隧道通风设计计算及供电方案计算.docx
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隧道通风设计计算及供电方案计算
隧道通风设计计算及供电方案计算
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/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；
2）二氧化碳按体积计不得大于0.5%；
3）氮氧化物（换算成NO2）为5mg/m3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。
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
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进风或出风管路的通风方式。
Ø混合式通风
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。
1.3.通风计算
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
①按洞内最多作业人数计算：
Q=qmk（m3/min）；
式中q-每人每分钟呼吸所需空气量q=3m3/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：
式中:
K-功率通风计算系数,我国暂行规定为2.8～3.0m3/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m3/min
A—隧道断面积，m2。
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:
压入式：
a．
（a.B.H.伏洛宁公式）
式中Q－工作面风量（m3/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．
（添加淋水系数K的B.H.伏洛宁公式）
；K’－紊流扩散系数，取0.8；
c．吴中立公式（简化型）
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）
＝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）
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。
吸出式通风：
a．
（a．B．H伏洛宁公式）
电雷管起爆：
＝15+G/5
火雷管起爆：
＝15+G
b．日本公式
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．
式中
－吸出式风管末端到工作面的距离，m；
－压入风机应送入的风量，m3/min，
＝1.1～1.2
式中
－吸出风机应吸出的吸风管口风量，m3/min。
b．日本公式
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：
式中
－高海拔地区需要的风量，m3/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机时，必须进行漏风计算。
风管漏风系数
，
β－达西系数，一般取0.015；
l－风管长度m
通风机供风量Qj=PcQi；
（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，m3/min；
Qi—管道末端流出风量，m3/min；
HD—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Rf=6.5αL/D5，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
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；
di—隧道内的水力直径，m；di＝4×A/U，隧道断面周长U；断面净空A。
Vi—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/m3
（2）选取某型射流风机。
Pj正=ρ·Vj2·φ·（1-ψ）·K，pa；
式中Pj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=Vs/Vj；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=△Pc/△Pj
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
简化公式：
P计－计算用电量（kw）；
1.24－用电不均衡系数
－全部施工动力用电设备额定用电量之和，
－电焊机额定容量（KVA）
－洞内照明设备额定用电量之和
－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。
－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2.5%～5%；电动机电压降不超过±5%；对现场临时网路取7%。
隧道规范中允许有10%的电压降。
配电导线截面的电压降可按下式计算，
≤
＝7%
－导线电压降（％）
－各段线路负荷计算功率（KW），即计算用电量
L－各段线路长度（m），即供电距离；
C－材料内部系数，根据线路电压和电流种类选取。
材料内部系数
线路额定电压（V）
线路系统及电流种类
系数C值
铜线
铝线
380/220
三相四线
77
46.3
220
12.8
7.75
110
3.2
1.9
36
0.34
0.21
3.高压风输送
工程施工压缩空气需要量可按下式计算：
式中Q1－压缩空气需要量（m3/min）；
m－某型号风动工具的数量；
K－同一时间开动使用系数。
q－某型号风动工具的空气消耗量（m3/min）
同一时间开动使用系数K
联结的工具器具数
1
2～3
4～6
7～10
11～20
25以上
K
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
空气压缩机生产率计算
工程施工使用的空气压缩机生产率按下式计算：
P=（1.3～1.5）
式中P－空气压缩机生产率（m3/min）
Q－压缩空气需要量（m3/min）
1.3～1.5－考虑网路的损失系数，包括漏气损失、空压机内风量损失。
根据计算的压缩空气需要量，即可选择空气压缩机的规格及台数。
冬期施工时空气的消耗与空气管道的冷却有关，应增加20～25%。
根据需要压缩空气流量，可按下表选择压缩空气输送管管径。
压缩空气输送管道最大长度不应超过1.5～2.0km，以不超过0.5km较适宜。
压缩空气管道计算直径选择表
压缩空气流量表（m3/min）
压缩空气管道的长度（m）
10
20
50
100
200
300
400
500
管道计算直径（mm）
6
33
40
43
49
58
64
64
70
7
33
40
46
54
64
70
70
76
8
37
43
49
58
64
70
76
76
9
37
43
49
58
64
76
76
82
10
40
46
52
58
70
76
82
82
15
43
52
64
70
82
88
94
94
20
49
58
76
82
88
100
106
113
25
54
64
76
88
100
106
113
119
50
70
82
94
106
125
131
143
143
100
88
106
119
137
162
176
180
192
压缩空气管径流量压降表
管径
流量
压力损失
50
300～555
3.87～7.16
0.00008～0.00030
70
705～1040
9.10～13.16
0.00009～0.00020
80
975～1400
12.7～18.06
0.00008～0.00017
100
1045～2130
18.7～27.5
0.00006～0.00013
125
2300～3350
29.6～43.2
0.000045～0.00009
150
3200～4800
41.4～62.0
0.000030～0.00007
200
6100～9400
78.7～121.0
0.000025～0.000055
250
9600～13800
124.0～178.0
0.000016～0.000036
300
13000～19900
168.0～252.0
0.000014～0.000027
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