一种隧道钻爆法施工空气的净化装置及其方法

技术领域

本发明涉及隧道工程施工的技术领域，尤其是涉及一种隧道钻爆法施工空气的净化装置及其方法。

背景技术

在钻爆法隧道施工中,因钻爆、装渣、运输、喷射混凝土等施工工序会产生大量粉尘，加之隧道施工一般为半封闭状态，随着隧道的开挖，其封闭性越来越强。从而导致上述粉尘无法有效排除，进而威胁到施工人员的健康安全。

现阶段，为除去隧道施工中产生的粉尘，隧道施工后可采用洞口压入式通风以排除上述粉尘。施工时，将新鲜空气由洞外压入至隧道掌子面附近，随后利用上述新鲜空气填充至隧道内，此时混合和大量粉尘的混浊空气即可自隧道掌子面沿隧道开挖洞身排放出隧道外。

但在这种结构中，当隧道施工较长距离后，其新开挖的掌子面附近的施工段空气粉尘含量非常大，而掌子面与隧道入口相隔较远，使得除尘时需要将压入的新鲜空气从掌子面逐步把浑浊空气挤压出隧道入口，进而导致除尘的整体时耗增长，影响施工工期；加之混浊空气需要吹送并运输较长距离，其部分混浊空气难免会存留在隧道内无法排出，使得除尘效果也较差。

结合实际施工需求，研发一种具有除尘时耗短且效果好的隧道钻爆法施工空气的净化装置及其方法已显得非常必要而紧迫。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种隧道钻爆法施工空气的净化装置，其解决了现有技术中存在的排除隧道施工产生的粉尘时效果差且耗时长的问题。

根据本发明的实施例，一种隧道钻爆法施工空气的净化装置，包括：

净化腔室，其端面与隧道初期支护的内壁面相接触以密闭掌子面周围的空气，所述净化腔室连通有进气管和排气管，其自由端均朝向隧道的掌子面，其中，所述进气管与掌子面的间距大于所述排气管与掌子面的间距，所述进气管和所述排气管内均设有过滤模块与风机，所述风机用以将掌子面周围的空气依次引入至进气管、净化腔室以及排气管中；

以及高压喷洒水雾装置，其安装在所述净化腔室内并用以喷射水雾。

本发明的技术原理为：使用时，将排气管伸入至掌子面上，此时排气管与进气管以及隧道初期支护的内壁面间即为混合有大量粉尘并急需除尘的空间，随后启动风机以及高压喷洒水雾装置，此时排气管内的风机即可通过排气管将空气压入至掌子面上，同时掌子面附近的混浊气体在进气管内的风机的吸引下被吸入至进气管内，并被进气管内的过滤模块初步过滤，过滤后的混浊空气再进入至净化腔室内，并在高压喷洒水雾装置产生的水雾的冲洗吸附下完成除尘；在此之后，经除尘处理后空气又重新在排气管内的风机的吸引下，经排气管内的过滤模块再次过滤并排放至掌子面附近，以此循环。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：通过利用净化腔室的端面与隧道初期支护面接触以形成两个独立的腔室，即隔离掌子面附近的空气以及净化腔室内的空气，并将排气管的伸入至掌子面上，使得在利用进气风机以及进气风机换气时，排气管处排出的新鲜空气不断朝进气管方向挤压掌子面附近的混浊空气，并在进气管内的进气风机的吸引下，使得掌子面附近能够形成朝进气管方向不断流动的空气流，并利用上述空气流将掌子面附近的混浊空气输送至净化腔室内以进行降尘处理；在本装置中，通过隔离掌子面的空气，并利用两个风机使掌子面附近的空气形成不断循环空气流，使得除尘时仅需对掌子面附近的混浊空气集中处理，大大减少了除尘工序整体的耗时，也相应的提高了装置对掌子面附近的空气除尘的效果。

本发明还提出了另一种实施例，本装置还包括门架台车，所述排气管、进气管以及所述净化腔室均固设在所述门架台车上。

本发明还提出了另一种实施例，本装置还包括：

收集槽，其位于所述净化腔室的下方以收集所述高压喷洒水雾装置喷出的废水；

以及废水净化装置，其固设在所述门架台车上，所述废水净化装置与所述收集槽相连通以净化所述收集槽内的废水。

本发明还提出了另一种实施例，所述废水净化装置包括：

初级沉淀池，其与所述收集槽相连通并设有多级，每级所述初级沉淀池间通过隔板分离，所述隔板的顶部设有溢流槽孔；

混凝沉淀池，其与最末级所述初级沉淀池相连通，所述混凝沉淀池内安装有混凝料喷射管；

斜管沉淀池，其与所述混凝沉淀池底部相连通；

以及净水池，其与所述斜管沉淀池相连通以收集经所述斜管沉淀池沉淀后的净水。

本发明还提出了另一种实施例，所述混凝沉淀池上还固设有驱动电机，所述驱动电机的输出端同轴固设有搅拌叶片，所述搅拌叶片位于所述混凝沉淀池的上部。

本发明还提出了另一种实施例，所述废水净化装置通过水泵与所述高压喷洒水雾装置相连通。

本发明还提出了另一种实施例，所述门架台车内设有可沿隧道长度方向贯通的开口，所述门架台车正对隧道掌子面的端面上安装有用以密封所述开口的卷帘。

本发明的第二个目的在于提供一种隧道钻爆法施工空气的净化方法，其解决了现有技术中存在的排除隧道施工产生的粉尘时效果差且耗时长的问题。

根据本发明的实施例，一种隧道钻爆法施工空气的净化方法，包括：

使用上述隧道钻爆法施工空气的净化装置，其中，

步骤一：将净化腔室设于隧道初期支护衬砌已完成段与仰拱填充完成段之间的壁面上以将掌子面附近的空气隔离；

步骤二：将排气管的伸入至掌子面处；

步骤三：启动风机以及高压喷洒水雾装置。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：通过采用上了上述隧道钻爆法施工空气的净化装置，使得在处理较长距离的隧道内除尘时其除尘速度更快效果更好。

本发明还提出了另一种实施例，上述步骤还包括步骤四：收缩所述卷帘以打开所述开口供出渣车进入，待出渣作业完成后将所述卷帘垂下以封闭隧道掌子面附近的空气。

本发明还提出了另一种实施例，将除尘后的废水引流至所述废水净化装置内进行沉淀净化处理，并启动所述水泵将经所述废水净化装置内净化后的水抽吸至所述高压喷洒水雾装置中。

附图说明

图1为本发明实施例的纵向断面示意图。

图2为本发明实施例的横向断面示意图。

图3为封闭板以及斜板的安装结构简图。

上述附图中：1、净化腔室；2、进气管；3、排气管；4、过滤模块；5、进气风机；6、排气风机；7、高压喷洒水雾装置；8、门架台车；9、收集槽；10、废水净化装置；101、初级沉淀池；102、混凝沉淀池；103、斜管沉淀池；104、净水池；11、搅拌叶片；12、混凝料喷射管；13、隔板；14、溢流槽孔；15、开口；16、卷帘；17、支架；18、隧道初期支护；19、封闭板；20、斜板；21、伸缩管；22、水泵；23、水管。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1、图2以及图3所示，根据本发明的实施例，一种隧道钻爆法施工空气的净化装置，包括：

净化腔室1，其端面与隧道初期支护18的内壁面相接触以密闭掌子面周围的空气，净化腔室1连通有进气管2和排气管3，其自由端均朝向隧道初期支护18的掌子面，其中，进气管2与掌子面的间距大于排气管3与掌子面的间距，在本实施例中，排气管3的出气端上安装有伸缩管21(如常用的波纹管或尼龙布风管)，使用时可直接将伸缩管21的自由端伸入至隧道掌子面处；进气管2和排气管3内均设有过滤模块4，过滤模块4可为粉尘吸附力强的纤维状、海绵状或碳纤维状的空气滤芯，进气管2内还安装有进气风机5，排气管3内安装有排气风机6，两风机用以将掌子面周围的空气依次引入至进气管2、净化腔室1以及排气管3中；

以及高压喷洒水雾装置7，其通过支架17安装在净化腔室1的顶部并用以向下喷射水雾，该高压喷洒水雾装置7可通过在输水管上加设多个水雾喷头实现，其具体结构为现有技术，此处不在赘述；考虑到隧道内顶部为弧形结构，在本实施例中，其设置的高压喷洒水雾装置7中的输水管也呈现弧形向下的结构，此时，经高压喷洒水雾装置7喷洒出的水雾即可有效充满并均布在净化腔室1内。

采用上述方案：

使用时，将排气管3上的伸缩管21伸入至掌子面上，此时排气管3与进气管2以及隧道初期支护18内壁面间即为混合有大量粉尘并急需除尘的空间，随后启动风机以及高压喷洒水雾装置7，此时排气风机6即可通过排气管3将空气压入至掌子面上，同时掌子面附近的混浊气体在进气风机5的吸引下被吸入至进气管2内，并被进气管2内的过滤模块4初步过滤，过滤后的混浊空气再进入至净化腔室1内，并在高压喷洒水雾装置7产生的水雾的冲洗吸附下完成除尘；在此之后，经除尘处理后空气又重新在排气风机6的吸引下，经排气管3内的过滤模块4再次过滤并排放至掌子面附近，以此循环。

通过利用净化腔室1的端面与隧道初期支护18面接触以形成两个独立的腔室，即隔离掌子面附近的空气以及净化腔室1内的空气，并将排气管3的伸入至掌子面上，使得在利用进气风机以及进气风机5换气时，排气管3处排出的新鲜空气不断朝进气管2方向挤压掌子面附近的混浊空气，并在进气管2内的进气风机5的吸引下，使得掌子面附近能够形成朝进气管2方向不断流动的空气流，并利用上述空气流将掌子面附近的混浊空气输送至净化腔室1内以进行降尘处理；在本装置中，通过隔离掌子面的空气，并利用两个风机使掌子面附近的空气形成不断循环空气流，使得除尘时仅需对掌子面附近的混浊空气集中处理，大大减少了除尘工序整体的耗时，也相应的提高了装置对掌子面附近的空气除尘的效果。

进一步的，为方便运输，本实施例还包括门架台车8，排气管3、进气管2安装在门架台车8的顶部，上述净化腔室1固设在门架台车8上以构成门架台车8的车身。

进一步的，爆破工作完成后，需要使用出渣车将爆破后的矿渣运输出去，为方便出渣车或工人在隧道内行走，如图2以及图3所示，门架台车8的中部设有可沿隧道长度方向贯通的开口15，该开口15成梯形设置，上述净化腔室1位于该开口15以及隧道初期支护18内壁面之间的区域，此时，上述净化腔室1被该开口15分隔为左右两个，并通过二者的顶部相连通；门架台车8正对隧道掌子面的端面上通过支架17安装有卷帘16，该卷帘16放下时可密封上述开口15。

此时，通过收起卷帘16即可打开上述开口15，行人或出渣车可通过该开口15在隧道内自由穿行。

进一步的，如图2以及图3所示，为减少门架台车8的总重量，上述净化腔室1由构成上述梯形开口15的斜板20板面、沿隧道18长度方向并固设在该门架台车8前后两端上的封闭板19以及隧道初期支护18的内壁面构成，通过利用隧道初期支护18本身的内壁面作为净化腔室1的一个密封面，即可大大的减少密封该面所需要的钢板，节约成本的同时也减轻了门架台车8的总重量；此时，左右两个净化腔室1与其顶部相连通的通道整体呈倒立的U型结构。

本发明还提出了另一种实施例，为减少水资源的浪费，本装置还包括：

收集槽9，其固设在门架台车8的底部并用以收集高压喷洒水雾装置7喷出的废水；

以及废水净化装置10，其固设在门架台车8上，废水净化装置10与收集槽9相连通以净化收集槽9内的废水，在这种结构中，高压喷洒水雾装置7喷出来的水在完成除尘工序后即可流入至收集槽9内，随后通过该收集槽9再流入至废水净化装置10中净化，净化后的净水即可用于其他施工作业以减少水资源的浪费。

进一步的，废水净化装置10包括：

初级沉淀池101，其与收集槽9相连通并设有多级，每级初级沉淀池101间通过隔板13分离，隔板13的顶部设有溢流槽孔14，各初级沉淀池10通过上述溢流槽孔相连通；

混凝沉淀池102，其与最末级初级沉淀池101相连通，混凝沉淀池102的壁面上安装有混凝料喷射管12，该混凝料喷射管12伸入至混凝沉淀池102的底部，通过混凝料喷射管12喷出的混凝剂(也成为絮凝剂，其主要成分可包括三氯化铁或硫酸铝等)，利用上述混凝剂使灰尘发生聚集并沉淀以达到净水的作用；

斜管沉淀池103，其与混凝沉淀池102底部相连通，斜管沉淀池103是在平流式或竖流式沉淀池的沉淀区内利用倾斜的平行管或平行管道(有时可利用蜂窝填料)分割成一系列浅层沉淀层，使沉降的沉泥在各沉淀浅层中相互运动并分离，其具体结构以及工作原理为现有技术，此处不在赘述；

以及净水池104，其与斜管沉淀池103相连通已收集经斜管沉淀池103沉淀后的净水。

在这种结构中，经收集槽9内流入的废水可依次通过各初级沉淀池101、混凝沉淀池102、斜管沉淀池103依次沉淀过滤，最终流入至净水池104内储存；参考图2，废水净化装置10可仅设置在门架台车8的一侧，也可在门架台车8的两侧均设置该废水净化装置10，本实施例中即门架台车8的两侧均设有废水净化装置10。

进一步的，为使混凝沉淀池102中的混凝剂与灰尘反应充分，混凝沉淀池102上还固设有驱动电机，驱动电机的输出端同轴固设有搅拌叶片11，搅拌叶片11位于混凝沉淀池102的上部，利用搅拌叶片11的搅拌作用，即可使该混凝沉淀池102中混凝剂与灰尘的反应充分。

本发明还提出了另一种实施例，废水净化装置10内还安装有水泵22，其两端分别通过水管23与高压喷洒水雾装置7以及净水池104相连通，经过废水净化装置10净化后的水即可直接输送至高压喷洒水雾装置7中以形成循环；应当理解的是，上述高压喷洒水雾装置7的净水输入端非仅通过水泵22以及水管23与净水池104相连通，还可根据需要与外界水源连通，其可通过在水泵22前加设三通阀，以切换高压喷洒水雾装置7的供水模式，保证高压喷洒水雾装置7的有效运行。

本发明的第二个目的在于提供一种隧道钻爆法施工空气的净化方法，根据本发明的实施例，一种隧道钻爆法施工空气的净化方法，包括：

使用上述隧道钻爆法施工空气的净化装置，其中，

步骤一：将净化腔室1设于隧道初期支护18衬砌已完成段与仰拱填充完成段之间的壁面上以将掌子面附近的空气隔离；

步骤二：将排气管3的伸入至掌子面处；

步骤三：启动风机以及高压喷洒水雾装置7。

采用上述方案：

通过采用上了上述隧道钻爆法施工空气的净化装置，使得在处理较长距离的隧道内除尘时其除尘速度更快效果更好。

进一步的，上述实施例还包括步骤四：收缩卷帘16以打开开口15供出渣车进入，待出渣作业完成后将卷帘16垂下以封闭隧道掌子面附近的空气。

进一步的，将除尘后的废水引流至废水净化装置10内进行沉淀净化处理，并启动水泵将经废水净化装置10内净化后的水抽吸至高压喷洒水雾装置7中。

本发明的工作过程为：爆破工作完成后，收起卷帘16供行人以及出渣车通行，待出渣作业完成后，将排气管3上的伸缩管21伸入至掌子面上，此时排气管3与进气管2以及隧道初期支护18内壁面间即为混合有大量粉尘并急需除尘的空间，随后启动进气风机5、排气风机6以及高压喷洒水雾装置7，此时排气风机6即可通过排气管3将空气压入至掌子面上，同时掌子面附近的混浊气体在进气风机5的吸引下被吸入至进气管2内，并被进气管2内的过滤模块4初步过滤，过滤后的混浊空气再进入至净化腔室1内，并在高压喷洒水雾装置7产生的水雾的冲洗吸附下完成除尘；在此之后，经除尘处理后空气又重新在排气管3内的风机的吸引下，经排气管3内的过滤模块4再次过滤并排放至掌子面附近，以此循环；经高压喷洒水雾装置7冲洗除尘后的废水再沿着构成梯形开口15的斜板20的板面流动至收集槽9内，随后再依次流进初级沉淀池101、混凝沉淀池102以及斜管沉淀池103中以沉淀过滤，最后经多级沉淀过滤后的水流入至净水池104中并被水泵冲洗输送至高压喷洒水雾装置7内。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。