维普资讯 http://www.cqvip.com 云南水力发电 ＹＵ卜 ｆ＾Ｎ Ｗ肌Ｒ ＰＯＷＥＲ 第２３卷 第６期 地下洞室开挖压出式通风风量计算 王惠民 ，和孙文 ，谢贤平 ，沈嗣元 ，陈一洲 （１．昆明理工大学。云南昆明摘６５００９３；２．中国水利水电第十四工程局，云南昆明６５００４１） 要：地下洞室开挖通风方式通常采用压入式、抽出式和混合式。文章提出一种新的布置方式。即压出式。对压出式通风的排 烟过程作了一些探讨性的研究，并根据试验测定结果推导出压出式通风的风量计算公式。与沃罗宁理论推导的抽出式风量计算式 是一致的。只是压出式公式多考虑了压出通风系统漏风率的影响．这与实际情况是一致的。 关键词：地下洞室；独头通风；压出式；风量；漏风 中图分类号：ＴＵ８３４．３；Ｕ４５３．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—３９５１（２ｏ０７）ｏ６一ｔＸ￣＇／０—０３ Ａｉｒ Ｑｕａｎｔｉｔｙ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｏｒｃｅｄ—－ｏｕｔ Ｔｙｐｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ０ｆ Ｕｎｄｅｒ２ｒ０ｕｎｄ Ｃａｖｅｒｎｓ ＷＡＮＧ Ｈｕｉ—ｍｉｎ ，ＨＥ Ｓｕｎ—ｗｅｎ ，ＸＩＥ Ｘｉａｎ—ｐｉｎｇＩ，ＳＨＥＮ Ｓｉ—ｙｕａｎ２，ＣＨＥＮ Ｙｉ—ｚｈｏｕ （１．Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００５３，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ １４ｔｈ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００４１，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｕｓｕａｌｌｙ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｄｅｒｕｇｒｏｕｎｄ ｃａｖｅｍｓ，ｉ．ｅ．ｆｏｒｃｅｄ—ｉｎ ｖｅｎ－ ｔｉｌａｔｉｏｎ，ｅｘｈａｕｓｔｅｄ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｘｅｄ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ｎａｍｅｌｙ，ｆｏｒｃｅｄ —ｏｕｔ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ．Ａｎ ｅｘｐｌｏｒａｔｏｒｙ ｓｔｕｄｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ｏｎ ｓｍｏｋｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅｄ—ｏｕｔ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ ａ ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ ａｉｒ ｑｕａｎｔｉｙ ｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｏｒｃｅｄ—ｏｕｔ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｈｅ ｔｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｆｏｒ ｅｘｈａｕｓｔｉｎｇ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｄｅｒｉｖｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｖｏｍｎｉｎ ｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅ ｏｎｌｙ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｈａｓ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ａｉｒ ｌｅａｋａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅｄ—ｏｕｔ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｆｏｒｍｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｏｎｄｉｔｉｃｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃａｒｖｅｎ；ｏｎｅ—ｅｎｄ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ；ｆｏｒｃｅｄ—ｏｕｔ；ａｉｒ ｑｕａｎｔｉｙ；ａｔｉｒ ｌｅａｋａｇｅ １ 引言 地下洞室群开挖通风方式通常采用压入式、抽 出式和混合式。抽出式通风，是指采用硬风筒通风 时，通风机可布置于洞口，经风筒将工作面污风抽出 洞室外；而当采用软风筒通风时，由于软风筒不能承 受负压，因此只能将通风机布置于洞内离工作面一 定距离处，将工作面污风经风筒压出洞外，我们将这 种布置方式称为压出式通风。《大型地下洞室群施 工通风技术研究》科研项目在小湾水电站地下洞室 群施工实施过程中，就采用了这种通风布置方式，如 图１所示。 图１地下洞室开挖压出式通风布置示意图 本科研项目课题组对压出式通风的排烟过程作 了一些探讨性的研究，并根据试验测定结果推导出 压出式通风的风量计算公式。 ２压出式通风与抽出式通风的区别 目前，压出式通风还没有相应的风量计算方法， ｔｔ－收稿日期：２ＯＯ７—１０—０８ 作者简介：王惠民（１９６９一），女。云南泸西人。讲师。主要从事工程力学方面的教学和研究工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com
王惠民，和孙文，谢贤平，沈嗣元，陈一洲地下洞室开挖压出式通风风量计算 ７ｌ 实际设计中是直接套用抽出式风量公式来计算的， 往往引起较大的误差。实际上，压出式通风和抽出 式通风的过程虽然有相同之处，但还是存在较大的 差别。从工作面排烟过程来看，两者都是依靠吸口 的抽吸作用排出工作面的污风，这是它们的相同之 处。但从漏风对通风过程的影响来看，压出式通风 的漏风是从风筒内漏出污风，漏出的污风不仅污染 洞室空气，而且又随洞室风流流人工作面区域，引起 工作面污风循环，增大了工作面排烟通风时间。而 抽出式通风的漏风不存在污染洞室空气和产生污风 循环的问题。显然，抽出式通风风量计算值势必比 压出式通风风量小。本科研项目课题组的试验结果 也证明了这一点。 ３压出式通风排烟方程 将工作面排烟过程看作稀释置换过程，并考虑 压出式通风的漏风循环影响，根据排烟过程的质量 连续原理，压出式通风工作面稀释排烟微分方程为 ｌｆＫｑＣｄｔ—ＫＱＣｄｔ＝ＶｏｄＣ （１） 对上式进行积分 Ｊｆ 。ｃ ：一ｆｎ ｃ一一Ｊ ０‘ Ｖ耻ｄｔ （２） ｏ 得 ｃ：ｃ。ｅｘｐ［一 ｔ］ （３） 式中：ｐ一压出式通风的风量， ／ｒｒｉｆｎ； ｆ一通风时间，ｎｆｉｎ； 一工作面区域空间体积， ； Ｃ。一工作面区域炮烟的初始浓度，ｍＬ／ｒ￣； Ｃ一通风时间为ｔ时刻工作面区域的炮烟浓度， ｍＬ／ｒ￣； 一工作面区域炮烟的稀释系数； 口一压出式通风系统的漏风率。 由式（３）可知，随压出式通风风筒系统漏风率卢 的增大，则浓度Ｃ增大，通风时间增大。这和实际 观测结果是一致的。漏风率 增大，漏风产生的污 风循环量增大，排烟通风时间也就增大。 ４试验结果与分析 ４．１试验条件 试验在小湾水电站引水发电系统的１号、２号 尾水隧洞进行。１号、２号尾水隧洞的水平长度分别 为９４５．４ ｍ、７１７．４ ｍ。为改善施工期间尾水系统通 风条件，在尾水隧洞从７号施工支洞到尾水出口通 风洞的中部增设两条通风竖井，竖井上部采用平洞 与主厂房运输洞（桩号：主运０＋２５０．Ｏ）连接。通风 平洞断面尺寸４．５ ｍｘ ５．０ ｍ（宽Ｘ高），全长１０４．６１５ ｍ，纵坡ｉ＝１％。尾水隧洞通风洞开挖总装药量 ９１．６ ｋｇ，炸药单耗１．７２ ｋ ，采用压出式通风，ＷＺ 系列Ｎｏ７—１１ ｋＷ轴流风机，风机布置在离工作面 ６ｏ～７０ ｍ处，风机人口至工作面之间为铁皮风筒， 风机出口至通风竖井为胶皮风筒，胶皮风筒长６００ ｍ，直径５００ ｍｍ，风筒接头为活单环接头，风筒节长 为２０ ｍ，通风洞气候条件为气压９６．０７ ｋＰａ，相对湿 度７８％，气温２３．５℃。 ４．２炮烟浓度测定结果分析 爆破后，启动通风机进行压出式通风，同时进入 工作面用ＣＯ测试仪测定工作面区域ＣＯ浓度的变 化，每隔一定时间采一次样，测定结果见表１。 将表１的测定值绘在Ｃ—ｔ坐标图上，如图２所 示。由图２难以直观看出浓度Ｃ随通风时间ｔ的变 化关系，为此将ＣＯ浓度取自然对数后绘在ｌｎＣ—ｔ 坐标图上，如图３所示。由图２可知，ＣＯ浓度对数 随通风时间ｔ的变化规律可用下列直线方程拟合： 表１工作面ＣＯ浓度测定结果表 ｍ１ｎ 图２ ＣＯ浓度变化曲线图 维普资讯 http://www.cqvip.com 云南水力发电 ２００７年第６期 ＩｎＣ ８ ０ ２０ ４０ ６０ ｔ．ｍｉｎ 圈３浓度对数拟合曲线圈 ｌｎＣ＝Ａ＋Ｂ・ｔ （４） 式中：Ａ、Ｂ为常数，采用回归方法，由下式确定： Ｂ：一 ｎ∑ｔ｝ 一（∑ｔ） （５） Ａ： （６） 式中：ｎ为浓度样品数。把表１的测定值代入式 （５）、式（６）得：Ｂ＝一０．０６５ ８，Ａ＝８．３９３。经检验回 归效果显著。因此，式（４）的拟合直线方程为： ｌｎＣ＝８．３９３—０．０６５ ８ ｔ （７） ４．３风简漏风率测定 沿胶皮风筒长度取５个测点，用补偿微压计按 等环面积法测定风筒内风流动压，求出各测点的平 均动压，然后根据动压与风速的关系式算出风流平 均风速。再根据风筒横断面积，即可得出测点的风 量，测定及计算结果见表２。 表２风简测定与计算结果表 测点编号 １ ２ ３ ４ ５ 风简内平均动压／Ｐａ ４０．０ ３９．８ ３１．９ ３１．３ ２８．２ 风简内平均风速，（ｍ／ｓ） ８．１６ ８．１４ ７．２９ ７．２２ ６．８５ 风简断面积／ｍ２ ０．１５９ ０．１５９ ０．１５９ ０．１５９ ０．１５９ 测点风量，（ ，ｓ） １．２９７ １．２９４ １．１５９ １．１４８ １．０３９ 测点距风机出口，ｍ ６５ １７５ ２８０ ３７５ ４８５ 根据表２的值，按线性插值法即可得风机出口 风量Ｑ。＝１．２９９ ｍ３／ｓ，风筒末端风量为Ｑ ＝１．０６５ ｍ３／ｓ。则压出式通风胶皮风筒的漏风率卢为： 卢＝ — Ｑ＝ 一 １ ２９９－０．～一２ ｌ ． ５压出式通风风量计算公式 用式（３）计算工作面炮烟浓度时，需确定排烟稀 释系数 值。由于排烟过程比较复杂，要找出 的 理论计算式较困难。但根据上述的试验结果可确定 为０．３～０．５。 根据试验结果和理论分析，可用下列幂函数来 拟合图２的浓度随时间的变化关系： Ｃ：ａＣｏ［ ￡］ （８） ０ 式中：ａ，ｂ均为常数，其它符号意义同上。 对上式两 边取自然对数，得： ＬｎＣ：ＬｎａＣ。＋ｂＬｎ ￡ （９） 用回归分析法，可得ｂ＝一１．８，ａ＝２．４２。 为了 计算方便，取ｂ＝一２。因此得： Ｃ＝２．４２ｃ。［ （１０） 式（１０）和式（３）计算值与试验测定结果比较见 图４所示。由图４可知，拟合式（１０）和理论推导式 （３）一样，与实测结果基本一致。 圈４实测值与计鼻值比较曲线圈 由式（１０）得： （一１ ）ｔ Ｃ√ （１１）根据安全规程，在连续通风的情况下，ＣＯ浓度 降到２００ ｐｐｍ，即降到０．０００２即可进入工作面作业。 初始浓度Ｃ。＝７Ａ／Ｖｏ，根据上述的试验测定分析结 果得 ＝０．０２５ ９９，代入式（１１）整理即得压出式通风 的风量计算式为： Ｑ＝ （１２） （下转第８３页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
任少铭，王海云地下厂房岩锚梁施工技术 ４．４混凝土施工工艺 １６０ ｍ／ｎ，混凝土入仓温度控制在２１℃以内。 地下厂房岩锚梁半成品混凝土生产工艺，在第 第二阶段（２０００年以后），Ｃ２５一Ｃ３０（二级配）混 一阶段（１９８５—２０００年），针对Ｃ２５一Ｃ３０（二级配）混 凝土半成品混凝土生产，有了新发展和提高。在小 凝土，主要围绕着解决水泥水化热温升引起的混凝 湾岩锚梁混凝土施工中，采用预冷骨料拌制混凝土 土表面干缩（温度裂缝），以及在混凝土的泵送性能 生产工艺。要求拌制１２—１４￣Ｃ混凝土，控制入仓温 改善方面开展工作，施工中采用常温拌制常态混凝 度小于１５￣Ｃ，入仓塌落度１００ ｍ／ｎ以下，完全消除了 土，尽量采用高效减水剂，满足汽车泵泵送条件。‘在 温度裂缝，混凝土表面成型良好。两个工程的混凝 广蓄一、二期和棉花滩混凝土配合比设计掺加 土配合比参数见表５。 １０％一１５％粉煤灰，混凝土入仓塌落度控制在１４０— 表５两个地下厂房岩锚梁混凝土配合比参数表 混凝土分段（块）和浇筑顺序。早期施工厂房 爆破实验以确定参数，并要求在岩锚梁混凝土浇筑 上、下游岩锚梁采用展开平行作业，跳块浇筑方式， 前，将下层边墙开挖的预裂孔必须完成。②对混凝 施工单段（仓）长度２５—４０ ｍ。多采用汽车泵泵送 土梁表面防护，拆模拆架后需要采用适当材料保护 入仓，单向入仓逐步进占法浇筑，工序较为单一灵 岩锚梁混凝土，避免下层爆破飞石打击损伤混凝土 活。近年来讲求工序连续、精细化作业，上下游岩锚 表面。 梁既有连续的搭架段（仓）、钢筋安装段（仓）、混凝土 浇筑段（仓）三工序流水作业，也有间隔的三工序流 ５结束语 水作业。但施工段（仓）长度有缩短趋势，一般控制 地下厂房全工序岩锚梁施工是地下厂房整个施 在２０ ｍ以内。入仓设备有汽车泵，也有拖式泵均可 工过程中的难点和重点之一，是体现了地下厂房精 采用。 细化施工技术水平的关键项目之一。从开始施工准 ４．５岩锚梁混凝土的保护 备，到过程中的施工方法、工艺改进和创新，无疑还 主要有两项需要考虑。①对混凝土梁下层开挖 需要广大从业技术人员不断的探索和总结。 爆破振动的防护，主要涉及下层爆破设计，必要时作 ｛・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝ ・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛‘｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛．｝ （上接第７２页） ６结束语 参考文献： （１］王英敏．矿井通风与防尘（Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９３． 前苏联的沃罗宁通过理论推导，曾提出下列抽 （２］赖涤泉．隧道施工通风与防尘（Ｍ］．北京：中国铁道出版社， １９９４． 出式通风风量计算式： （３］吴中立．独头巷道爆破后通风（Ｍ］．北京：冶金工业出版社， Ｑ：￣Ａ＂Ｃｏ （１３） １９５９． （４］刘昭明，等．勘探掘进学（第二分册）（Ｍ］．北京：地质出版社， 比较（１２）、（１３）两式可知，我们通过对试验结果 １９８１． 拟合得出的压出式通风风量计算式和沃罗宁理论推 （５］刘进，等．龙潭特长隧道施工通风技术研究（Ｊ］．铁道建筑， 导的抽出式风量计算式是一致的，只是压出式计算 ２００５（１２）． 式多考虑了压出通风系统漏风率的影响，这与实际 （６］刘梦醒，等．中长隧道无轨运输施工通风技术研究（Ｊ］．山西建 情况是一致的。 筑，２００５（１）．
