一种基于风机风量及功率的隧道节能通风方法与流程

【技术领域】

本发明属于隧道施工通风技术领域，尤其涉及一种基于风机风量及功率的隧道节能通风方法。

背景技术：

隧道施工通风是隧道施工过程中的关键环节，通风效果的好坏直接影响了施工进度的快慢。在目前的隧道通风方案设计时，通风机的容量是按通风最困难时期的供风要求进行选择的，普遍选用的风机功率较大，造成了风机投入成本的增加；其次，在隧道施工过程中，风机普遍以一个比较高的频率的运行，现场人员缺乏必要的理论知识，完全根据经验增减风机风量，经常出现“一风吹”的现象，不能根据各施工工序情况及时调整风机频率，造成了很大的能耗浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于风机风量及功率的隧道节能通风方法，在保障隧道掌子面空气质量的同时也降低隧道通风成本。

本发明采用以下技术方案：一种基于风机风量及功率的隧道节能通风方法，在隧道内，且沿其开挖走向水平架设有一风管，风管的出风口位于隧道掌子面处；在隧道外，且位于风管进风口处设置有一风机，用于向隧道内送风；该方法如下：

s1.计算作业工序下隧道掌子面(6)处所需要的最大风量，确定出所需风机的功率；同时，将所需要的最大风量传输至远程管理后台(12)；

s2.由通风专用测试仪实测隧道施工过程中各作业工序掌子面风管出风口的检测风压和检测风量，计算出风机出风口的风压、风量，计算得到风机运行过程中消耗的实际功率，并将实际功率传输至远程管理后台(12)；

s3.由监测仪器检测掌子面处有害气体浓度，并传输至远程管理后台；

s4.远程管理后台将实际风量与s1得到的最大风量进行比较，同时将s3中的有害气体浓度与设定的浓度值进行比较，如果检测风量大于s1得到的最大风量，同时检测有害气体浓度低于设定的浓度值，则风机按照s1得到的最大风量供风；如果检测风量大于s1得到的最大风量，且同时检测出有害气体浓度高于设定的浓度值，则增大风机的供风量，直至检测的有害气体浓度小于设定的浓度值；如果检测风量小于s1得到的最大风量，同时检测出有害气体浓度低于设定的浓度值，则按照检测风量供风；如果检测风量小于s1得到的最大风量，同时检测出有害气体浓度高于设定的浓度值，则增大供风量，直至有害气体的浓度值达到设定的浓度值。

进一步地，在s4后，还包括如下：

s5.利用电能表实时采集风机各作业工序下消耗的电能值，并发送；

s6.远程管理后台接收各作业工序下消耗的电能值，将各电能值按工序作业时间换算成对应的功率值；

s7.将功率值与理论的风机风量-功率性能曲线进行对比，若工序作业下下风机实际工况点对应的功率未超过理论工况点20％的变化，则通过电能表对风机电能信息进行实施监测，并按s2的检测风量对风机进行控制；若工序作业下风机实际工况点对应的功率超过理论工况点20％的变化，则判断风机运行状态不稳定，发出报警，并加大或减小风机供风量；重复s2-s7。

本发明的有益效果是：通过对一定通风距离下各工序作业时需风量的计算，然后以此为标准对风机进行按工序实时控制，并对现场的通风效果进行监测，有效解决了在施工过程中“一风吹”、凭经验升降风机频率等问题，保证了隧道施工作业面环境空气质量，降低了隧道施工通风成本。

【附图说明】

图1是本发明所采用的风量检测及有害气体(co)浓度检测仪安装示意图，图2是本发明所采用的风机运行理论工况点和实际工况点示意图。

其中：1、风机；2、风管；3、毕托管；4、手持式差压计；5、衬砌台车；6、掌子面；12、远程管理后台；14、通风机理论工况点；15.实际工况点。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明实施例公开了一种基于风机风量及功率的隧道节能通风方法，在隧道内，且沿其开挖走向水平架设有一风管2，风管2的出风口位于隧道掌子面处；在隧道外，且位于风管2进风口处设置有一风机1，用于向隧道内送风，如图1所示；其特征在于，该方法如下：

s1.计算作业工序下隧道掌子面6处所需要的最大风量，确定出所需风机1的功率；同时，将所需要的最大风量传输至远程管理后台12；

s2.由通风专用测试仪实测隧道施工过程中各作业工序掌子面风管出风口的检测风压和检测风量，计算出风机1出风口的风压、风量，计算得到风机1运行过程中消耗的实际功率，并将实际功率传输至远程管理后台12；

s3.由监测仪器检测掌子面处有害气体浓度，并传输至远程管理后台12；

s4.远程管理后台12将实际风量与s1得到的最大风量进行比较，同时将s3中的有害气体浓度与设定的浓度值进行比较，如果检测风量大于s1得到的最大风量，同时检测有害气体浓度低于设定的浓度值，则风机1按照s1得到的最大风量供风；如果检测风量大于s1得到的最大风量，且同时检测出有害气体浓度高于设定的浓度值，则增大风机1的供风量，直至检测的有害气体浓度小于设定的浓度值；如果检测风量小于s1得到的最大风量，同时检测出有害气体浓度低于设定的浓度值，则按照检测风量供风；如果检测风量小于s1得到的最大风量，同时检测出有害气体浓度高于设定的浓度值，则增大供风量，直至有害气体的浓度值达到设定的浓度值。

s5.利用电能表实时采集风机1各作业工序下消耗的电能值，并发送。

s6.远程管理后台12接收各作业工序下消耗的电能值，将各电能值按工序作业时间换算成对应的功率值；

s7.将功率值与理论的风机风量-功率性能曲线进行对比，如图2所示，若工序作业下下风机实际工况点15对应的功率未超过理论工况点14的20％的变化，则通过电能表对风机电能信息进行实施监测，并按s2的检测风量对风机进行控制；若工序作业下风机实际工况点15对应的功率超过理论工况点14的20％的变化，则判断风机运行状态不稳定，发出报警，并加大或减小风机供风量；重复s2-s7。

采用本发明中的方法，对某段隧道供风，具体如下：

步骤一、根据隧道的施工组织方案确定风量的计算参数，如表1所示，计算打钻、爆破排烟、装运出渣、喷浆的需风量分别为1062m³/min、1907m³/min、2162.4m³/min、1062m³/min，依据最大通风长度为3000m计算对应的打钻、爆破排烟、装运出碴风机供风量分别为1671m³/min、3000m³/min、3402m³/min，最终选取的变频风机型号为sdfp-182×200kw，匹配直径2m的风管给掌子面送风。在本案例中，对风管直径的选择过程中，尽量选用大直径风管，节能效果更加明显。

表1

步骤二、利用毕托管3配合压手持式差计4现场实测施工工程中各工序的变频风机1出风口的风量和风压，实例中在通风长度2000m时进行了测试，测得打钻、爆破排烟、装运出渣风机出风口的风量和风压分别为1503.5m³/min、651.8pa，2541.3m³/min、1630.9pa，3015.4m³/min、2544.1pa，并计算出风机1的实际运行功率为16.3kw、69.1kw、127.9kw。

步骤三、利用co检测仪监测各工序的掌子面附近的co浓度，并传输至洞口远程管理后12台。本案例中，在实施步骤二的同时检测打钻、爆破排烟、装运出渣过程中co的浓度为16ppm、40ppm、10ppm。

步骤四、根据检测的风量和co浓度设定风量。在本案例施工过程中，打钻时检测风量为1503.5m³/min，co浓度为16ppm，检测风量小于设定风量1671m³/min，co浓度小于24ppm，此为设定的标准，因此将检测风量作为设定风量；爆破排烟时检测风量为2541.3m³/min，co浓度为40ppm，检测风量小于设定风量3000m³/min，co浓度大于24ppm，因此加大风量至设定风量并检测co浓度为15ppm，满足规范要求；装运出渣时检测风量为3015.4m³/min，co浓度为10ppm，检测风量小于设定风量3402m³/min，co浓度小于24ppm，因此将检测风量作为设定风量。

步骤五、远程管理后台12根据现场实际施工过程及检测数据，增大或者减小设定风量。

步骤六、利用电能表8采集各工序施工过程中电能值，在本案例中，打钻时间为3h，采集电能值为49.0kw·h；爆破排烟1h，采集电能值为69.1kw·h；装运出渣时间为5h，采集电能值为639.3kw·h；经计算，打钻、爆破排烟、装运出渣风机运行的功率分别为16.3kw、69.1kw、127.9kw。

步骤七、远程管理后台12根据接收的采集器10采集的现场数据与理论计算下通风机工况点对应的功率进行对比，在远程管理后台12中存储有不同通风长度下不同工序的风量、功率，对比结果发现打钻实际功率为16.3kw，理论功率12.9kw、爆破排烟实际功率为69.1kw，理论功率75kw、装运出渣实际功率为127.9kw，理论功率109.2kw。分析结果认为打钻时风机功率过大，但浓度满足规范要求，可降低设定风量并重复步骤二～步骤七；爆破排烟时风机功率过小，可逐步增大至设定风量并重复步骤二～步骤七；装运出渣时风机功率过大，但浓度满足规范要求，可降低设定风量并重复步骤二—步骤七，最终实时的调整风机大小，保证现场施工环境。

步骤八、每隔200m，重复步骤二—步骤七，直至隧道贯通。