瓦斯隧道施工期壓入式通風技術探討

摘要 為了有效解決瓦斯隧道工程的施工通風問題，文章首先介紹了一種壓入式通風技術，然后圍繞實際的工程案例，深入探討了壓入式通風技術的要點，包括通風設備選擇與風量計算、風機和風管的配置與安裝、通風管理，最后介紹了相關的注意事項。研究結果表明，在瓦斯隧道施工中采用壓入式通風技術，能夠滿足瓦斯隧道工程的通風需求，減少瓦斯引發的安全事故。

關鍵詞 瓦斯隧道；壓入式通風；技術

中圖分類號 U453 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）05-0137-03

0 引言

當大路隧道穿越富含煤層的地質區域時，瓦斯等有害氣體的突然釋放成為一種常見的現象。在這些區域中，甲烷是瓦斯氣體的重要組成。隧道掘進工作一旦觸及煤層地質，可能會導致圍巖破裂或原裂隙擴展，從而使瓦斯從這些裂縫中泄漏出來。瓦斯氣體爆炸是其主要的危害形式，一旦發生爆炸，隧道內部的溫度將急劇上升，迅速消耗隧道內部的氧氣，并產生大量的有害氣體，嚴重威脅隧道內作業人員的生命安全。因此，在隧道掘進過程中，必須全面了解、熟悉隧道的通風工程，并制定科學的通風方案，以確保隧道內的空氣流通順暢，及時排出內部瓦斯，保護施工人員的生命安全，促進隧道施工作業安全、高效地進行。該文結合自身單位的工程實踐，針對壓入式通風技術在瓦斯隧道內的具體應用展開深入闡述，希望能夠為相關工程提供有力參考。

1 壓入式通風技術概述

壓入式通風技術，是指通過在隧道洞外設置通風機械的方式，將外部新鮮的空氣經通風管道送至工作面，以釋放并排出有毒、有害的氣體和粉塵，改善工作環境，保障施工安全。現階段，壓入式通風技術主要用于煤礦開采、瓦斯隧道施工等領域，其優勢主要體現在以下幾個方面：一是改善工作環境，通過向作業面提供新鮮的空氣，稀釋和排除隧道內的瓦斯、粉塵等，顯著改善地下工作面的空氣質量。二是有效射程大，在壓入式通風技術的應用過程中，風管口可以向工作面提供一定距離的有效射程，促進內部有害氣體的充分排出[1]。三是提高生產效率，良好的通風條件可以使施工人員保持清醒與警覺，從而顯著提高生產效率。四是減少事故風險，在瓦斯等易燃易爆氣體存在的環境下，壓入式通風技術有助于降低爆炸等事故的發生概率。

2 壓入式通風技術的實施要點

2.1 工程概況

某隧道工程全長3 175 m，位于一條半徑為8 000 m的右向彎曲線路上。進口區域呈現為20‰的陡峭上坡，之后坡度減緩至3.9‰的上坡，出口段則為3‰的下坡。為了增強隧道的通風、排水效能，特別設計了一座貫通斜井，總長185.5 m，最大傾斜度為6%。

該隧道施工使用方法為鉆爆法，施工區域圍巖有泥巖、炭質泥巖、灰巖等，穿越瓦斯煤系地層區域，其中某地層內蘊含3層煤，總厚度為1.93～6.76 m之間，層位相對穩定。同時，該區域內的絕對瓦斯涌出量少，為0.20～0.49 m3/min，最大瓦斯壓力達1.0 MPa。因此，將該施工區域歸類為低瓦斯工區。

2.2 壓入式通風施工技術

2.2.1 工藝流程

壓入式通風工藝流程圖如圖1所示。

2.2.2 施工準備

（1）加強現場地質、環境調查，充分了解相關情況，圍繞通風要求設計通風方案，并做好技術交底工作，確保每位施工人員都能熟練施工方案、工藝流程和要求，為后續通風作業的有序施工奠定基礎。

（2）準備風機、通風管等相關設施，在進場前展開全面的檢查，確保所有進場設施的數量、尺寸、質量等均符合標準；對施工作業場地進行雜物清除、平整處理，確保施工車輛正常通行。

2.2.3 通風設備選擇

由于該隧道工程為低瓦斯工區，為了有效稀釋和排放瓦斯，決定采用壓入式通風的方式展開通風施工。

（1）通風設備的配置原則。在壓入式通風施工中，所選通風設備的風量應比理論計算風量大，通風機直徑、通風管直徑之間的差距也不宜過大。同時，風機的整體壓值也不能比管道的總阻力小。

（2）風量計算。在瓦斯隧道施工過程中，需要安排一個合適的通風系統，其風量需求可依據以下標準分別計算，最終選取其中的最大值作為設計風量的標準。接下來，以該工程為例深入剖析通風量的計算方法。基于同一時刻隧道內施工人員的數量，對通風量進行計算，公式如下：

（1）

式中，K——風量備用系數；M——隧道內部施工人員的數量，以100人為準；Qn——每位施工人員對新鮮空氣的需求量，以4 m3/min為準。經計算，結果為480 m3/min。

結合作業面的爆破作業，對通風量進行計算，公式如下：

（2）

式中，t——爆破后的通風時間（min），取值30 min；

G——爆破作業所需要的炸藥量（kg），取值150 kg；

A——巷道掘進斷面的總面積（m2），考慮可能存在超挖情況，取值65 m2；ψ——淋水系數，取值0.8；L——臨界長度（m），取值506 m；P——風管的漏風系數，取值1.13；b——爆破過程中產生的氣體總量（m3），取值40 m3。經計算，結果為1 197 m3/min。

根據獨頭坑道內的瓦斯排放量，對所需風量進行計算，公式可表述如下：

（3）

式中，QCH4——瓦斯排放量（最大，m3/min），一般取值2 m3/min；K——瓦斯排放系數（不均衡），取值1.6；Bg——隧道作業面所規定的瓦斯濃度（%），取值0.5%；Bg0——進入風流中的瓦斯濃度（%），通常用0表示。經計算，結果為640 m3/min。

參照瓦斯隧道的風速要求對風量進行計算，公式如下：

（4）

式中，V——風速，多數情況以0.5 m/s為宜。經計算，結果為1 950 m3/min。

（3）風機風量計算。系統分析上述結果，發現最大風量值為1 950 m3/min。在此基礎上，對風機風量展開計算，即1.13×1 950=2 023.5 m3/min。

（4）風壓計算。公式如下：

（5）

式中，D——通風管直徑（m），取值1.5 m；λ——達西系數，取值0.015；ρ——空氣密度（kg/m3），取值1.12 kg/m3；L——供風長度（m），取值1 110 m。在該公式中，V的表述方式如下：

（6）

式中，Qm——風機風量（m3/min）；Q0——風量最大值m3/min。代入整個公式（5）中，計算得到風壓為2 354 Pa。

2.2.4 風機和風管配置

（1）為了滿足上述的風量計算需求，于距離橫向洞口20 m的位置安裝2臺風機，其中一臺作為備用，以確保總風量可以達到2 203.5 m3/min、風壓滿足2 354 Pa的要求。

（2）在風管的選擇上，應確保其具有抗靜電、抗阻燃的特性，且直徑為1.5 m。從模板臺車到風室的風管，將每節長度控制在100 m；而位于二次襯砌至掌子面的風管，則將每節長風管的長度控制在5～30 m的范圍內。在該工程中，通風設備的數量如表1所示：

2.2.5 風機和風管安裝

（1）風機安裝。通風機的安裝位置應選擇在空氣流通、方便風管鋪設的地點，通常情況下，會將其布置在洞口通風順暢的上風向位置，并確保其和隧道口保持在30 m以上的距離，以減少風流的阻力[2]。在風機安裝固定過程中，應確保支架穩固結實，以避免其在運行時產生振動；在風機出口布設柔性管，并和風管連接在一起，對兩者的結合部位進行多重綁扎，以減少漏風情況的發生。需要注意的是，通風機前5 m、后5 m的范圍內，均不能堆放雜物。同時，在通風機的進氣口安裝鐵篦子，并配備相應的安全防護裝置；在隧道內部移動通風機時，可借助小平板車完成，但在正式移動前要提前準備風機支座、支架；如果隧道長度相對較長，還要準備備用的電源、通風機，以滿足應急通風的需求。

（2）風管安裝。在安裝風管前，需要細致、全面地檢查其外觀，確認是否存在損壞或破損跡象。在風管安裝期間，應盡量確保其平整、順暢且直線布置，結合具體的安裝位置對錨栓位置進行確認，將鄰近錨栓孔的距離控制為5 m，深度控制在150 mm以上。懸掛固定風管時，建議沿著隧道的邊墻進行，同時沿隧道的縱向方位固定風帶，確保其牢固穩定，保持平順狀態[3]。通常情況下，風管應使用尼龍繩進行固定，以避免使用鋼管直接固定可能帶來的風帶運轉磨損、漏風等問題。對于掌子面的風管安裝，考慮石塊爆破飛濺可能會損壞風帶，因此需將舊風帶的位置盡量靠近掌子面，借此保護新風帶免受損害。每節風管安裝完成后，對接頭進行調直、拉緊處理，隨后進行下節風管的安裝。當所有風管都安裝完成后，在通風機的出口部位進行調整，確保整條風路平直，不存在褶皺、扭曲的情況。

2.2.6 通風管理

（1）在瓦斯隧道工程施工過程中，需要嚴格進行通風管理，確保所有的風速、風壓與工程標準、要求相符。在隧道通風流程中，應安裝檢測系統或儀器設備，便于實時測量掌子面、回風流的風速，從而持續監控具體的通風狀況，確保隧道內部的空氣流通順暢；風機作為通風系統最關鍵的組件，需要定期進行細致檢查，以確保其運行穩定。同時，安排專人負責風機的管理，定期測試風機的動力消耗、送風情況等，確保其性能始終處于達標狀態。鑒于隧道施工的持續進行，風機也要同步保持連續的運轉狀態，在此過程中應盡可能地減少風機的停機頻次，以充分發揮其排污、送風功能，為隧道提供充足且新鮮的空氣。由于隧道內的裂隙水會增加空氣濕度，導致風管積水[4]。對此，需要每個月進行一次定期的風管排水處理，以維持風管的通暢性。此外，應加強對風帶的保護，避免漏風情況的產生。尤其在隧道爆破開挖作業期間，可以暫時關閉風機，以免風帶受損。

（2）采用“以長代短”的策略，將風管節的長度從傳統的20～30 m延長至50～100 m，這樣可以顯著減少風管的接頭個數，進而降低漏風量；基于“以小代大”的原則，具體而言，在隧道凈空允許的范圍內，盡可能選擇直徑較大的風管，以提高隧道的通風效率。在風管安裝過程中，注重“截彎取直”，也就是以5 m為間距進行錨桿的埋設，并在錨桿上清晰、準確地標記具體的吊線位置[5]。隨后，用直徑為8 mm的盤條作為吊掛線，將其牢牢地焊接在錨桿上。最后，在吊掛線上平穩地懸掛風管，確保風管安裝得平直、穩固，避免出現彎曲的情況，以減少通風阻力。

2.3 注意事項

（1）監測瓦斯濃度。在瓦斯隧道工程通風施工期間，需要動態監測瓦斯濃度。當發現瓦斯濃度超出允許值較多時，應即刻停止施工，迅速將施工人員撤離施工作業面，并將電源切斷，同時采取針對性的舉措進行通風處理。

（2）檢測通風質量。為確保施工場地的空氣質量符合標準，需要定期檢測隧道內的有害氣體、關鍵參數等。針對重點工程，可在隧道洞口安裝自動檢測系統，通過場地內的傳感器掌握隧道的環境狀況[6]。在瓦斯隧道工程的通風效果上，需要嚴格遵循相關標準和規范，具體包括如下：壓入風流中的氧氣含量必須保持在20%以上，而二氧化碳含量則控制在0.5%以內；一氧化碳的濃度控制在30 mg/m3以內，二氧化碳的體積比控制在0.5%以內；在風速方面，全斷面的開挖風速在0.15 m/s以上，坑道內的風速在0.25 m/s以上，但兩者均不能超過6 m/s。

（3）分級控制。通風系統安裝結束后，可以先試送風，分別啟動每臺風機，了解風管、風機是否存在異常情況，若有應立即處理；在隧道內部各項工作開展期間，應保證風機持續供風，這樣有助于將機械設備產生的廢氣強制排出洞外，確保內部空氣清新。如果情況特殊必須間歇，受供風影響的作業面同樣要暫停作業。

3 結語

綜上，瓦斯隧道施工期壓入式通風技術具有顯著優勢，在實際應用中，應結合隧道的實際情況、施工需求進行合理化的設計與調整，以確保施工作業的安全和作業環境的改善。未來，可在壓入式通風施工中加大前沿技術的應用，如BIM技術，進一步提高瓦斯隧道工程的通風效果。

參考文獻

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