一种隧道通风系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体来说，涉及一种隧道通风系统。


背景技术：

2.隧道通风是隧道施工关键技术之一，特别是对钻爆法长大隧道施工而言，通风效果直接决定着隧道施工进度，直接影响生产成本。目前，隧道通风主要以独头压入式通风为主，此外还有巷道式通风、排出式通风、分仓通风等技术。这些通风方式分别存在如下缺点：独头压入式通风应用最为广泛，然而掘进面距离隧道口距离远时，例如超过1500米时，受风管直径大小、通风管摩阻力、通风管漏风、通风距离长等因素的影响，到达掘进面的新鲜空气风量小、压力低，掘进面附近污浊空气置换能力不足，污染严重，影响施工效率和作业人员身体健康。为满足掘进面风量要求，不得不加大洞外通风机功率，加大风管直径，加大了能源、资源消耗。
3.巷道式通风主要适用于有两座或以上平行隧道的情形，利用其中一座隧道作为新鲜空气的进风通道，风机设在该隧道内掘进面附近的两座隧道联络通道的进口一侧，另一隧道作为排风通道。可见，巷道式需要具备左、右两座隧道方能实现，此外受其他施工组织等因素的影响，实际采用巷道式通风更加困难。因此，巷道式通风实际使用比例极低。
4.排出式通风是将风机安装在隧道内掘进面附近，直接将掘进面产生的污浊空气通过管道排出隧道外，掘进面空气产生负压，新鲜空气从洞外沿隧道进到掘进面。这种通风方式存在的主要缺陷有：需要随着工作的面推进频繁移动风机，使风机紧跟掘进面，加大管理难度和成本；隧道进口到掘进面沿途机械产生的汽车尾气等进入掘进面附近，加剧掘进面附近的空气污染。
5.分仓通风是将一座隧道隔离成上、下或左右两部分，即类似形成两座隧道，从而实现巷道式通风的类似效果。这种方法存在的缺陷主要是将隧道分隔为上、下两个独立、密闭的部分，成本远超独头压入式通风，且受施工条件的限制，例如初期支护表面岩面不平整，技术上难以实现密闭的效果，要达到密闭，需投入大量成本，成本一般远大于压入式通风。
6.随着特长隧道的增多，特别是西部高海拔地区长大隧道的建设，为解决高原缺氧带来的问题，部分隧道需要在洞内增设制氧设备对工作面进行额外供氧，而上述通风方式均未考虑设备所提供氧气的最大化利用。针对上述隧道施工通风相关技术中的问题，特别是高原隧道制氧机供氧条件下，如何最大限度减少氧气浪费，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

7.针对相关技术中的问题，本实用新型提出一种隧道通风系统，解决现有隧道施工中，通风系统未能对设备所提供的氧气进行充分利用的问题。
8.为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样的：
9.设计一种隧道通风系统，包括洞外风机、接力风机，所述洞外风机设置在隧道的洞
口外，并与隧道内的进口端风管连接，所述接力风机设置在隧道内部，并与掘进面端风管连接，所述进口端风管的出风口、接力风机的进风口均与接力容器连接，所述接力容器通过通风管路连接空气净化装置。
10.进一步，所述空气净化装置包含若干台除尘器，所述除尘器的进风口与空气隔离装置直接或通过管道间接连接，所述除尘器的排风口通过管道连接空气收集管，所述空气收集管连接引流管的一端，所述引流管的另一端连接所述接力容器。
11.进一步，所述空气隔离装置包括封堵板，所述封堵板设置在支撑台架上，所述封堵板上设置有若干个通气孔，所述封堵板上还设置有若干个风门。
12.进一步，所述封堵板包括第一封堵板、第二封堵板，所述第一封堵板、第二封堵板与隧道岩壁之间均设置有柔性封堵条，柔性封堵条采用气囊。
13.进一步，所述空气收集管包括回风阀。
14.进一步，所述引流管上设置有控制阀门、引流管排气阀门。
15.进一步，所述第一封堵板上设置有排气阀门。
16.进一步，所述除尘器优选旋流湿式除尘器。
17.进一步，所述空气净化装置内设置有汽车尾气处理器。
18.通常情况下，隧道通风采用上述洞外风机向洞内压入新鲜空气、洞内净化部分空气降低或消除粉尘含量，两种空气混合后通过接力风机压入到掘进工作面，即维持一种洞口风机低功率、接力风机掘进面端风管出口大风量的部分空气循环利用模式。当空气隔离装置与掘进工作面之间空气氧含量不足时，增加制氧设备的供氧量（如高原隧道有制氧设备时）或加大洞外风机供风量，以满足人员、内燃机对氧气的要求；当内燃机汽车尾气、爆破有害气体超标时，可退出部分空气循环利用的模式，即关闭除尘器风机，开启风门，关闭流量控制阀门，退出空气循环利用状态，加大洞外风机供风量，相当于掘进工作面直接由洞外风机供风，置换隔离装置与掘进工作面之间的污浊空气，当污浊空气置换成相对新鲜的空气，汽车尾气、爆破有害气体指标满足要求后，系统重新进入部分空气循环利用的模式。此外，当内燃机汽车尾气、爆破有害气体超标时，亦可在空气隔离装置内或引流管上安装降低内燃机汽车尾气处理器或和爆破有害气体的处理器来提高空气质量，但目前处理内燃机汽车尾气处理器或和爆破有害气体（如碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物、苯丙芘、氧化氮等）的处理成本较高，一般不使用，有待于研发这种有害化合物的低成本技术。
19.本实用新型的有益效果：通过本隧道通风系统，可有效解决在长大隧道道施工过程中独头通风距离、通风效果差的问题，就隧道最前方的掘进面而言，相当于将长距离独头通风达到短距离压入式通风的效果，能快速置工作面附近几十、几百米段落的污浊空气，保障作业工人的粉尘伤害。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是根据本实用新型实施例所述一种隧道通风系统实际应用的结构示意图；
22.图2是根据本实用新型实施例所述一种隧道通风系统中空气净化装置的侧视图；
23.图3是根据本实用新型实施例所述一种隧道通风系统中空气净化装置的正视图；
24.图中：1、洞外风机；2、洞口端风管；3、接力风机；4、掘进面端风管；5、空气净化装置；51、空气隔离装置；52.除尘器；53、空气收集管；54、引流管；55、支撑台架；511、封堵板；512、通气孔；513、风门；514、管线通过口；515、炮雾机；5111、第一封堵板；5112、第二封堵板；5113、柔性封堵条；5114、空气预处理区；51111、排气阀门；531、回风阀；541、流量控制阀门；542、引流管排气阀门；6、接力容器；7、掘进面。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.如图1
‑
3所示，根据本实用新型实施例所述的一种隧道通风系统，包括洞外风机1、接力风机3，所述洞外风机1设置在隧道的洞口外，并与隧道内的进口端风管2连接，所述接力风机3设置在隧道内部，并与掘进面端风管4连接，所述进口端风管2的出风口、接力风机3的进风口均与接力容器6连接，所述接力容器6通过通风管路连接空气净化装置5。
27.在本实施例中，所述空气净化装置5包含若干台除尘器52，所述除尘器52的进风口与空气隔离装置51直接或通过管道间接连接，所述除尘器52的排风口通过管道连接空气收集管53，所述空气收集管53连接引流管54的一端，所述引流管54的另一端连接所述接力容器6；空气可通过空气隔离装置51进入除尘器52内。
28.在本实施例中，所述空气隔离装置51包括封堵板511，所述封堵板511设置在支撑台架55上，所述封堵板511上设置有若干个通气孔512，所述封堵板511上还设置有若干个风门513；风门513为封堵板511上供车辆、管线、人员通行以及空气通过的开孔。
29.在本实施例中，所述封堵板511包括第一封堵板5111、第二封堵板5112，所述第一封堵板5111、第二封堵板5112与隧道岩壁之间均设置有柔性封堵条5113；所述第一封堵板5111、第二封堵板5112、柔性封堵条5113形成空气预处理区5114，第二封堵板5112上还设置有若干通气孔512。
30.在本实施例中，所述空气收集管53包括回风阀531；回风阀531控制管路中净化过的空气再次回到空气预处理区5114的风量大小。
31.在本实施例中，所述引流管54上设置有控制阀门541、引流管排气阀门542。
32.在本实施例中，所述第一封堵板5111上设置有排气阀门51111；排气阀门51111在第一封堵板5111上开孔。
33.在本实施例中，所述除尘器52为旋流湿式除尘器。
34.在本实施例中，所述空气净化装置5内设置有气体处理器；气体处理器可对内燃机尾气、爆破有害气体进行处理。
35.为方便对上述技术方案的进一步理解，现对其工作原理进行说明：
36.如图1
‑
3所述，这种隧道通风系统，在满足掘进面7处风量的同时，可降低洞外风机
1的能耗、减小通风管直径，特别是高原隧道制氧机供氧条件下，能最大限度减少氧气浪费。
37.通常情况下，这种隧道通风系统采用上述洞外风机1向洞内压入新鲜空气、洞内净化部分空气降低或消除粉尘含量，两种空气混合后通过接力风机3压入到掘进面7，即维持一种洞外风机1低功率、掘进面端风管4出口大风量的部分空气循环利用模式。当空气隔离装置51与掘进面7之间空气氧含量不足时，增加制氧设备的供氧量（如高原隧道有制氧设备时）或加大洞外风机1供风量，以满足人员、内燃机对氧气的要求；当内燃机汽车尾气、爆破有害气体超标时，可退出部分空气循环利用的模式，即关闭除尘器52风机，开启风门61，关闭流量控制阀门541，退出空气循环利用状态，加大洞外风机1供风量，相当于掘进工作面直接由洞外风机1供风，置换隔离装置51与掘进工作面7之间的污浊空气，当污浊空气置换成相对新鲜的空气，汽车尾气、爆破有害气体指标满足要求后，系统重新进入部分空气循环利用的模式。此外，当内燃机汽车尾气、爆破有害气体超标时，亦可在空气隔离装置51内或引流管54上安装降低内燃机汽车尾气处理器或和爆破有害气体的处理器来提高空气质量，但目前处理内燃机汽车尾气处理器或和爆破有害气体（如碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含铅化合物、苯丙芘、氧化氮等）的处理成本较高，一般不使用，有待于研发这种有害化合物的低成本技术。
38.部分空气循环利用模式工作时，在隧道洞口安装洞外风机1，通过洞口端风管2向隧道内压入新鲜空气，其中，洞外风机1供风量为q0，洞口端风管2的出风口风量为q1。在掘进面7左侧安装接力风机3，接力风机3通过掘进面端风管4向掘进面7处压入新鲜空气，置换工作污浊空气，保持掘进面7附近空气相对新鲜，其中，接力风机3供风量为q2，掘进面端风管4的出风口风量为q3，q3大于或等于掘进工作面7需要的用风量。
39.假若将洞口端风管2的出风口与接力风机3的进风口连接，则相当于独头压入式通风，洞外风机1通过洞口端风管2、掘进面端风管4直接给掘进面7处供风，由于受风管漏风等因素的影响，则应维持q0>q1=q2>q3的风量关系方能使维持正常通风。为降低洞外风机1的能耗、减小洞口端风管2的直径，可采用在洞内净化部分空气再送入掘进工作面7的方法来保证工作面空气质量，即选用小功率风机、小管径风管，使q1<q2，此时，洞口端风管2的出风口风量为q1不足以为接力风机3提供新鲜空气，需在接力风机3的进风口补充q2
‑
q1的新鲜空气，此新鲜空气可通过在接力风机3附近设置空气净化装置5来生产。在洞口端风管2的出风口、接力风机3的进风口之间设接力容器6，用于隔断洞口端风管2、掘进面端风管4以及接力风机3外的隧道坑道的空气，接力容器6内设有空气阀门61，用于调节隧道内的空气压力，当空气净化装置5供给接力容器6的风量大于q2
‑
q1时，接力容器6内多余的空气则从空气阀门61排出到隧道巷道内，此时，最优方式是此时空气阀门61联动空气净化装置5，使之减小空气净化能力、降低除尘器52风机能耗；也可以调节流量控制阀门541来减小过风量，或者加大回风阀531的过风量，使净化过的空气进入空气预处理区5114后再次净化，进一步提高净化空气质量；当然也可以直接开启引流管排气阀门542，将多余气体排出到隧道坑道内，并排出洞外，当然也可以采用这些处理方式的组合；当空气净化装置5供给接力容器6的风量小于q2
‑
q1时，接力容器6内空气压力小于隧道巷道空气压力，空气则从空气阀门61进入空气净化装置5，此时，宜加大空气净化装置5的空气净化能力，或减小引流管排气阀门542的排风量，再或加大流量控制阀门541的过风量，减小回风阀531的过风量，或采用这些处理方式的组合，总之应尽量维持净化装置5给接力容器6补充接近q2
‑
q1的新鲜空气补给量。
40.洞外风机1可为分级通风的风机，短时间需要较大的供风量q0，需启用大风量级别通风。空气净化装置5包括空气隔离装置51、若干台除尘器52、空气收集管53、引流管54、支撑台架55；除尘器52可采用干式或湿式除尘设备，优选湿式旋流式除尘器。湿式旋流式除尘器主要包括风机、旋流泥水和气体分离仓、净化空气排气管、排泥口，主要工作原理是：在污浊空气进入风机前，将污浊空气与水雾充分混合，使污浊空气中的微细粉尘得到充分湿润，并相互碰撞、凝聚形成泥水气混合体，泥水气混合体进入风机后，进一步混合、加速，高速进入旋流泥水和气体分离仓，然后在分离仓高速螺旋前进，在离心力的作用下，泥水气混合体开始产生分离，重量较大的泥滴飞向分离仓壁，被仓壁阻挡，这些沾贴在仓壁的泥滴在高速风力带动下或在重力的作用下沿仓壁前行，直至仓口排出，质量较轻的干净空气分子聚集在分离仓中心轴附近。分离仓中心有排气管、排气管下端开孔，泥水气混合体分离泥滴后的净化空气通过气管开孔进入气管、离开分离仓。
41.为达到较好的通风效，解决车辆通行、管线通管的问题，采用以下方法改善上述接力通风的方式：在洞内接力风机3靠近掘进面7的一侧，用钢板、铁皮等作为封堵板511将空气隔断，在封堵板511靠近接力风机3的一侧，安装若干台除尘器52，除尘器52的进风口直接或间接从封堵板511的开孔吸取污浊空气。当除尘器52采用湿式除尘设备时，特别是旋流式除尘器时，可进一步改善空气净化效果，采用第一封堵板5111、第二封堵板5112将隧道进行隔断，在第一封堵板5111、第二封堵板5112之间形成相对封闭的污浊空气预处理区5114，在预处理区5114使用炮雾机515进行喷雾或喷水，将污浊空气充分进行水、气混合，其中，第二封堵板5112开有若干个通气孔512，第一封堵板5111、第二封堵板5112均有管线通过口514供掘进面端风管4、高压风、水管等通过。收集经过净化后的新鲜空气，通过引流管54引导至接力容器6，与进口端风管2压入的新鲜空气共同为接力风机3供风。
42.隧道内表面由于受施工等原因造成表面不规则，刚性的第一封堵板5111、第二封堵板5112周边与隧道表面接触存在空隙，为尽量隔断空气，第一封堵板5111、第二封堵板5112可分别各自独立用气囊封堵其与隧道岩壁缝隙，也可以采用连接钢板等先在隧道岩壁附近延隧道周边将第一封堵板5111、第二封堵板5112焊接，再在连接钢板与隧道岩壁采用气囊封堵。为满足车辆、人员等通过第一封堵板5111、第二封堵板5112，在第一封堵板5111、第二封堵板5112上设风门513，风门513可按车行、人行分别设置，也可合并设置。风门513一般由传感器控制开关，传感器感知车辆、行人到来时打开风门，离去时关闭风门。为防止掘进面7处空气压力过大或过小，维持气压在人体适应范围之内，在第一封堵板5111、第二封堵板5112之间设连通管连通第一封堵板5111洞口侧和掘进面7一侧的空气，并设自动风压调节阀门，使自动风压调节阀门两侧空气压力基本一致，连通管不连通预处理区5114内空气。自动风压调节阀门的设置方式为：在连通管内设隔风板，在隔风板开口，在开口上挂设尺寸与开口略小的悬吊板，隔风板两侧风压相等时悬吊板处于竖直状态，封闭隔风板开口，截断风流；隔风板两侧风压不一致时，悬吊板下端偏向风压小的一侧，隔风板开口打开、通风。悬吊板上端可采用合页固定在隔风板上，悬吊板的重量根据两侧空气压力差的允许值确定，压力差允许值大则悬吊板重量大，反之则小。接力容器6的空气阀门61可参照本自动风压调节阀门设计，并在悬吊板两侧增加与空气隔离装置51联动的触发开关。
43.为提高除尘器52所净化空气的质量，还可以重复对空气进行净化：空气收集管53设回风阀531，回风阀531控制空气收集管53中净化过的空气再次回到成空气预处理区5114
的风量大小，回风阀531与流量控制阀门541、除尘器52可联动，以满足引流管54给接力容器6的供风量以及回风阀531空气通过量。
44.本隧道通风系统随掘进面、二衬工作面向前延伸，隧道每掘进一定距离时（如300
‑
500米）向前移动接力风机3、空气净化装置5等，一般维持接力风机距掘进面50
‑
500米的距离。
45.为进一步简化本隧道通风系统，可采用下述通风方式：洞外风机1设置在隧道的洞口外，并与隧道内的进口端风管2连接，接力风机3设置在隧道内部，并与掘进面端风管4连接，进口端风管2的出风口、接力风机3的进风口均与接力容器6连接，若干台除尘器52所净化的空气直接进入接力容器6，无需空气隔离装置51，即无需封堵板511、风门513等。在高原地区隧道需采用制氧设备供氧时，采用此简化通风方式会因未封堵隧道而浪费一部分制氧设备所制造的氧气，即部分污浊空气未经净化、重新送入掘进工作面就沿隧道流出到洞外，这些污浊空气就包含有制氧设备所制造的氧气。
46.更进一步简化的通风方式还可以是：洞外风机1直接通过进口端风管2将新鲜空气压入到隧道掘进工作面，在二衬台车往掘进工作面方向或者洞口方向设除尘器52，将净化后的空气通过另一风管压入到隧道掘进工作面，这种简化的通风方式也可改善通风效果，但因缺乏空气隔离装置51对污浊空气进行雾化等预处理，空气净化效果可能会降低，也会存在上述制造氧气浪费的缺陷。此外，在隧道狭窄空间内布设双通风管路十分困难。
47.在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
48.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
49.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
50.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。