隧道通风设计计算及供电计算.docx
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隧道通风设计计算及供电计算
3
3
3
通风设计及配电方案
1.通风设计
1.1.通风标准
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:
Ø空气中氧气含量,按体积计不得小于20%。
Ø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。
Ø瓦斯隧道施工通风应符合铁道部现行《铁路瓦斯隧道技术规范》
(TB10120)的有关规定。
Ø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%。
Ø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。
(瓦斯爆炸的几个条件:
①瓦斯浓度在5~16%之间,低于5%,高于15%不会爆炸。
②有火源(瓦斯的引火温度为650℃~750℃)。
③氧气的浓度12%(不低于)。
供电设备的“三专”、“两闭锁”。
施工中必须采用电力双循环和单独的照明系统,应用矿用许可炸药和矿用许可的电雷管(单独存放))
Ø有害气体最高容许浓度:
1)一氧化碳最高容许浓度为30mg/m;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/m,但工作时间不得大于30min;
2)二氧化碳按体积计不得大于0.5%;
3)氮氧化物(换算成NO
2
)为5mg/m以下。
Ø隧道内气温不得高于28℃。
Ø隧道内噪声不得大于90dB。
1.2.通风方式
通风机通风系统的基本布置形式有压入式、抽出式(或压出式)、混合式。
Ø压入式
通风机或局部扇风机把新鲜空气经风筒压入工作面,污浊空气沿隧洞流出。
射流风机
正洞
压入式通风优点:
有效射程大,冲淡和排出炮烟的作用比较强,可以用柔性风管。
压入式通风缺点:
长距离掘进排出炮烟需要的风量大,通风排烟时间较长,回风流污染整个隧道。
压入式通风须注意以下两点:
1)通风机安装位置应与洞口保持一定距离,一般应大于30m;
2)风筒出口与工作面保持一定距离,可以控制在40~70m,伸缩式风筒可尽量工作面。
Ø抽出式
通风机或局部扇风机经风筒把工作面的污浊空气抽出,新鲜风流沿隧道流出。
抽出式通风的优点:
在有效吸程内排烟效果好,排除炮烟所需的风量小,回风流不污染隧道。
抽出式通风的缺点:
必须用硬质风筒,有效吸程很短,与工作面布置冲突,不宜布置在瓦斯隧道内。
Ø巷道式通风
轴流风机
平导
在开挖长隧道时,为了缩短通风距离,利用辅助坑道或钻孔等作为通风的2#斜通
进风或出风管路的通风方式。
射流风机
Ø混合式通风
正洞
采用压入式和抽出式和巷道式通风配合的通风方式。
适合于大断面长距离隧道通风,但布置复杂,维修养护工作量大。
轴流风机
射流风机
平导
射流风机
风门
3#斜通
2#斜通
射流风机
射流风机
正洞
1.3.通风计算
正洞
Ø压入式或抽出式通计算
(1)
计算通风需要量
取下面四种计算中的最大值作为通风管末端需风量Qi
3
3
N
3
3
2
①按洞内最多作业人数计算:
Q=qmk(m/min);
式中q-每人每分钟呼吸所需空气量q=3m/min
m-同时工作人数
k-风量备用系数,取k=1.15
②按稀释和排除内燃机废气计算风量:
供风量应足够将内燃设备所排放的废气全面稀释和排出,使有害气体降至允许浓度以下,计算可按下式计算:
Q
TiKN
i1
i
式中:
K-功率通风计算系数,我国暂行规定为2.8~3.0m/min
Ni-各台柴油机械设备的功率
Ti-利用率系数
根据不同的工况的组合,计算出配置的内燃设备功率,按内燃机械工作需要新鲜空气量计算
一个工作面内燃设备配置表
机械名称
配置台数
工作台数
单机功率
(kW)
内燃机利用系数Ti
PC-200挖掘机
1
1
110
0.6
ZLC50B装载机
2
1
145
0.50
15自卸汽车
8
4
150
0.45
砼罐车
4
2
85
0.50
③、按允许最低平均风速需风量计算
Q=60AV;
式中Q-需风量m/min
A—隧道断面积,m。
V-最低平均风速,m/s;按允许最低平均风速全断面开挖取
0.15m/s,辅助坑道取0.25m/s,但均不应大于6m/s;
④、按稀释炮烟需风量计算
按一次爆破最大炸药用量验算:
3
压入式:
a.Q
7.8
t
G(AL)
(a.B.H.伏洛宁公式)
式中Q-工作面风量(m/min)
t-洞内排烟时间(min)
G-同时爆破的炸药量(kg)
A-巷道断面积
L-通风区段长度,不得大于极限长度
b.Q
7.8
t
G(AL)K(添加淋水系数K的B.H.伏洛宁公式)
L极限
500
KG
A
;K’-紊流扩散系数,取0.8;
c.吴中立公式(简化型)
Q
18
t
GAL
式中符号意义同前,适用范围:
L≤150~200m。
d.按照爆破后稀释一氧化碳(CO)至许可最高浓度的计算公式:
该方法考虑到放炮后的瞬间工作面附近一段距离内即已充满了炮烟。
(这段距离即炮烟抛掷长度L抛)
Q
500GKL抛
t
A
L抛=15+G/5
K-风量备用系数,取1.10。
e.赖涤泉(隧道施工通风与防尘)
Q
2.25
t
3
G(AL)K
P
式中P-风管漏风系数
L-隧道长度或临界长度,取两者最小值。
L临界12.5吸出式通风:
GbK
AP
'
3
3
3
a.Q
18
t
GAL抛
(a.B.H伏洛宁公式)
电雷管起爆:
L抛=15+G/5火雷管起爆:
L抛=15+G
b.日本公式
Q吸0.368
bGRct
式中R-效率系数,吸出式R=0.4
b-爆破1kg炸药生成的CO量,b=40L/kg炸药;c-巷道内容许的CO浓度,c=0.008%;
混合式通风:
a.Q混压
7.8
t
3
GAL吸
式中L吸-吸出式风管末端到工作面的距离,m;
Q混压
-压入风机应送入的风量,m/min,
Q混吸
=1.1~1.2Q混压
式中Q混吸
b.日本公式
-吸出风机应吸出的吸风管口风量,m/min。
Q混吸
0.368
bGRct
式中R-效率系数,吸出式R=0.6
(2)高海拨地区的风量修正
由于高海拔地区的大气压力降低,故对总风量Q高应按下式修正:
Q高
760
P高
Q
j
式中Q高-高海拔地区需要的风量,m/min;
P
高
-高海拔地区的大气压力,mmHG
空气密度也要适当修正。
(3)漏风计算
在风管的接头,缝合等处都存在漏风现象,所以在进行风压计算和选择风
l/100
3
3
2
机时,必须进行漏风计算。
风管漏风系数
Pc1/1
,
β-达西系数,一般取0.015;l-风管长度m
通风机供风量Q
j
=P
c
Q
i
;
(4).风机风压
通风机的风压用来克服沿途所以的阻力,在数值上等于风道(或风管)的沿程摩擦阻力和局部阻力之和。
Hf=H摩擦+HD+H其他=RfQjQi/3600+HD+H其他
式中Qj—通风机供风量,取设计风量,m/min;
Q
i
—管道末端流出风量,m/min;
H
D
—隧道内阻力损失,可取50;
H
其他
—其他阻力损失,可取60;
风阻系数R
f
=6.5αL/D,摩阻系数;D-风
管直径,m。
L-通风管长度,m。
(5)风机功率计算
W=QHK/(60η)
式中:
Q—风机供风量
H—风机工作风压
η—风机工作效率,取80%
K—功率储备系数,取1.05
(6)通风设备选择
通风设备应在风机功率计算结果下选择,还应满足风量和风压的要求,并以符合性能曲线图最佳点为宜。
Ø巷道式通风计算
(1)通风阻力计算
pciLi/diVi/2
式中:
ξ—局部阻力系数
λi—隧道内沿程磨擦阻力系数;
Li—隧道的长度,m;
d
i
—隧道内的水力直径,m;d
i
=4×A/U,隧道断面周长U;断面净空
A。
V
i
—隧道内所需满足的风速m/s;
Q最大=Q最低循环风速+Q其它掌子面;Vi=Q最大/A/60;
ρ—空气容重;取1.273kg/m
3
(2)选取某型射流风机。
Pj正=ρ·V
j
2
·φ·(1-ψ)·K,pa;
式中P
j
正-单台通风机克服的阻力
K—喷流系数;
Vj—射流风机出口风速;m/s
φ—面积比;φ=Fj/Fs;Fj—射流风机的出面积;FS—隧
道横断面积;
ψ—速度比;ψ正=V
s
/V
j
;Vs—洞内风速;m/s
(3)射流风机台数的计算
所需射流机台数:
n=△P
c
/△P
j
式中:
n一射流风机台数△Pc一通风阻力
2.配电方案
Ø总体变压器配置
变压器的容量,可按下式计算:
P
变
=1.05P
计
式中P变-变压器容量(KVA)
1.05-功率损失系数。
现场临时供电,包括施工动力用电和照明用电
P计=(1..05~1.1)(K
1
P1
cos
+K
2
P2
K3P3K4P4)
简化公式:
P计=(1.24)(K
1
P1
cos
+K
2
P2)
P
计
-计算用电量(kw);
1.24-用电不均衡系数
P1-全部施工动力用电设备额定用电量之和,P2-电焊机额定容量(KVA)
P3-洞内照明设备额定用电量之和
P4-洞外照明设备额定用电量之和。
K1-全部施工动力用电设备同时使用系数
K2-电焊机同时使用系数
K3-洞内照明设备同时使用系数
K4-洞外照明设备同时使用系数。
cos-用电设备功率因素,施工最高为0.75~0.78,一般为
0.65~0.75。
同时使用系数
用电名称
数量
需要系数
电动机
3~10台
K1
0.7
11~30台
0.6
30台以上
0.5
空圧机、碎石机等
10台以下
0.75
10台以上
0.7
挖掘机、装碴机、提升机
5台以下
0.6
5台以上
0.5
搅拌机、喷射机等
10台以下
0.7
10台以上
0.6
通风机
0.8
抽水机
0.7
加工厂动力设备
0.5
电焊机
3~10台
K2
0.6
10台以上
0.5
洞内照明
K3
1.0
洞外照明
K4
0.87
Ø高压进洞
导线上引起的电压降必须控制在允许范围内,以防止在远处的用的设备不能启动。
一般电压380/220V,有效供电距离在500m以内。
当隧道内用电设备
3
3
与变压器距离超过500m,必须采取高压进洞措施。
具体供电距离L可根据配电导线截面的电压降公式反算。
一般照明允许电压降为2.
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- 关 键 词:
- 隧道 通风 设计 计算 供电