CN113685218A - 基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统 - Google Patents
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Abstract
本发明基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，属于隧道施工通风领域，目的是延长通风长度，并提供富氧环境。包括斜井和多个隧洞，多个隧洞中，其中一个隧洞为储风洞，其余为常规洞；在储风洞内设置有富氧风仓，富氧风仓朝向掌子面的一端为出口端，另一端为进口端；设置有为富氧风仓通入新风的通风装置；设置有将富氧风仓内的新风送入隧洞掌子面的送风管路；在富氧风仓外靠近进口端的一侧设置有提供氧气的供氧装置，所述供氧装置与富氧风仓相连通。通过设置富氧风仓收集、储藏新风，有效增加了极限通风距离，通过供氧装置将氧气供给富氧风仓与新风混合后通入各个隧洞的掌子面，在掌子面附近形成富氧环境，建立了一个洁净的富氧工作环境。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工通风领域，具体的是基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统。
背景技术
随着我国隧道施工技术水平的不断提高，修建隧道的规模逐渐向大、长化发展，隧道施工通风从初期的利用自然条件进行通风逐步发展到借助通风管路和施工巷道进行通风，通风设备逐步大型化。通风防尘是涉及人员生命健康的大事，是隧道施工水平的重要标志，也是影响隧道施工方案选取的控制因素之一。尤其在长大隧道施工中，洞内通风和空气净化问题更为突出。
在隧道和地下工程的施工过程中，施工通风是隧道内外空气交换的唯一手段，是隧道施工人员及作业机械的“生命线”，是不可缺少的技术环节。特别是对于有瓦斯、高温、有毒气体等特殊危险的隧道，必须要保证充足的通风量，降低洞内有害物质的浓度，避免瓦斯爆炸、高温、毒害等灾害的发生。
随着长大隧道工程的大量涌现，施工通风难度进一步增加。为了实现长隧短打，多采用设置斜井辅助施工方式，在单斜井双洞多开挖面平行施工条件下，施工通风成为影响施工安全和质量的突出难题。以往针对单斜井进入正洞施工基本都是采用独头压入式通风，其具体做法是：在离隧道洞口一定长度的隧道上方开挖与隧道斜向连通的斜井，在斜井口由轴流风机将新鲜风吸入，并通过风管将新鲜空气压送至一个隧道的掌子面，掌子面的空气再通过掌子面附近的横通道的抽风机，抽送至另一个隧道，再经该隧道沿途布置的多个射流风机排送至洞外。该通风方式具有以下弊端：
1、受斜井断面净空限制难以布置足够数量的通风管路，导致各开挖面不能拥有独立的供风管路；风管送风距离过长和分风供应2个开挖面，难以保证开挖面获得足够的风量；施工掘进距离逐渐增长至通风系统极限通风长度后，供风系统将很难满足实际工程环境需求；
2、单纯向隧道内通入新风，难以保证足够的氧气供给，需要工作人员个体携带供氧设备，供氧负担大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，对多工作面施工的长大隧道进行长距离送风，能够有效延长压入式通风系统的极限通风长度，并为施工区提供一个洁净的富氧环境。
本发明采用的技术方案是：基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，包括斜井和多个正洞，斜井与靠近斜井的正洞直接相通，相邻正洞之间经间隔布置的多个横通道连通；多个横通道中，对中斜井与正洞交叉口的横通道为衔接通道，靠近掌面的横通道为辅助通道，衔接通道与辅助通道之间的横通道经挡风墙封堵；
多个正洞中，其中一个正洞为储风洞，其余为常规洞；
在储风洞内设置有富氧风仓，富氧风仓朝向掌子面的一端为出口端，另一端为进口端；
设置有为富氧风仓通入新风的通风装置，所述通风装置沿斜井敷设穿过衔接通道并由富氧风仓的进口端接入富氧风仓；
设置有将富氧风仓内的新风送入正洞掌子面的送风管路，所述送风管路一端由富氧风仓的出口端接入富氧风仓，另一端延伸至各个正洞的掌子面附近；
在富氧风仓外设置有提供氧气的供氧装置，所述供氧装置与富氧风仓相连通。
进一步的，所述供氧装置有两套，两套供氧装置沿着正洞横向布置于正洞两侧；各套供氧装置均包括顺次相连接的低温液氧储备罐、气化设备和空压机；各套供氧装置的空压机与富氧风仓之间经供氧管道连接。
进一步的，在富氧风仓内设置有氧气扩散装置，所述氧气扩散装置包括环状的氧气扩散管，氧气扩散管设置于富氧风仓的进口端，供氧管道穿过富氧风仓的进口端与氧气扩散管相连通；沿氧气扩散管环向，在氧气扩散管对正富氧风仓出口端的一侧均匀分布有布气孔，布气孔上安装有氧气扩散器。
进一步的，所述送风管路包括为储风洞掌子面送风的送风管一和为常规洞送风的送风管二；
送风管一伸入富氧风仓出口端的一端连接有送风风机，另一端沿储风洞纵向延伸至储风洞掌子面附近；
送风管二伸入富氧风仓出口端的一端连接有送风风机，另一端沿储风洞纵向延伸至辅助通道处，并穿过辅助通道延伸至常规洞掌子面附近。
进一步的，所述通风装置包括供风通道和设置于衔接通道内的一次风仓；
在斜井内设置有隔板将斜井分隔为位于上部的所述供风通道和位于下部的排风通道；
在供风通道内设置有主引流风机和副引流风机；所述主引流风机位于斜井的井口处；所述副引流风机位于斜井与正洞的交叉口处；
所述一次风仓与供风通道相连通，并在一次风仓内设置有接力风机；供风通道与富氧风仓之间设置有接力风管，接力风管一端连接于接力风机，另一端由富氧风仓的进口端接入富氧风仓。
进一步的，所述隔板沿隧道横向依次穿过靠近斜井的正洞以及横通道延伸至远离斜井的常规洞内；沿着隧道纵向，在隔板两端与对应正洞拱顶之间的临空面经阻风帘密封，由隔板、正洞和横通道位于隔板上方的部位以及阻风帘包围形成所述一次风仓；
由正洞以及位于隔板以下的部分相连通构成污风道。
进一步的，所述富氧风仓为由柔性材料制成的柔性中空结构，包括半圆弧形的顶壁、水平的底壁和两端的端壁；富氧风仓贴合储风洞拱顶安装。
进一步的，沿富氧风仓顶壁环向，在顶壁上设置有多个悬挂钩，所述悬挂钩挂接于储风洞拱顶；并设置有悬托杆，所述悬托杆的两端分别固定于储风洞两侧的侧壁；富氧风仓的底壁坐落于悬托杆上。
进一步的，沿着隧道纵向，所述富氧风仓呈由数段风仓节段对接而成的阶梯状；富氧风仓的台阶数为n，则：
其中：n为富氧风仓的台阶数；N为同时施工掌子面的个数；Qx为单个掌子面最大需风量，单位为m3；L为隧道掘进长度，单位为m；X为掌子面施工范围，单位为m；h单个台阶高度，单位为m；A为富氧风仓的初始断面面积，单位为m2。
进一步的，所需低温液氧储备罐的理论数量为m：
其中，l为隧道计划增氧范围，S为掌子面断面面积，L为隧道掘进长度，N为同时施工掌子面的个数，V1为单个低温液氧储备罐的体积，V2为单个低温液氧储备罐内的液氧转化成氧气的体积；
m/2后取整数作为每套供氧装置中的低温液氧储备罐的实际数量。
本发明的有益效果是：本发明，通风装置将隧道外的新风引入富氧风仓内进行收集、储藏，并利用送风管路将新风送入给个掌子面，完成多掌子面的协同送风，有效增加了极限通风距离；供氧装置将氧气供给富氧风仓，新风与氧气在富氧风仓内混合，形成富氧新风，富氧新风经过送风管路通入各个正洞的掌子面，在掌子面附近形成富氧环境，建立了一个洁净的富氧工作环境，改善长距离掘进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，保障了施工质量。
本发明，在正洞内完成对新鲜风流的储备、分配及二次处理，向多工作面通风供风，在传统通风系统的基础上，有效增加了极限通风距离；且整个新型通风系统布置灵活可变，各通风设备相对独立，能够根据洞内实际情况进行动态的设备替换，极大程度的减少了施工通风能耗，加快了施工进度，保证了施工安全。
本发明的富氧风仓采用柔性材料制作，能有效避免仓内新风泄露，同时能避免仓外污风进行仓内污染新风。
附图说明
图1为本发明实施例1的示意图；
图2为实施例2的示意图；
图3为图1和图2的Ⅰ-Ⅰ剖视图；
图4为储风洞横断面图；
图5为氧气扩散装置示意图；
图6为图5的左视图；
图7富氧风仓纵向示意图。
图中，斜井1、供风通道1A、排风通道1B、隔板1C、储风洞2、常规洞3、衔接通道4、辅助通道5、挡风墙6、富氧风仓7、顶壁7A、底壁7B、端壁7C、风仓节段7D、悬挂钩7E、悬托杆7F、送风管路8、送风管一8A、送风管二8B、送风风机8C、供氧装置9、低温液氧储备罐9A、气化设备9B、空压机9C、供氧管道9D、氧气扩散装置10、氧气扩散管10A、氧气扩散器10B、一次风仓11、接力风管12、主引流风机13、副引流风机14、接力风机15、阻风帘16。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明如下：
基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，如图1或图2所示，包括斜井1和多个正洞，斜井1与靠近斜井1的正洞直接相通，相邻正洞之间经间隔布置的多个横通道连通；多个横通道中，对中斜井1与正洞交叉口的横通道为衔接通道4，靠近掌面的横通道为辅助通道5，衔接通道4与辅助通道5之间的横通道经挡风墙6封堵；
多个正洞中，其中一个正洞为储风洞2，其余为常规洞3；
在储风洞2内设置有富氧风仓7，富氧风仓7朝向掌子面的一端为出口端，另一端为进口端；
设置有为富氧风仓7通入新风的通风装置，所述通风装置沿斜井1敷设穿过衔接通道4并由富氧风仓7的进口端接入富氧风仓7；
设置有将富氧风仓7内的新风送入正洞掌子面的送风管路8，所述送风管路8一端由富氧风仓7的出口端接入富氧风仓7，另一端延伸至各个正洞的掌子面附近；
在富氧风仓7外设置有提供氧气的供氧装置9，所述供氧装置9与富氧风仓7相连通。
其中正洞可以为隧道主洞，也可以为平行导洞。
本发明公开的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，通风装置将隧道外的新风引入富氧风仓7内进行收集、储藏，并利用送风管路8将新风送入给个掌子面，完成多掌子面的协同送风，有效增加了极限通风距离；供氧装置9将氧气供给富氧风仓7，新风与氧气在富氧风仓7内混合，形成富氧新风，富氧新风经过送风管路8通入各个正洞的掌子面，在掌子面附近形成富氧环境，建立了一个洁净的富氧工作环境，改善长距离掘进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，保障了施工质量。
富氧风仓7布置于多洞并行开挖正洞先行开挖正洞段内，本发明中，富氧风仓7布置于储风洞2内。
若仅设置一套供氧装置9供氧，在满足供氧要求的前提下，供氧装置9极可能侵占行车空间，为了避免该问题，所述供氧装置9有两套，两套供氧装置9沿着正洞横向相对布置于正洞两侧，该结构，能有效避免供氧装置9侵占隧道行车区域。各套供氧装置9均包括顺次相连接的低温液氧储备罐9A、气化设备9B和空压机9C；各套供氧装置9的空压机9C与富氧风仓7之间经供氧管道9D连接。为了加速氧气与新风的混合，在富氧风仓7内设置有氧气扩散装置10，如图5和图6所示，所述氧气扩散装置10包括环状的氧气扩散管10A，氧气扩散管10A设置于富氧风仓7的进口端，供氧管道9D穿过富氧风仓7的进口端与氧气扩散管10A相连通；沿氧气扩散管10A环向，在氧气扩散管10A对正富氧风仓7出口端的一侧均匀分布有布气孔，布气孔上安装有氧气扩散器10B。
低温液氧储备罐9A内盛装液氧，液氧经气化设备9B气化为高纯度氧气，高纯度氧气形成高速气流通过供氧管道9D输送给富氧风仓7内的氧气扩散装置10，最终由氧气扩散管10A上的氧气扩散器10B喷出，扩散形态呈圆锥状，弥散至整个风仓断面，并快速向富氧风仓7的出口端方向流动，与富氧风仓7内储备新风混合，形成富氧空气。环状的氧气扩散管10A提高了氧气扩散面积，布气孔均匀分布利于氧气均匀扩散，且氧气扩散管10A和布气孔的设置，缩减了氧气在管内的流通面积，从而起到一定的增压作用，利于提高氧气扩散速度。
为了使各个掌子面有独立的供风管道，以提高各个掌子面的供风量，完成多掌子面的协同送风，优选的，所述送风管路8包括为储风洞2掌子面送风的送风管一8A和为常规洞3送风的送风管二8B；
送风管一8A伸入富氧风仓7出口端的一端连接有送风风机8C，另一端沿储风洞2纵向延伸至储风洞2掌子面附近；
送风管二8B伸入富氧风仓7出口端的一端连接有送风风机8C，另一端沿储风洞2纵向延伸至辅助通道5处，并穿过辅助通道5延伸至常规洞3掌子面附近。其中，送风风机8C选用隧道专用SDF轴流风机。
可以直接采用通风管道沿着斜井1和衔接通道4敷设至富氧风仓7处，为富氧风仓7输送新风，但是，斜井1内设置通风管道，通风管道维护困难，通风能耗高。为了避免上述问题，如图3所示，所述通风装置包括供风通道1A和一次风仓11；在斜井1内设置有隔板1C将斜井1分隔为位于上部的所述供风通道1A和位于下部的排风通道1B；所述一次风仓11设置于衔接通道4内；所述一次风仓11与供风通道1A相连通；供风通道1A与富氧风仓7之间经接力风管12相连接。
该结构，隔板1C采用硬质板，由斜井1位于隔板1C以上的部分与隔板1C包围形成环向封闭的供风通道1A，供风通道1A沿斜井1纵向贯穿整个斜井1。由斜井1位于隔板1C以下的部分与隔板1C包围形成环向封闭的排风通道1B，排风通道1B沿斜井1纵向贯穿整个斜井1。隔板1C布置于斜井断面偏拱顶处适当位置，将整个隧道斜井分割为供风通道1A和排风通道1B两部分腔体，供风通道1A作为新风进入正洞并推动至富氧风仓7进行储备及处理的引流道，排风通道1B作为正洞掌子面污风排出的排污道；排风通道1B在作为排污道的同时，亦为施工车辆进出通道，隔板1C的布置位置应充分考虑进出洞内施工器械及车辆大小，留以足够大的净空断面，以确保施工工序的正常进行及设备安全。
一次风仓11为闭合的空间，其与斜井1相邻的一端设有开口与供风通道1A连通，与富氧风仓7相邻的一侧设置有开口用于安装接力风管12，从而使新风经过供风通道1A输送至一次风仓11进行储存，然后经过接力风管12输送至富氧风仓7。一次风仓11完成一次储风作用。
可在斜井的井口处布置主引流风机13将外界新风送入供风通道1A内，在供风通道1A内等间距布置多个副引流风机14，以克服因斜井1壁面及供风通道1A所带来的沿程阻力，加速供风通道1A内新风输送的速度。该结构，必定需要在隔板1C上间隔设置用于检修副引流风机14的检查口，会漏风风险增大，为了避免该问题，在供风通道1A内设置有主引流风机13和副引流风机14；所述主引流风机13选用隧道专用SDF多极轴流风机，位于斜井的井口处；所述副引流风机14选用SF隧道专用射流风机，位于斜井1与正洞的交叉口处。该结构，将副引流风机14设置于斜井1的井底位置，可统一对所有副引流风机14进行供电以及检修，无需沿斜井纵向布设多个电源以及检查口。
在一次风仓11内设置有接力风机15，接力风管12一端连接于接力风机15，另一端延伸至富氧风仓7处，并与富氧风仓7的进口端相连通。新风经主引流风机13输送到供风通道1A内后，经副引流风机14风压推动快速抵达一次风仓11内，此时打开接力风机15，将新风经由接力风管12推送至富氧风仓7，此时开启仓外气化设备9B和空压机9C，低温液氧储备罐9A中液氧经气化后进入空压机9C加压，并通过供氧管道9D以高速高压状态经氧气扩散器10B向富氧风仓7内供氧，进行人工主动增氧，高纯度氧气在富氧风仓7内弥散且在富氧风仓7内流动途中与接力风管12送入富氧风仓7内的新风有效混合，形成充斥整个富氧风仓7的富氧空气，低温液氧储备罐9A根据实际用量及时更换，待富氧风仓7内充斥有足够多的富氧空气时，打开送风风机8C，分别经由送风管路8将仓内富氧空气输送至掌子面附近，完成新旧风的置换，污染空气经由正洞、斜井1的排风通道1B最终排至洞外，完成整个通风过程。
可以设置独立的柱状风仓作为一次风仓11，最优的，所述隔板1C沿隧道横向依次穿过靠近斜井1的正洞以及横通道延伸至远离斜井1的常规洞3内；沿着隧道纵向，在隔板1C两端与对应正洞拱顶之间的临空面经阻风帘16密封，由隔板1C、正洞和横通道位于隔板1C上方的部位以及阻风帘16包围形成所述一次风仓11；
由正洞以及位于隔板1C以下的部分相连通构成污风道。
该结构，采用隔板1C、阻风帘16以及现有正洞以及衔接通道4包围形成一次风仓11，合理利用了隧道已有结构，其施工成本及施工时间均得到缩减。
可采用传统的方式，以硬质隔板与正洞壁面形成的闭合区间作为富氧风仓7进行风量储备。但是，由于富氧风仓7布置于正洞内，正洞断面较大，断面径向长度过长时，硬质隔板过重，中部悬空状态下，极易出现局部破损导致仓内大量漏风，且施工段内隧道任务频繁，对布置硬质风仓段进行施工时需拆卸中隔板，严重阻碍掌子面供风，滞后施工进度；且富氧风仓7在出口端布置风机以向各施工掌子面供风，在该局部段仓内易形成负压，根据施工经验，中隔板漏风率可达4％，富氧风仓7下部作为排污通道，有不断的污风经过，仓内负压造成污风上移，由硬质隔板间隙进入富氧风仓7，污染新鲜空气，为了避免上述问题，本发明中，富氧风仓7采用PVC、涂塑化纤织物等高强度柔性材料制成，整体呈柱状仓室，横向截面为类半圆形，贴合储风洞2拱顶部。采用柔性材料制作的富氧风仓7在风力的作用下有一定的变形能力，能够有效解决上述漏风问题，且其结构简易，轻质便捷，布置灵活，能有效应用于长距离隧道施工过程中。
如图4所示，所述富氧风仓7的顶壁呈半圆弧形，包括弧形的顶壁7A和水平的底壁7B；沿顶壁7A环向，在顶壁7A上设置有多个悬挂钩7E，所述悬挂钩7E挂接于储风洞2拱顶；并设置有悬托杆7F，所述悬托杆7F的两端分别固定于储风洞2两侧的侧壁；富氧风仓7的底壁7B坐落于悬托杆7F上，从而将富氧风仓7稳固的安装于储风洞2的拱顶部，储风洞2位于富氧风仓7下部的空间满足车辆行驶要求。富氧风仓7的出口端和进口端均由端壁7C封闭，位于进口端的端壁7C上设置有预留孔，用于对接接力风管12以及供氧管道9D；位于出口端的端壁7C上设置有预留孔，用于对接送风风机8C。
本富氧风仓7利用悬挂、悬托装置固定柔性布料的方式限制其断面面积，加速风流传递，留足够的断面净空，在不影响洞内施工车辆正常工作的前提下，完成高效储风及二次输运。
为了确保掌子面风量的同时，极大程度的节省了洞内空间，布设合理、加速施工进度，优选的，沿着隧道纵向，如图7所示，所述富氧风仓7呈由数段风仓节段7D对接而成的阶梯状，风仓节段7D的数量以及布置顺序不限于图7所示的形式。单段风仓节段的长度为90-110m。接口采用防火镀锌PVC软接，加以密封条处理，整体长度由正洞掘进长度、各风管长度共同决定，根据实际工程通风量需求，对富氧风仓7长度进行严格把控，在满足掌子面风量需求的同时，有效延长施工通风的极限长度。
富氧风仓7布置于储风洞2内，其长度根据布置段开挖长度L设置，考虑掌子面附近施工程序较多，施工范围为X米，富氧风仓7由距离衔接通道4适当位置处开始布置，直至施工断面前X米处，则富氧风仓7长度简化为L-X，为确保富氧风仓7能够同时供给多个掌子面足够新风，取掌子面通风爆破后洞内需风量最大情况进行计算，以各掌子面中需风量最大值作为标准，设该需风量为Qx，掌子面数量为N，单次循环工序时间T，则富氧风仓7储风总量为：W＝NTQx，富氧风仓7初始断面面积取A，富氧风仓7初始断面按半圆计算，单个阶梯高度为h，长度为a，阶梯数为n。
为简化计算，假定阶梯式富氧风仓7由初始半圆柱状体与附加六面体相组合，其体积增加量按六面体体积计算，则富氧风仓7内空气储备量为：
将W＝NTQx代入上式，则：
简化可得：
K1n2+K2n＝K3a-1
其中：
假定各台阶长度均相等，则：L-X＝na，代入上式可计算得富氧风仓7的台阶数为n：
其中：n为富氧风仓的台阶数；N为同时施工掌子面的个数；Qx为掌子面最大需风量；L为隧道掘进长度；X为掌子面施工范围；h为单个台阶高度；A为初始风仓断面面积。
由于正洞内施工人员和机械设备的耗氧，随着正洞进尺的增加，洞内的氧含量会逐渐降低，缺氧会导致施工人员的身体不适、昏厥，甚至死亡，因此有必要对正洞施工现场进行供氧，以保证施工人员的安全。
平原大气中氧气含量约为20.947％，按21％取，根据现场经验掘进长度超过2000m后，开始呈下降趋势，2000m时，氧气含量约为0.2，3000m时含量为0.196，设定氧气含量随着隧道长度的增加呈线性递减，对应掘进深度L与氧气含量的关系即为：
O＝-4×10-6L+0.208
其中：O为氧气含量，L为隧道掘进深度。
则所需增加的氧气浓度比为0.21-O，假定在炮烟抛掷范围内进行增氧，取最大需要增氧的掌子面为标准，共N个掌子面，即需要增氧的总量为：
Mo＝(0.21+4×l0-6L-0.208)NSl
其中：Mo为需要增氧总量，单位为m3；L为隧道掘进深度，单位为m；N为同时施工掌子面的个数；S为掌子面断面面积，单位为m2；l为隧道计划增氧范围，单位为m。
优选的，本实施例中单个小型液氧罐体积为V1，液化成高浓度氧气体积为V2，总需要的数量为：
如图1所示的实施例中，
该隧道包括斜井1、与斜井1连通的平行导洞、通过横通道与平行导洞连通的右正洞。右正洞为储风洞2，平行导洞为常规洞3。本实施例中隧道施工长度L为5000m，右正洞、平行导洞掌子面同时开挖，根据相关行业规范对施工需风量进行计算，取Qx＝3000m3/min，掌子面附近施工范围X为500m，右正洞隧道断面取120m2，则根据右正洞断面大小，初始风仓断面面积A取30m2，单个台阶高度h取1m，爆破通风时间取30min，则：
即富氧风仓台阶数为2，富氧风仓总长4500m，单台阶长度为2250m，台阶高度为1m，以此为参考对富氧风仓进行布置，并根据实际工程情况进行相应调节。
选用单个小型液氧罐体积为1m3，液化成高浓度氧气体积为800m3，则该单个小型液氧罐总需要的数量为：
根据此计算结果，分别在富氧风仓7末端左右两侧各布置1罐低温液氧冷藏罐。根据6m3/h的流量，每天使用8小时，那1m3的液氧可以使用16天左右，为保证洞内低温液氧罐时刻保持有足够富余，初步拟定每16天，对单个液氧罐进行更换。
如图2所示的实施例为多掌子面同时施工长大隧道，该隧道包括斜井1与斜井1连通的左正洞、与左正洞通过横通道直接连通的平行导洞，与平行导洞通过横通道直接连通的右正洞，本实施例中，平行导洞为储风洞2，右正洞和左正洞为常规洞3。
本实施例中隧道施工长度L为5000m，正洞、平行导洞掌子面同时开挖，根据相关行业规范对施工需风量进行计算，取Qx＝3000m3/min，掌子面附近施工范围X为500m，正洞隧道断面取120m2，则根据隧道断面大小，初始风仓断面面积A取30m2，单个台阶高度h取1m，爆破通风时间取30min，隧道内掌子面共5各，同时施工的掌子面最大数量考虑为N＝3，根据上式计算的：
则富氧风仓7台阶数为5，风仓总长4500m，单台阶长度为900m，台阶高度为1m，以此为参考对富氧风仓7进行布置，并根据实际工程情况进行相应调节。
本实施例中隧道施工长度L为5000m，炮烟抛掷范围即隧道增氧范围l为100m，正洞隧道断面取120m2，掌子面同时施工，n取5，代入上式，则：
根据此计算结果，分别在二次风仓末端左右两侧各布置1罐低温液氧冷藏罐。根据6m3/h的流量，每天使用8小时，那1m3的液氧可以使用16天左右，为保证洞内低温液氧罐时刻保持有足够富余，初步拟定每16天，对单个液氧罐进行更换。
Claims (10)
1.基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，包括斜井(1)和多个正洞，斜井(1)与靠近斜井(1)的正洞直接相通，相邻正洞之间经间隔布置的多个横通道连通；多个横通道中，对中斜井(1)与正洞交叉口的横通道为衔接通道(4)，靠近掌面的横通道为辅助通道(5)，衔接通道(4)与辅助通道(5)之间的横通道经挡风墙(6)封堵；其特征在于：
多个正洞中，其中一个正洞为储风洞(2)，其余为常规洞(3)；
在储风洞(2)内设置有富氧风仓(7)，富氧风仓(7)朝向掌子面的一端为出口端，另一端为进口端；
设置有为富氧风仓(7)通入新风的通风装置，所述通风装置沿斜井(1)敷设穿过衔接通道(4)并由富氧风仓(7)的进口端接入富氧风仓(7)；
设置有将富氧风仓(7)内的新风送入正洞掌子面的送风管路(8)，所述送风管路(8)一端由富氧风仓(7)的出口端接入富氧风仓(7)，另一端延伸至各个正洞的掌子面附近；
在富氧风仓(7)外设置有提供氧气的供氧装置(9)，所述供氧装置(9)与富氧风仓(7)相连通。
2.如权利要求1所述的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，其特征在于：所述供氧装置(9)有两套，两套供氧装置(9)沿着正洞横向布置于正洞两侧；各套供氧装置(9)均包括顺次相连接的低温液氧储备罐(9A)、气化设备(9B)和空压机(9C)；各套供氧装置(9)的空压机(9C)与富氧风仓(7)之间经供氧管道(9D)连接。
3.如权利要求2所述的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，其特征在于：在富氧风仓(7)内设置有氧气扩散装置(10)，所述氧气扩散装置(10)包括环状的氧气扩散管(10A)，氧气扩散管(10A)设置于富氧风仓(7)的进口端，供氧管道(9D)穿过富氧风仓(7)的进口端与氧气扩散管(10A)相连通；沿氧气扩散管(10A)环向，在氧气扩散管(10A)对正富氧风仓(7)出口端的一侧均匀分布有布气孔，布气孔上安装有氧气扩散器(10B)。
4.如权利要求1-3任意一项权利要求所述的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，其特征在于：所述送风管路(8)包括为储风洞(2)掌子面送风的送风管一(8A)和为常规洞(3)送风的送风管二(8B)；
送风管一(8A)伸入富氧风仓(7)出口端的一端连接有送风风机(8C)，另一端沿储风洞(2)纵向延伸至储风洞(2)掌子面附近；
送风管二(8B)伸入富氧风仓(7)出口端的一端连接有送风风机(8C)，另一端沿储风洞(2)纵向延伸至辅助通道(5)处，并穿过辅助通道(5)延伸至常规洞(3)掌子面附近。
5.如权利要求1-3任意一项权利要求所述的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，其特征在于：所述通风装置包括供风通道(1A)和设置于衔接通道(4)内的一次风仓(11)；
在斜井(1)内设置有隔板(1C)将斜井(1)分隔为位于上部的所述供风通道(1A)和位于下部的排风通道(1B)；
在供风通道(1A)内设置有主引流风机(13)和副引流风机(14)；所述主引流风机(13)位于斜井的井口处；所述副引流风机(14)位于斜井(1)与正洞的交叉口处；
所述一次风仓(11)与供风通道(1A)相连通，并在一次风仓(11)内设置有接力风机(15)；供风通道(1A)与富氧风仓(7)之间设置有接力风管(12)，接力风管(12)一端连接于接力风机(15)，另一端由富氧风仓(7)的进口端接入富氧风仓(7)。
6.如权利要求5所述的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，其特征在于：所述隔板(1C)沿隧道横向依次穿过靠近斜井(1)的正洞以及横通道延伸至远离斜井(1)的常规洞(3)内；沿着隧道纵向，在隔板(1C)两端与对应正洞拱顶之间的临空面经阻风帘(16)密封，由隔板(1C)、正洞和横通道位于隔板(1C)上方的部位以及阻风帘(16)包围形成所述一次风仓(11)；
由正洞以及位于隔板(1C)以下的部分相连通构成污风道(17)。
7.如权利要求1-3任意一项权利要求所述的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，其特征在于：所述富氧风仓(7)为由柔性材料制成的柔性中空结构，包括半圆弧状的顶壁(7A)、水平的底壁(7B)和两端的端壁(7C)；富氧风仓(7)贴合储风洞(2)拱顶安装。
8.如权利要求7所述的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，其特征在于：沿富氧风仓(7)顶壁(7A)环向，在顶壁(7A)上设置有多个悬挂钩(7E)，所述悬挂钩(7E)挂接于储风洞(2)拱顶；并设置有悬托杆(7F)，所述悬托杆(7F)的两端分别固定于储风洞(2)两侧的侧壁；富氧风仓(7)的底壁(7B)坐落于悬托杆(7F)上。
9.如权利要求7所述的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，其特征在于：
沿着隧道纵向，所述富氧风仓(7)呈由数段风仓节段(7D)对接而成的阶梯状；富氧风仓(7)的台阶数为n，则：
其中：n为富氧风仓的台阶数；N为同时施工掌子面的个数；Qx为单个掌子面最大需风量；L为隧道掘进长度；X为掌子面施工范围；h单个台阶高度；A为富氧风仓的初始断面面积。
10.如权利要求2或3所述的基于富氧风仓储风增氧的隧道供风系统，其特征在于：所需低温液氧储备罐(9A)的理论数量为m：
其中，l为隧道计划增氧范围，S为掌子面断面面积，L为隧道掘进长度，N为同时施工掌子面的个数，V1为单个低温液氧储备罐的体积，V2为单个低温液氧储备罐内的液氧转化成氧气的体积；
m/2后取整数作为每套供氧装置(9)中的低温液氧储备罐(9A)的实际数量。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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