输煤廊道通风设计浅析

陈必宙

福建省交通规划设计研究院有限公司

随着我国基建的高速发展，企业对配套能源的需求也日益增长。承载港口到生产基地的输煤栈道和输煤廊道由此而生。而作为易燃品煤炭的输送通道，它与普通隧道有明显的差别，而相关规范却相对滞后。鉴于目前国内外对此并无太多公开发表的研究先例和规范图集，本文以自身参与的项目为依托，综合输煤隧道运营特点和消防疏散作设计分析，探索构建满足通风及疏散要求的通风防排烟系统。

1 输煤隧道通风设计前应明确的内容

1.1 输煤地道火灾危险性的确定

根据《建筑设计防火规范》[1]表 3.1.3 丙类物品的特征“ 丙类存储物品包括可燃固体物质和闪点大于或等于60 ℃的可燃液体，可燃固体在空气中收到火焰和高温作用时能发生燃烧，即使移走火源，仍能继续燃烧”，煤炭火灾危险性应是丙二类。《火力发电厂与变电站设计防火标准》[2]5 .2.1条明确“ 运煤栈桥的火灾危险性属于丙类”。7.5.3条条文注释“ 运煤系统建筑的火灾危险性为丙类”。由此可确定输煤隧道的火灾危险性应属于丙二类。

小结：根据《煤炭工业供暖通风与空气调节设计标准》[3]3 .1.8 条规定“ 防烟、排烟设计应按现行国家标准《建筑设计防火规范》G B50016执行。”而 《建筑设计防火规范》[1]8 .5.4 条规定“ 地下或半地下建筑（室）、地上建筑内的无窗房间，当总建筑面积大于 200 m2或一个房间建筑面积大于50 m2，且经常有人停留或可燃物较多时，应设置排烟设施。”

带式输送机需经常有人停留检修维护设备正常运行，且煤炭为丙二类可燃物品。输煤隧道应设置排烟系统。

1.2 疏散安全出口间距和防火分区的确定

1.2.1 安全出口的规范依据

《建筑设计防火规范》[1]6 .6.2条强制性规定“输送有火灾、爆炸危险物质的栈桥不应兼做疏散通道”。处于地下空间的输煤地道燃烧不易充分，对疏散要求应不低于输煤栈桥，故也应设置独立的安全出口。

《火力发电厂与变电站设计防火标准》[2]5 .2.1规定“运煤栈桥安全出口间距不超过150 m”。《煤炭工业矿井设计规范》14.2.7条规定“ 贩煤地道应设置安全出口和通风孔，安全出口不应少于 2 个，间距不应大于150 m，并应直接通向室外”。

1.2.2 城市综合管廊的相关定义和消防定性

《城市综合管廊工程技术规范》[4]2 .1.1条文注释附有术语“ 综合管廊”的 6个主要特点“ 1.稳定、大流量的运输。2.高度的安全性。3.紧凑的内部结构。4.可直接供给到稳定使用的大型用户。5 .一般需要专用的设备。6.管理及运营比较简单”。

《城市综合管廊工程技术规范》[4]5 .4.3条规定“综合管廊的人员出入口宜与逃生口、吊装口、进风口结合设置，且不应少于 2 个”5.4.4.条规定“ 敷设电力电缆、天然气的舱室，逃生口间距不宜大于200 m”。7.1.1条规定：“阻燃电力电缆舱室、通信线缆、热力管道的火灾危险性类别为丙类。天然气管道的火灾危险性类别为甲类”。7.1.6条规定“ 天然气管道舱和容纳电力电缆的舱室应每隔 200 m 采用耐火时限不低于 3.0 h 的不燃性墙体进行防火分隔”。由此可见，综合管廊在保证人员安全疏散的同时。也考虑了在一定空间距离设置防火分区，限制火灾蔓延，保护财产安全的措施。

1.2.3 丙类厂房和仓库的防火分区规定

《建筑设计防火规范》[1]表 3.3.1 强制性规定：“ 地下或半地下厂房的每个防火分区最大允许建筑面积为500 m2”，当设置自动灭火时，允许按规定建筑面积增加一倍为：1000 m2。以输煤隧道截面积宽度为10 m计算，每个防火分区允许长度为100 m，小于综合管廊的150 m分区长度限制。

小结：从 “ 综合管廊”的术语注释“ 主要特点”发现，输煤廊道竟完全吻合以上6个主要特点。同样为输送系统，基于目前输煤廊道没有专门规范的现实，借鉴高度类似的有相对成熟规范体系的城市综合管廊设计，实为一个相对可靠的做法。

输煤隧道每隔150 m内，设置1个检修人员的安全出口，划分一个防火分区。分区之间借鉴厂房仓库的做法，采用水幕防火分隔。防火分区的设置可以形成阻止火灾向同一建筑其余部分蔓延的局部空间，保护人民生命和财产的安全。水幕的设置相比防火门或防火卷帘，在满足防火分隔的同时，对平时检修车辆的通行及通风的阻挡影响极少。少数因设备遮挡，水幕无法保护的区域门，采用耐火时限达到 3 h的防火板分隔。

市政管廊可以借由地面的绿化人行道，设置疏散出口。而输煤隧道常埋深超百米。1.5 km 长隧洞，每150 m设置1个直通室外的疏散出口，需要 9 个疏散出口。安全出口涉及征地、管理等问题，造价极高，几无可能。而单洞双向交通（公路）隧道，面临类似问题，其采用设置平行导洞（辅洞）疏散的方法，值得借鉴。参考图1。

1.3 是否可以考虑借鉴公路隧道采用纵向排烟或重点排烟

1）《建筑设计防火规范》[1]中，城市交通隧道的火灾危险等级是按一、二、三、四类划分的，其中一、二、三类机动车隧道应设置排烟设施；厂房和仓库等生产的建筑物和火灾危险性分为：甲、乙、丙、丁、戊类；两者划分依据完全不同。显然目前规范对输煤隧道的火灾危险性（丙二类）等级划分与城市综合管廊和厂房、仓库等民用建筑一致。

2）同样是隧道，公路隧道的通风保证了司机的驾车清晰视距和足够的新鲜空气。公路隧道推荐采用的纵向排烟是在火灾点前方车辆驶离后，向行车方向空无一物（无可燃物）的隧洞前方，用射流风机纵向排烟至室外，保证滞留人员疏散安全。

输煤隧道平时通风是为了稀释输送物品产生的有害气体并保证检修人员呼吸到足够的新鲜空气。事故通风是为了稀释突发大量有害气体的集聚。两者通风目的不一样。

排烟是为了保证检修人员的疏散安全。因整个隧道都是可燃物，为减少火势顺烟气朝前方蔓延的可能，输煤隧道不宜采用纵向排烟。

3）《建筑设计防火规范》[1]12.3.2条规定“ 单洞双向交通隧道，宜采用重点排烟”，重点排烟即在隧顶下沿隧洞方向设置纵向排烟道集中排烟，常闭排烟口沿风道均距布置。交通隧道一般没有设置自动喷水灭火系统的要求，且以整个隧洞为一个防火分区。《火力发电厂与变电站设计防火标准》[2]表7.5.3强制性条文规定“燃用褐煤的运煤隧道应设有自动喷水灭火系统或水喷雾系统”。显然交通隧道的消防对《建筑设计防火规范》[1]总则1.0.1“ 保护人身和财产安全，制定本规范”的“人身”安全考虑较多，而对滞留汽车等财产安全考虑较少。目前规范对运煤隧道的消防标准是高于交通隧道的。

以“ 保护人身和财产安全”为原则。建筑专业认为，输煤隧道的消防设计宜借鉴综合管廊设计，分段设置多个防火分区。则洞顶下方纵向设置的重点排烟管道不可避免的水平跨越防火分区，而这违反了《建筑防烟排烟系统技术标准》[5]4 .4.1条“ 当建筑的机械排烟系统沿水平方向布置时，每个防火分区的机械排烟系统应独立设置”的强制性要求。

小结：从通风目的和火灾危险性划分来说，这完全是两种不同性质隧道。

2 平时通风、事故通风、防排烟设计及模型

以南方某长度1.5 km、截面积为95 m2、宽度 11 m的输煤隧道为例。

2.1 通风设计分析及思考

《煤炭工业供暖通风与空气调节设计标准》[3]3.1.6.4条规定：“长距离的输煤地道可结合安全出口分段设置通风系统”；注释：“ 根据 GB50215-2015《煤炭工业矿井设计规范》第 14.2.7 条规定“贩煤地道应设置安全出口和通风孔，安全出口不应少于2个，间距不应大于150 m，并应直接通向室外”因此对于长距离的输煤地道，间距不大于150 m的安全出口，为通风系统分段设置创造了有利条件。

根据GB/T50466-2018《煤炭工业供暖通风与空气调节设计标准》[3]。当采用具有密闭并采取防尘、降尘、除尘措施的开小带式输送机输送时，平时通风量可按换气次数不小于6次/h计算。事故通风应按换气次数不小于12次/h计算（两种通风换气要求和天然气管道舱要求一致）。事故通风量可由经常使用的通风系统与事故通风系统共同保证。

平时通风：按整个隧道长度 1.5 km 计算，换气次数 6 次/h，计算结果为L=1500 m*95 m2*6 次/h=855000 m3/ h。

常规设计，风速按10/s，需要排风风道截面积为855000 m3/ h/3600/10 m/s=23.75 m2。1.5 km长隧道，通长设置截面积23.75 m2的风道，成本极高。平时通风没有火灾隐患，可以借鉴采用多台射流风机接力送风的公路隧道纵向通风模式。同时防火分区之间采用水幕分隔，减少平时纵向通风阻力。

事故通风：按不大于150 m的区间计算，换气次数12 次/h，计算结果为 150 m*95 m2*12 次/h=171000 m3/ h。规范规定“ 事故通风量，可由平时通风系统一起承担”。有害气体浓度超标时，区间内独立设置的事故通风系统启动，提供6次/h的通风量。而另外6次/h的事故通风量由平时纵向通风的系统承担。风速按 10/s,需要排风风道截面积为 171000 m3/ h/2/3600/10/s=2.375 m2。具体见图1、图 2、图 3。

图1 输煤隧道通风示意图

图2 区间通风示意图

图3 隧洞截面图

2.2 排烟

防烟分区设置困难。固定挡烟垂壁的设置对平时纵向通风的阻力影响巨大，且弧形顶棚设置电动挡烟垂壁困难。《公路隧道通风设计细则》[6]10.2.8.2 规定“防烟分区可按隧道通风区段划分，且每个排烟分区的长度不应大于1000 m”。因输煤隧道专业巡检人员很少，且人员对隧洞内平面布置和疏散熟悉，可以迅速找到安全出口。故设计可采用150 m长度为一个防烟分区设计排烟系统。同时排烟口分散布置，保证排烟口距分区内最不利点水平距离小于 30 m。

排烟量按《建筑设计防火规范》[1]体系下的《建筑防烟排烟系统技术标准》[5]要求计算。隧道弧形顶棚套用斜坡式顶棚模型，空间净高按排烟口到地面距离5.7 m 计算。排烟量按 60 m3/ h.m2计算结果为：150*11*60=99000 m3/ h，风机选型安全系数1.2。

排烟系统由每个分区的疏散横通道上方的防爆消防排烟风机45°侧接排至平行导洞（辅洞）中的排烟通道 P中，由通道中的射流风机接力排出洞外。具体参见图1、图 2、图 3。

2.3 防烟

设置平导作为逃生通道，通道应设防烟系统。该疏散方式和公路隧道平导疏散通道要求基本一致。《公路隧道通风设计细则》[6]10.4.1条规定“ 专用避难疏散通道、独立避难所的前室余压值不应小于30 Pa，专用避难疏散通道、独立避难所的余压值不应小于50 Pa。”10.4.2条规定“ 专用避难疏散通道的防烟设计应根据其长度和净空，选择合理适用的机械加压送风方式；其前室加压送风量和送风口尺寸，应按其入口门洞风速不小于1.2 m/s计算确定”。防烟系统的加压风量具体参《建筑防烟排烟系统技术标准》[5]相关条文计算。防烟系统具体由平行导洞疏散通道的射流风机承担，射流风机选型参《公路隧道通风设计细则》[6]相关条文计算。具体见图1、图 2、图 3。

2.4 设计模型

设计模型参照城市综合管廊，防烟系统和防烟分区参照公路隧道，防火水幕分隔参照厂房和仓库。具体见图1、图 2、图 3。

事故通风的一半排风量和区间火灾的排烟量由横通道上方风机房里的防爆消防排烟风机 HTF-I No16.L=120230 m3/ h，H=652 Pa，r=960 rpm，N=30 kW，96dB(A)承担。

通风排烟风口，平时宜常闭，避免煤粉堆积自燃。辅洞和输煤隧道因涉及消防补风、排烟、疏散通道防烟、平时纵向排风、事故通风等系统，需注意避免端头洞口送排风短路。采于斜洞疏散的公路隧道，斜洞出口没有长度限制，当另一端封堵时，对处理送排风短路有利，如图1右端所示。

3 结语

输煤隧道有打洞造价高、洞内人员极少、可燃物多、消防相关规范模糊等特点。因对“ 人身和财产”的保护、侧重程度不同，涉及安全疏散、防火分区、自动灭火系统、独立通风防排烟等设计变化，造价相差巨大。设计人员经常为参照“ 综合管廊”还是“ 交通隧道”的做法，压力巨大，无从下手。从当前规范理解，参照综合管廊的设计思路，显然更吻合《建筑设计防火规范》[1]对“ 人身和财产”保护的基本原则，而适当借鉴一些公路隧道通风的具体做法对项目的合理性有很好的提高和补充。