧气体循环系统，其特征在于，在所述气体混合装置(12)的后方设置有II号加湿机(5)；所述II号加湿机(5)在氧气弥散终端(7)的后方形成加湿空气幕(6)以作隔断。

4.根据权利要求1所述的纵深隧道富氧气体循环系统，其特征在于，所述掌子面(10)处安装有氧气浓度检测仪(8)和二氧化碳检测仪(9)；所述氧气输送管(21)相连着PSA制氧机(2)；所述氧气浓度检测仪(8)和二氧化碳检测仪(9)的检测信号传输到富氧控制系统(3)后控制着所述PSA制氧机(2)的电磁阀(13)进行工作。

5.根据权利要求4所述的纵深隧道富氧气体循环系统，其特征在于，所述富氧控制系统(3)还包括显示屏，用于显示所述掌子面(10)处的各种气体浓度和流量，可触摸点动控制阀门的开关及紧急切断。

6.根据权利要求5所述的纵深隧道富氧气体循环系统，其特征在于，所述富氧控制系统(3)还在掌子面(10)处设有二氧化碳超标的报警蜂鸣器。

7.根据权利要求1所述的纵深隧道富氧气体循环系统，其特征在于，所述排风管(14)的出隧道尾部安装有排风口扩散装置(19)。

8.根据权利要求7所述的纵深隧道富氧气体循环系统，其特征在于，所述排风口扩散装置(19)的上方设有加湿降尘装置(20)；所述加湿降尘装置(20)由I号加湿机(1)带动工作。