煤矿斜井TBM施工通风系统设计方案.pdf

・隧道／地下工程・煤矿斜井ＴＢＭ施工通风系统设计方案刘洪碧（中铁十一局集团第五工程有限公司重庆４０４１００）摘要神华新街煤矿斜井采用ＴＢＭ工法施工。斜井穿越瓦斯地层，存在有毒有害气体，如ｃ０、Ｈ，ｓ、Ｈ，ｓ、ｓ０，等，有害气体影响施工人员健康，甚至导致不同等级的安全事故。通风系统设计采用压入式接力通风方式：新鲜空气由隧道外的轴流式通风机送到ＴＢＭ的后配套的接力风机处，与接力风机连接；后配套的接力风管从一号拖车一直延伸到整ＴＢＭ的连接桥处；风机一备一用，采用进口瑞典盖亚风机，保证ＴＢＭ及后配套的通风能力满足规范“”要求；含瓦斯地层的井筒，风机的供电设备必须配置双电源，采用三专两闭锁装置给通风系统供电。设置通风班组、专职瓦检员，负责通风系统的安装、使用、维修、测风等工作；加强通风安全管理措施、通风技术措施；制定通风系统安全管理制度、交接班制度、安全操作规程，并将各种管理档案存档备查。关键词煤矿斜井ＴＢＭ工法通风系统风机选型瓦斯中图分类号ＴＤ７２２文献标识码Ａ—文章编号ｌ００９４５３９（２０１４）增ｌ一０１２６一０４１工程概况及通风系统设计要求１．１工程概况本工程为新街台格庙矿区一号矿井的副井，穿越表土层、白垩系、侏罗系安定组、侏罗系直罗组、侏罗系延安组。斜井采用双模式，ｒＢＭ（土压平衡模式和单护盾ＴＢＭ模式）掘进施工，斜井坡度为一１０．５％（６。下坡），长度为６５７２ｍ，埋深６９１ｍ，斜井内径６．６ｍ，管片厚３５０ｍｍ，宽ｌ５００ｍ，ＴＢＭ掘进段长６４２３ｍ。１．２通风系统设计要求按照《煤炭安全规程》要求及职业健康、环境、安全标准，通风系统设计必须满足以下矿井环境标准。（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Ｓｉ０：的粉尘不得大于２ｍｇ。每立方米空气中含有１０％以下的游离Ｓｉ０：的矿物性粉尘不得大于４ｍｇ。（３）有害气体最高容许浓度：Ｃ０最高容许浓度为３０ｍｇ／ｍ３；在特殊情况下，开挖工作面浓度可为１００ｍｇ／ｍ３，但工作时间不得大于３０ｍｉｎ；Ｃ０２按体—收稿日期：２叭４一０３２８１２６铁道建筑技术积计不得大于０．５％；氮氧化物（换算成ＮＯ：）为５ｍｇ／ｍ。以下。（４）斜井施工通风应能提供斜井内各项作业所需的最小风量，每人应供应新鲜空气３ｍ３／ｍｉｎ。（５）斜井巷道施工中防止瓦斯集聚的风速不得小于ｌｍ／ｓ。２通风系统设计２．１通风方式选择根据类似工程地铁隧道ＴＢＭ施工经验表明，以瓦斯为代表的有害气体进入ＴＢＭ施工巷道内部有４种途径：含气层中的瓦斯能通过机头部沿中心皮带机（螺旋输送机）随渣土一起进入巷道内，从刀盘与盾壳的接缝处渗入，从盾尾间隙进入，从管片衬砌接缝处、管片裂缝处进人巷道内，其中从中心皮带机（螺旋输送机）随渣土一起进入巷道内是主要途径。在有毒有害气体溢出的情况下，需要采用压人式向巷道内送人新鲜空气，保证工作面有充足的新鲜空气，以迅速冲淡有害气体含量。本工程中，斜井成６。下坡，斜井总长度达６５８２ｍ；且穿越地层含瓦斯气体，存在较大风险，在施工过程中本着及时观测以防患于未然的原则进行优选。根据《煤矿安全规程》，结合本工程的特点，考虑采用基于冲淡通风理论的长管道独头机械压人式通ＲＡｌＵ～ＡＹｃＯＮＳＴＲｕＣＴｌＯＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１４ｌ增１ｌ万方数据・隧道／地下工程・风方案。如图１所示。一新鲜空气－污染空气图１机械压入式通风示意２．２通风系统设计技术路线根据ＴＢＭ施工人数需风量，稀释有害气体、瓦斯浓度的需风量，施工断面所需风量，确定风机的总风压和总风量。通风系统技术设计路线如图２所示。ｌ施工人数所稀释有害气体稀释瓦斯浓施工断面所Ｉｌ需风量Ｑ．所需风量Ｑ：度所需风Ｑ需风量Ｑ』ＩｌＩ取ＭＡｓ（Ｑ。绞ＱＱ４）筒百冈米一风机总的供到风机总分压ｆ。ｌ驯４Ｉ漏…Ｉ｜｜产Ｌ睁责剥风系根据总风压和总风量进行风机选型，保证所选风机的压力和风量大于所ｌ局部阻力损Ｊ需风量和风压ｌ风速测试Ｈ通风系统参数测试Ｈ风压测ｌｌ有害气体检测瓦斯浓度检测图２通风系统技术路线２．３通风系统所需风量、风压计算通过理论计算风机风压不低于３９７０．７８Ｐａ，风量不小于３７８７．８ｍ３／ｍｉｎ。２．４确定风简直径风筒与风机所需提供的风压及风机功率关系如表ｌ所示，风筒直径与通风机的功率和耗电量成一定的比例关系，风简直径越大电机功率越小；风简直径越小，风机功率越大，耗电量越大。根据斜井的断面布置，风筒直径不能大于２．２ｍ。所以风筒选用书２．２ｍ的防静电、阻燃柔性风筒。不同风筒直径的风机功率计算公式如下：Ⅳ＝Ｈ×ｐ／ｌ０００Ⅳ式中，为风机功率（ｋｗ）；Ｈ为风机的风压（Ｐａ）；Ｑ为斜井通风量（ｍ３／ｓ）。铁道建筑技术只Ａ『ＬＷＡｙＣ０～Ｓ丁开ＵＣ丁ｆ０～丁￡－ｃＨ～ＯＬＯＧｙ表１不同风简直径所需风机功率计算风简直径／ｍ＾『／ｋＷＱ／（ｍ３・ｓ一１）Ｈ／Ｐａ１．２４３９４．２０２５９７４４７８１．５１４４７．９１９５９２４５４ｌ１．８５８５．１０３５９９９１７２３４６．７７８４５９５８７７．６２．２２１６．１１７５９３６６３２．５风机耗电量计算Ｆ＝２４ｅ日Ｑ／１０００叼式中，Ｆ为１ｄ电费（元）；Ｈ为风机的风压（Ｐａ）；Ｑ为斜井通风量（ｍ３／ｓ）；叼为风机效率，取ｏ．６；ｅ为电费单价（１形ｋＷ）。根据表２计算结果，表明风筒直径选取２．２ｍ比较经济合理。表２不同风机直径耗电量明细风筒功率／电费单价／机械直径／ｍｋＷ用时／ｈ年电费／元“（元・（ｋＷ））效率／１１１．２４３９４２４ｌ０．６６１５１６０００１．５ｌ４４７２４ｌ０．６２０２５８Ｏｏｏ１．８５８５２４ｌ０．６８１９００００２３４６２４ｌＯ．６４“８０００２．２２１６２４ｌＯ．６３０２４０００２．５１１４２４１Ｏ．６ｌ５９６０００２．６风机选型在斜井井口布置ｌ台４×１１０ｋＷ轴流风机，配合直径２．２ｍ风筒将新鲜风送至ＴＢＭ后配套尾部，再通过ＴＢＭ变径风筒完成斜井范围内的通风。通风机选取瑞典ＧＩＡｉｎｄｕｓｔｒｙａｂ公司生产的ＧＩＡＳｗｅｄＶｅｎｔｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇｆａｎｓ（高压斜井通风机），型号ＡＶＨｌ４０．１１０．４．８／５０Ｈｚ，风量４８００ｍ３／１１１ｉｎ，全压５６８９Ｐａ，电动机功率４×１１０ｋｗ，变频调速。满足提供不低于３９７０．７８Ｐａ的风压补偿，风量为３７８７．８ｍ３／ＩＩｌｉｎ的斜井通风需求。风筒选择担．２ｍ的防静电、阻燃柔性风筒。风机风筒参数见表３、表４所示。３通风系统施工安装布置３．１通风系统整体布置在斜井井口设轴流风机，通过风管将新鲜空气送到ＴＢＭ后配套尾部，然后由ＴＢＭ设备上配备的２Ｄ７４ｆ增７Ｊ１２７万方数据・隧道／地下工程・二次通风系统完成在ＴＢＭ长度范围内进行循环通风。根据《铁路斜井瓦斯斜井技术规范》、《煤矿安全规程》要求风机距离洞门５０ｍ，防止回风再次被风机吸人造成循环风。通风系统布置示意见图３。表３风机参数基本参数设备型号名称出口风量风压电机功率供电规格瑞典盖４×４×４００Ｖ５５．６’ｍ／ｓ４５１４Ｐａ雅风机ＡＶＨｌ４０．１１０４．８１１０ｋＷ５０Ｈｚ表４风筒参数基本参数品牌／设备名称型号风简材质漏风率耐压产地直径强度进口材料，瑞ＴｉｔａＩｌＰＶＣＳＷＥＤＶＥ典技术制—ＦＲＡ２．２ｍ涂层聚≤Ｏ．５％５３．４ｋＰａ造ＴｉｔａＪｌＦＲＡ．ＲＳＸ酯纤维ＮＴ／昆山ＲＳＸ骘一毒萋｜霉雾Ａ图３ＴＢＭ法施工斜井通风系统布置３．２通风机机架布置通风机机架采用型钢焊接，根据洞口净高度及ＴＢＭ组装场地规划，设计通风机架净空高度。根据风机自重，计算风机机架横梁的弯矩及立柱的抗压强度。通过简易计算，通风机机架进行简单设计，如图４所示。３．３风筒安装布置３．３．１风机架至井口段柔性风简安装在风筒架至井筒顶板段安装２根书１２ｍｍ防锈钢丝绳，顶板处已经预留钢筋挂钩（或者在顶板处固定２４ｍｍ的膨胀螺丝），通过钢丝绳绳卡固定顶板端的钢丝绳，然后用紧线器将钢丝绳拉紧。使用三角挂钩将柔性风筒悬挂在钢丝绳上。３．３．２挖段风筒明安装明挖段顶板已经预埋２排纵横向间距为２ｍ的１２８书１２的钢筋挂钩，用巾为３ｍｍ防锈钢丝绳将主钢丝绳与钢筋挂钩连接。使用三角挂钩将柔性风筒悬挂在主钢丝绳上。ａ．主视蚓吲ｌ剥ｂ｜ＪｏＪ２１３４ｏ２１３３×９一×ｏ一一ｏ｝一墨卜－一３２００・３２００一ｏＩｎｂ．侧视图４风机机架示意３．３．３盾构掘进施工段风筒安装（见图５）使用手持式钻沿钢丝绳每隔２～３ｍ钻孔安装一个书１０ｍｍ的膨胀螺丝，再利用书３ｍｍ的钢丝绳把主钢丝绳和膨胀螺丝连起来。使用三角挂钩将柔性风筒悬挂在主钢丝绳上。图５井筒断面风机布置３．３．４接风筒及风筒修补（见图６）风筒的两端可以安装拉链接头，拉链是坚固的ＰＶＣ材料制成，拉链内外都有遮边，外遮边把拉链保护起来，内遮边从内部压住拉链，起密封作用，风压越高，压的越紧，密封越好。铁道建筑技术ＲＡ『ＬＭｙＣＯＮＳ丁ＲＵＣ丌０～丁Ｅ－ｃＨ～ＯＬＯＧｙ２ＤＴ４ｆ增７Ｊ万方数据・隧道／地下工程・（１）检查破孔大小，修补（２）把即将被修补套覆盖处的风管套覆盖的外缘至少要超挂钩从钢丝绳上取下过破孔处Ｏ．５ｍ（３）用修补套把风管的相应（４）在正对着悬挂钢丝绳的修补套部部位包起来，确认破孔被位确定风管挂钩位置用小刀切口，覆盖，而且保持拉链至少使得挂钩能够穿过修补套离开破孔０．５ｍ（５）把挂钩从切口出拉出来，（６）把拉链拉上，修补就完成了重新挂到悬挂钢丝绳图６风筒连接、修补示意４通风系统施工管理４．１风机系统技术措施（１）风机支架应稳固结实，避免运行中振动，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。（２）通风机前后５ｍ范围内不得堆放杂物，通风机进气口应设置铁丝网，并应装有保险装置。（３）通风机备用一台，保证一用一备使用原则。（４）风管必须有出厂合格证，使用前进行外观检查，保证无损坏，粘接缝牢固平顺，接头完好严密。通风管计划优先采用高强、抗静电、阻燃的软质风管。（５）风管挂设要求做到平、直，无扭曲和褶皱。（６）通风管破损时，及时进行修补或更换。当采用软风管时，靠近风机部分，采用加强型风管。通风管的节长尽量加大，以减少接头数量，接头应严密。弯管平面轴线的弯曲半径不得小于通风管直径的３倍。４．２通风系统日常管理和维护措施（１）通风机应有专人值守，按规程要求操作风铁道建篱技术Ｒ４『ＬＷＡｙＣＯＮＳ丁开ＵＣ丁『０～丁￡－ＣＨ￣０ＬＯＧｙ机，如实填写各种记录。（２）通风机使用前应卸去废油，换注新油，以后每半月加注一次。（３）风机应尽量减少停机次数，发挥风机连续运转性能。需停机或开启时，根据斜井内调度通知进行。为减少风机启动时的气锤效应对风管的冲击破坏，应采用分级启动，分级间隔时间为３ｍｉｎ。（４）设专职风管维修工，每班必须对全部风管进行检查，发现破损等情况及时处理。对于轻微破损的管节，采用快干胶水粘补：先将破损部位清洁打毛后，再行粘补；破损口小于１５ｃｍ时，直接粘补；破损口大于１５ｃｍ时，先将破口缝合后再行粘补，粘补面积应大于破损面积的３０％。粘补后１０ｍｉｎ内不能送风。对于严重破损的管节，必须及时更换。（５）因斜井内渗水和温度变化的影响，风管内会积水，故应定期排水，以减少风管承重和阻力。４．３含瓦斯地层通风安全技术措施—（１）防止瓦斯集聚的风速不得小于１ｎ／ｓ。（２）在施工期期间保证实施连续通风。（３）压入式通风机装设在洞外，避免回风循环。通风机按一级负荷配置供电线路，设两路电源，并“”按照三专两闭锁配置风电闭锁装置，当一路电源停止供电时，另一路及时切换接通，保证风机正常运转。一旦遇到双路供电电源都出故障的及特殊状况，安排立即启用应急备用发电站，为通风机专项供电。（４）通风班组具体负责按照经批准的通风方案进行通风系统的安装、使用、维修、测风等工作。洞口设置通风风量记录牌板，每班每次通风情况由当班通风工及时记录于牌板上，记录牌板要根据通风情况随时进行更新。（５）必须认真执行通风风量记录制度，当班通风工随身携带通风记录本，按照规定的要求，每班每次通风情况应及时予以记录，记录本的内容应包含通风设备、通风方式、通风风量、通风时间、当班通风人员、交接工作，并每班进行交接和相互签认，遇有重大问题时要立即请示上报。（下转第１５４页）２０１４ｔ增１ｌ１２９万方数据・隧道／地下工程・完后，主拉应力集中在地下连续墙的下部，最大值达到２．１５ＭＰａ，小于地下连续墙的抗拉强度；最小主应力在第一道横撑施工时为０．０４９ＭＰａ，施工完成后达到０．０５３ＭＰａ，小于混凝土的抗压强度，较安全。对于横撑受力，可以明显看出随着基坑开挖深度的增加，横撑轴力增大，且下部横撑大于上部横撑的，这是由于土压力随着深度的增加而增大的；基坑长度方向为基坑两端的横撑轴力小于基坑中间的横撑轴力，这是由于基坑周边的三维约束作用引起的。ａ．地连墙最大主应力ｂ．地连墙最小主应力图５基坑开挖完围护结构受力４结束语（１）基坑土方开挖严格按照时空效应和先撑后“挖的原则进行，在开挖过程中做到分层、分块、对”“称、平衡、限时并遵循先支撑、后开挖，主体结构”紧跟的施工原则。（２）基坑开挖后，地连墙和内支撑受力满足要求，变形较小，围岩受力以压为主，基本稳定。————”——”－ｐ一・｝一・ＰＰ－＋－＋一＋一＋一＋一－Ｐ＋＊＋一＋参考文献［１］邱亦工，姚传勤．现阶段常用深基坑支护方案技术经—分析［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３（２５）：１２０１２１．［２］袁振国．北京地铁花园东路车站深基坑支护结构设计与施工［Ｊ］．资源与产业，２００８，１０（２）：１３０一１３３．［３］朱良凯，左会军，周家俅．地铁车站围护结构施工及防—水［Ｊ］．铁道标准设计，２００７（１２）：６６６９．—————————————－＋＿一卜一卜－－－卜一・＋一－＋－＋一＋一＋一＋－一卜一卜－＋－＋一＋－＋一＋一十一＋－一＋－一・卜一・卜－＋－＋一＋一＋一＋（上接第１２９页）（６）建立通风系统运行管理各种检查记录、调试记录、测风记录、维护记录、运行记录等。值班人员每天按班组对通风系统运行情况进行记录，现场生产经理每周分别对运行记录予以审核、签认，管理档案由机电部负责建档保存。（７）通风机司机必须坚守工作岗位，每班必须至少有一名值班人员，风机操作人员必须严格遵守风机的操作规程，熟悉通风系统性能，除通风班组当班人员外，其他人员严禁随意操作风机。（８）通风系统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。通风系统必须保证斜井２４ｈ连续不问断通风，风量、风压必须满足施工要求，不得随意停风。（９）斜井含瓦斯地段，每周必须用风速测定仪１５４铁道建筑技术对风速进行人工检测，检测结果与自动监控系统相应时间、位置、风速值进行核对，确保风速满足施工要求。５结束语用ＴＢＭ工法掘进煤矿斜井，通风系统设计的科学性和可靠性是工程施工安全的重要环节。特别是ＴＢＭ通过瓦斯地层，通风系统的施工管理和瓦斯监测是项目管理的重中之重。根据煤炭安全规程要求，ＴＢＭ掘进施工工程中，风机基本是２４ｈ开机，对施工用电的量比较大，所需的通风系统设备一定要考虑经济性。对长、大埋深的煤矿斜井施工，对通风系统的可靠性比较高，风机和风筒的质量和选型就显得十分重要，尽量选取进口风机和风筒。ＲＡ『ＬＷＡｙＣｏＮＳ丁尺ＵＣ丁Ｊ０～丁ＥＣｌＨ～０ＬＯＧｙ２０７４ｆ增７Ｊ万方数据