一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置及方法
【专利摘要】本发明一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，包括龙门支架，分别设置在龙门支架上端的固定风门和其一侧的活动风门，穿过固定风门设置的轴流通风机和射流风机，以及电机控制系统；固定风门与展开后的活动风门相配合用于隔断隧洞中的轴向风流；轴流通风机的入风口和射流风机的出风口设置在固定风门靠近作业面的一侧，轴流通风机的出风口连接柔性风筒，柔性风筒的出风口延伸到隧洞外部。本发明通风排烟方法，在隧洞内设置隔断轴向风流的风门，在风门两侧分别形成安全空间和封闭的污染空间，利用通风设备将污染空间内的污染物随气流通过封闭的排风通道抽排到洞口外，利用鼓风设备由安全空间向污染空间内鼓风，使污染物加速流向通风设备的入口。
【专利说明】一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道工程施工技术，具体为一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济建设的高速稳步发展，在工程建设中(如水电、公路等行业)出现了越来越多的长距离隧洞，这些长距离隧洞在采用常规钻爆法开挖施工期，通风排烟问题一直是个困扰工程的难题之一。长期以来，在长距离隧洞开挖施工过程中，当开挖作业面距离隧洞口超过2?3Km后，开挖通风排烟问题就很难解决，尤其是开挖爆破作业后，含有大量的C0、N0、N02等有毒有害气体及粉尘，采用传统的通风方式，这些有毒有害气体及粉尘从爆破作业面开始，需流经整个已开挖洞段排出，污风充斥整个已开挖洞段，要么通风排烟时间长达3?4小时，要么已开挖作业面附近空气不流动或流动缓慢，通风排烟效果差，另外，也很难解决作业面附近高地温问题，施工作业环境恶劣。因此，施工期不良的通风状况轻则使广大作业人员长时间处于恶劣的地下环境中工作，生命健康受到影响，重则严重威胁着作业人员的生命健康和安全，甚至影响到隧洞工程施工进展和工期。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种设计合理，安全可靠，操作方便，通风排烟效率高，能有效改善地下施工作业环境的长距离隧洞施工期快速通风排烟装置及方法。
[0004]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0005]本发明一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，包括龙门支架，分别设置在龙门支架上端的固定风门和其一侧的活动风门，穿过固定风门设置在龙门支架的上端的轴流通风机和射流风机，以及活动风门、轴流通风机和射流风机的电机控制系统；固定风门与展开后的活动风门相配合用于隔断隧洞中的轴向风流；轴流通风机的入风口和射流风机的出风口设置在固定风门靠近作业面的一侧，轴流通风机的出风口连接柔性风筒，柔性风筒的出风口延伸到隧洞外部。
[0006]优选的，龙门支架包括支撑平台和支撑立柱，支撑平台呈框架结构，下端至少对称设置四个支撑立柱，上端覆盖有固定设置的支撑板；相邻隧洞同一侧壁设置的支撑立柱之间和支撑平台的框架结构内部通过加强杆形成三角支撑结构；相邻隧洞同一侧壁设置的支撑立柱底端共同固定在与隧洞轴线平行设置的连板上。
[0007]进一步，支撑支柱上分别设置用于高度调节的液压缸，支撑立柱和连板分别连接液压缸的缸体和活塞杆；液压缸的液压控制系统设置在龙门支架上，用于控制各个液压缸的联动作业或单独作业。
[0008]优选的，电机控制系统包括安装在龙门支架上的电机本地控制柜，以及设置在爆破区以外安全位置的电机远程控制柜；电机本地控制柜和电机远程控制柜通过无线或有线连接通讯。
[0009]进一步，活动风门设置在轴流通风机出风口的一侧，采用多层柔性风帘或设置有滑槽的卷闸门。
[0010]优选的，轴流通风机设置在龙门支架上端中部，射流风机对称设置在轴流通风机的两侧；轴流通风机的入风口和射流风机的出风口分别设置有防护网。柔性风筒沿隧洞顶吊挂设置，其在转角大于15度的拐弯时设置刚性风筒过渡连接。
[0011]本发明一种长距离隧洞施工期快速通风排烟方法，在隧洞内设置隔断轴向风流的风门，在工作面和风门之间形成封闭的污染空间，在风门到隧洞洞口形成安全空间；然后利用穿过风门的通风设备将污染空间内的污染物随气流通过封闭的排风通道抽排到洞口外，同时利用穿过风门的鼓风设备由安全空间向污染空间内鼓风，使污染物加速流向通风设备的入口。
[0012]优选的，风门包括位于上部的固定部分和下部活动部分，在非爆破工序的施工期间，能够打开活动风门，保持穿过固定部分的通风设备和鼓风设备的正常运转，为工作面降温并实时进行排污作业。
[0013]优选的，风门设置的位置离工作面的距离大于等于50米，并且小于通风设备的通风极限距离和鼓风设备的鼓风极限距离。
[0014]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0015]本发明所述的装置，通过设置的固定风门和活动风门形成相互的配合，对隧洞中的轴向风流进行隔断，从而形成了两个相对封闭的空间，对污染物的自然排出进行阻断和隔离，并通过龙门支架对两个风门进行支撑、固定和定位，保证其作用效果和结构强度；通过活动风门的控制，能够在满足隔断要求的同时，保证避免了其在安装、运输、使用时对其他工序的干扰和影响；再利用设置的射流风机对污物进行搅动和加压，能够迅速的集聚到轴流通风机的入风口，通过其的引导经柔性风筒抽排到洞口外，实现对污物的快速排出，安全可靠，操作简单，施工效率大幅提高，近需要10?20分钟就能够完成洞内有毒有害的粉尘和气体的排出，并且加速工作面的气体流动，提高热交换速率，降低了工作面温度，保证了安全良好的工作环境；使用范围广，能够满足城门洞形、马蹄形、矩形、圆形等各种断面的长距离隧洞施工期间快速通风排烟的要求。
[0016]进一步的，通过框架结构的支撑平台设置，能够对上方的固定风门、轴流通风机和射流风机进行稳定和可靠的支撑定位，同时对其下方的活动风门提供安装和固定位置，支撑板能够对两个风门之间形成良好的补充隔断，设置的三角支撑结构能够提高龙门支架整体的结构刚度和强度；配合设置的连板，能够保证支撑立柱之间的相互平衡与稳定。
[0017]进一步的，利用设置的液压缸进行高度的调节，不仅能够保证固定风门与隧洞顶部的紧密结合，而且能够适应和满足不同隧洞的底面状况，提高其适应能够，安装方便快捷，利用其液压控制系统能够灵活的实现同步运动或是单独的调节。
[0018]进一步的，利用分体设置的电机控制系统，能够在满足电机及时控制的基础上，实现远程操控，保证了人员的绝对安全。
[0019]进一步的，通过卷闸门的设置，能够快速便捷的完成活动风门的功能和操作，对中下部为垂直面隧洞能够进行封闭配合，通过多层的柔性风帘能够对其他断面形式的隧洞实现阻隔和遮挡，满足活动风门的收放及阻挡要求。
[0020]进一步的，利用对轴流通风机以及射流风机的分布配合设置，提高了其抽排的效果和效率，同时利用增设的防护网能够更好的保护设备的工作安全，以及使用可靠性和寿命；通过对柔性风筒的吊挂布置，避免了对隧洞其它设备以及人员和施工的干扰，通过刚性风筒的过渡，保证了其通风的顺畅和抽排速度。
[0021]本发明所述的方法，先将隧洞进行隔断分区，从而将原本要进行扩散的污物进行阻挡隔离，并集中在一个较小的封闭空间内，能够提高其内部气压的同时，避免了污物的外泄和对其他区域的污染；再通过鼓风设备对污染空间内鼓风保证排出压力的同时，对污染物进行搅动，还能够加速工作面进行热交换的速率，利用通风设备将高浓度的污染气流通过排风通道排出到洞口外，从而保证了安全空间不受污染，其内的操作能够同步进行，而且污染空间的污物排出彻底，快速，工作面降温明显，为后续工序提供了良好的工作环境和工作条件。
[0022]进一步的，能够在打开活动部分的情况下，完成降温和对少量污物的实时排出；并且设置的距离不仅保证了风门的安全，而且满足了通风额鼓风的工作要求，保证了工作效果，能够快速连续对工作面进行推移和排烟工序的操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明实例中所述装置的结构正视图。
[0024]图2为图1的结构侧视图。
[0025]图3为本发明实例中所述龙门支架的结构正视图。
[0026]图4为图3的结构侧视图。
[0027]图5为本发明实施例中所述爆破工序后快速通风排烟工作原理图。
[0028]图6为图5中A-A剖面图。
[0029]图7为本发明实施例中其它工序施工期间通风排烟工作原理图。
[0030]图8为图7中B-B剖面图。
[0031]图9为本发明实施例中快速通风排烟装置转移时的状态示意图。
[0032]图10为图9中C-C剖面图。
[0033]图中:1为龙门支架；2为活动风门；3为射流风机；4为轴流通风机；5为固定风门；6为液压缸；7为液压控制系统；8、9、10为分别控制活动风门、射流风机和轴流通风机的电机本地控制柜；11为电机远程控制柜；12为Η型工字钢；13为加强杆；14为连板；15为支撑板；16为柔性风筒；17为防护网。
具体实施例
[0034]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0035]本发明一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，如图1和图2所示，其包括龙门支架1，设置在龙门支架1上的通风机组和风门组，以及分别控制通风机组和风门组的电机控制系统；如图3和图4所示，本优选实例中采用Η型工字钢12焊接龙门支架1的支撑平台和支撑立柱为例进行说明，其中利用槽钢制成加强杆13对龙门支架1做加强的斜支撑，形成三角支撑结构；在龙门支架1支撑立柱的底端设置采用双槽钢制成的连扳14对龙门支架I起到辅助支撑的作用，采用钢板制成的支撑板15焊接在龙门支架I的支撑平台上表面；通风机组包括设置在支撑板15中部的轴流通风机4和对称设置在轴流通风机4两侧的射流风机3 ;风门组包括设置在龙门支架I上端的固定风门5和设置在龙门支架I一侧的活动风门2。
[0036]其中，如图1和图2所示，电机控制系统包括电机本地控制柜8、9、10，以及电机远程控制柜11两部分，用于分别对应的控制活动风门2、射流风机3和轴流通风机4 ;电机本地控制柜8、9、10安装在龙门支架I下部一侧，分别用于控制活动风门2、射流风机3和轴流通风机4 ;电机远程控制柜11安装在爆破区以外的安全位置，一般与作业面距离大于200m。其中，轴流通风机4和射流风机3的进风口分别焊接设置有一道钢筋防护网；轴流通风机4的电机功率不小于30Kw，采用变频方式启动；射流风机3和活动风门2的电机功率不大于30Kw,采用直接启动方式启动。
[0037]本发明中，如图1和图3所示，分别设置液压缸6在龙门支架I的四根支撑立柱下部，用于控制龙门支架I立柱的升降；龙门支架I上安装有液压控制系统7，用于控制各个液压缸6间的联动或单独作业，能够满足龙门支架I同步升降或进行角度调整的需要。本优选实例中，采用液压千斤顶作为液压缸6安装在龙门支架I立柱距离地面0.6m高度处，其额定起重量为8?10t，行程不小于1.0m。
[0038]本优选实例中，固定风门5采用型钢和薄钢板焊接而成，其设置在轴流通风机4与射流风机3之间，以及支撑板15与洞顶之间。活动风门2采用电动钢卷闸门或者多层帆布风帘，其设置在龙门支架I外侧且靠近轴流通风机4出风口的一侧；当采用电动钢卷闸门作为活动风门2时，还设置有与其匹配的钢滑槽，用于电动钢卷闸门的升降。
[0039]具体的，如图1和图2所示，本发明包括龙门支架1、活动风门2、1?2台射流风机
3、轴流通风机4、固定风门5。将大功率轴流通风机4安装在龙门支架I的上部中央，并使通风排烟方向朝向洞外，将I?2台射流风机3安装在龙门支架I的上部轴流通风机4的两侧，并使射流风机3的送风方向朝向作业面，安装时大功率轴流通风机4和射流风机3的轴线均应与隧洞轴线平行；固定风门5采用槽钢与钢板焊接而成，并焊接固定在龙门支架I的上部以及轴流通风机4、射流风机3之间，活动风门2采用从专业厂家定制的加厚的电动钢卷闸门，安装在轴流通风机4出风口侧，位于整个装置的中下部，并配钢滑槽供卷闸门升降。本发明所述的龙门支架I采用高度H型工字钢12、槽钢、双槽钢、钢板焊接而成，在龙门支架I的四根支撑立柱下部，分别安设了 I台额定起重量8?10t、行程大于1.0m的液压千斤顶，以实现龙门支架I的升降。
[0040]本发明的工作原理分为两种情况:第一种情况，如图5和图6所示，当长隧洞作业面爆破工序结束后，在作业面附近将聚集大量的爆破有毒有害气体及烟尘，此时，在爆破安全区域内，先通过电机远程控制柜11和电机本地控制柜8，迅速降下装置上的活动风门2，尽可能将有毒有害气体和烟尘阻隔在装置与作业面之间的空间内，再通过电机远程控制柜11和电机本机控制柜9，启动装置上的射流风机3，使有毒有害气体和烟尘迅速流向装置附近，最后通过电机远程控制柜11和电机本地控制柜10启动装置上的大功率的轴流通风机4，经大直径的柔性风筒16迅速将装置附近的有毒有害气体和烟尘抽排至洞外，从而达到快速通风排烟目的；第二种情况，如图7和图8所示，当快速通风排烟工作完成后，将装置上的活动风门2升起，使施工设备、人员从装置下方通过，从事其它工序施工，其它工序施工期间，射流风机3和大功率的轴流通风机4保持工作状态，一方面向作业面提供高速新鲜风流，降低地温，改善作业环境，另一方面将施工过程中产生的污风排至洞外。
[0041]其中，合理选型的大功率的轴流通风机4作为装置上向洞外通风排烟设备，通过螺栓安装固定在龙门支架1的上端，轴流通风机4安装时排烟方向朝向洞外。紧贴轴流通风机4进风口加焊一道采用钢筋网制成的防护网17，与轴流通风机4自身的防护网构成双重防护，以避免爆破时个别小飞石砸损进风口 ；出风口与配套的柔性风筒16牢固连接，柔性风筒16沿洞顶吊挂平直并一直延伸至洞外，向洞外通风排烟。风筒在转角较大的拐弯处时采用刚性风筒，本优选实例中采用用角钢和钢板焊接制作。
[0042]对射流风机3的出风口焊接一道采用钢筋网制成的防护网17，与射流风机自身防护网构成双重防护。工作时射流风机3向作业面射入高速新鲜风流，高速新鲜风流一方面起到了稀释作业面炮烟或污风，降低了作业面温度作用，另一方面加快了炮烟或污风流向大功率的轴流通风机4，有利于轴流通风机4快速将其抽排至洞外。
[0043]在进行活动风门2的选择时，对于隧洞断面边墙为垂直墙，如城门洞形、矩形和方形，采用电动钢卷闸门作为活动风门2，并根据装置下方满足设备通行的高度和宽度尺寸，选择或定制电动钢卷闸门型号；对于隧洞断面为其它形式的断面，采用多层帆布风帘作为活动风门2。活动风门2仅在爆破后需快速通风排烟期间关闭，也就是降下，而其它工序施工期间打开，也就是升起，以满足施工设备、人员通行需要。
[0044]本发明在实际应用中的移动方法，如图9和图10所示，在装置移动前，先将大直径风筒16从轴流通风机4的出风口拆开，吊挂于隧洞顶部，将电机本地控制柜8、9、10的外接线路断开；将由型钢制成的支架放置在15?20t载重汽车车厢内，将载重汽车开动至通风排烟装置的正下方，通过操控液压控制系统7，收缩通风排烟装置上的液压缸6，使通风排烟装置降落在型支架上，并保证装置的支撑立柱底部距离地面不小于25cm，对通风排烟装置作适当加固后，缓慢匀速开动载重汽车，使通风排烟装置向作业面方向移动至新位置，再通过操控液压控制系统7，顶升液压缸6，使通风排烟装置抬升就位，开出载重汽车，延伸并牢固连接大直径的柔性风筒16以及电机本地控制柜8、9、10的外接线路，即可在新位置上继续进行通风排烟工作。
【权利要求】
1.一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，其特征在于，包括龙门支架(1)，分别设置在龙门支架(1)上端的固定风门(5)和其一侧的活动风门(2)，穿过固定风门(5)设置在龙门支架(1)的上端的轴流通风机(4)和射流风机(3)，以及活动风门(2)、轴流通风机(4)和射流风机(3)的电机控制系统；固定风门(5)与展开后的活动风门(2)相配合用于隔断隧洞中的轴向风流；轴流通风机⑷的入风口和射流风机⑶的出风口设置在固定风门(5)靠近作业面的一侧，轴流通风机(4)的出风口连接柔性风筒(16)，柔性风筒(16)的出风口延伸到隧洞外部。
2.根据权利要求1所述的一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，其特征在于，龙门支架(1)包括支撑平台和支撑立柱，支撑平台呈框架结构，下端至少对称设置四个支撑立柱，上端覆盖有固定设置的支撑板(15);相邻隧洞同一侧壁设置的支撑立柱之间和支撑平台的框架结构内部通过加强杆(13)形成三角支撑结构；相邻隧洞同一侧壁设置的支撑立柱底端共同固定在与隧洞轴线平行设置的连板(14)上。
3.根据权利要求2所述的一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，其特征在于，支撑支柱上分别设置用于高度调节的液压缸，支撑立柱和连板(14)分别连接液压缸(6)的缸体和活塞杆；液压缸的液压控制系统(7)设置在龙门支架(1)上，用于控制各个液压缸(6)的联动作业或单独作业。
4.根据权利要求1所述的一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，其特征在于，电机控制系统包括安装在龙门支架⑴上的电机本地控制柜(8、9、10)，以及设置在爆破区以外安全位置的电机远程控制柜(11);电机本地控制柜(8、9、10)和电机远程控制柜(11)通过无线或有线连接通讯。
5.根据权利要求1所述的一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，其特征在于，活动风门(2)设置在轴流通风机(4)出风口的一侧，采用多层柔性风帘或设置有滑槽的卷闸门。
6.根据权利要求1所述的一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，其特征在于，轴流通风机(4)设置在龙门支架(1)上端中部，射流风机(3)对称设置在轴流通风机(4)的两侧；轴流通风机⑷的入风口和射流风机⑶的出风口分别设置有防护网(17)。
7.根据权利要求1所述的一种长距离隧洞施工期快速通风排烟装置，其特征在于，柔性风筒(16)沿隧洞顶吊挂设置，其在转角大于15度的拐弯时设置刚性风筒过渡连接。
8.—种长距离隧洞施工期快速通风排烟方法，其特征在于，在隧洞内设置隔断轴向风流的风门，在工作面和风门之间形成封闭的污染空间，在风门到隧洞洞口形成安全空间；然后利用穿过风门的通风设备将污染空间内的污染物随气流通过封闭的排风通道抽排到洞口外，同时利用穿过风门的鼓风设备由安全空间向污染空间内鼓风，使污染物加速流向通风设备的入口。
9.根据权利要求8所述的一种长距离隧洞施工期快速通风排烟方法，其特征在于，所述的风门包括位于上部的固定部分和下部活动部分，在非爆破工序的施工期间，能够打开活动风门，保持穿过固定部分的通风设备和鼓风设备的正常运转，为工作面降温并实时进行排污作业。
10.根据权利要求8所述的一种长距离隧洞施工期快速通风排烟方法，其特征在于，所述的风门设置的位置离工作面的距离大于等于50米，并且小于通风设备的通风极限距离和鼓风设备的鼓风极限距离。
【文档编号】E21F1/00GK104500123SQ201410810707
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】冯兴龙, 胡泉光, 郭少军, 陈恩瑜, 朱泽浩 申请人:中国葛洲坝集团第三工程有限公司