俄羅斯地采礦山無軌設備需風量計算方式

歐陽倫熬

（紫金礦業集團股份有限公司）

以俄羅斯龍興礦業有限公司礦井通風系統的設計資料作為重要參考，無軌設備需風量計算主要采用額定功率配風量進行風量核算，尾氣（CO、NO2）稀釋至安全標準的需風量，獨頭巷道作業排風量、作業需氧量作為輔助進行核定計算，取最大值作為風量計算終值。以地采鏟運機和自卸卡車為例，進行設備需風量計算。

1 內燃機設備定額需風量Q b

內燃機設備定額需風量Qb為

式中，q為柴油機每千瓦的需風量定額標，4 m3/（min·kW）［1-2］；Kz為 內燃機作業同時系數，1臺設備運行時，Kz=1，2臺設備運行時，Kz=0.9，3臺或更多設備運行時，Kz=0.85）［3］；∑N為自走式柴油設備發動機的總額定最大功率鏟運機最大功率為63.2 kW，自卸卡車最大功率為136 kW。

2 有害氣體稀釋至限值標準的需風量Q x

無軌設備根據巷道回風風流中的有害廢氣（NO2和CO）的濃度值確定所需風量［4］。

鏟運設備將排放氣體稀釋至衛生標準所需的風量按式（2）計算。式中，a1是與巷道粗糙度有直接關聯的氣體擴散系數，其值取決于摩擦阻力系數α,×104N·S2/m4，當α≥16時，為循環系數0.13～0.17，t為鏟裝作業時設備的往復操作時的額定工況時間，s，T為機器作業周期平均循環時間，為排出氣體中有害成分的稀釋倍數，cx為有害成分的極限允許含量，%，cp為排出氣體中有害成分的實際含量，%。

Ip為單臺機器氣體的排放強度，按式（3）計算。

式中，W為發動機所有汽缸的容積，L；n為發動機轉速，r/min。

自走式柴油設備作業時，有害氣體稀釋所需的空氣總耗量為

由于缺少柴油設備廢氣有害成分濃度指標的實際數據，采用同類柴油設備的其它企業類似條件下所得的指標。風量核定指標采用柴油設備氣體凈化前數據，有害成分的濃度如下。

（1）鏟運機ACY-2：CO=0.014%，NO2=0.015%；

（2）自 卸 汽 車AJK-20：CO=0.013 9%，NO2=0.006%。

俄聯邦規范標準中，作業環境CO限值為0.001 7%，NO2限值為0.000 26%；國標規范標準中，作業環境CO限值為0.002 4%，NO2限值為0.000 24%。

鏟運機ACY-2排氣中的CO指標Ip=0.116 m3/s，=0.324 m3/s。

鏟運機ACY-2排氣中的NOx指標：

自卸汽車AJK-20排氣中的CO指標：Ip=0.245 m3/s，QCOx=0.681 m3/s。

自卸汽車AJK-20排氣中的NOx指標

尾氣排放有害氣體稀釋至標準限值的需風量，能夠進一步驗證4 m3/（min·kW）是否滿足實際需求。同時還應遵守下列條件：車輛凈化后的尾氣有毒成分的含量最高不應超過一氧化碳CO含量0.05%；換算成NO2時的氮氧化物含量為0.005%；過高的濃度意味著車輛燃燒不夠充分或凈化設備需要檢修。俄聯邦文件要求投運的內燃機每月檢查一次，同時，每次維修、調試或暫停作業（超過14 d）后，也應進行系統的尾氣檢查［5］。

3 無軌設備作業獨頭巷道通風（廢氣）所需風量Q d

在內燃機每個工作周期，獨頭巷道排氣（廢氣）所需風量（Qd）按式（5）～式（7）計算。

式中，Vh巷道獨頭部分的容積，m3；S為巷道的橫截面積，15.1 m2；L為巷道獨頭部分的長度，50 m；T為完成一個工作周期的時間，s；tz為鏟斗（車廂）裝料時間，60 s；tx為鏟斗（車廂）卸料時間，25 s；ty為輔助（調車）作業時間，取90 s；V為內燃機設備平均行駛速度，取2.2 m/s。

計 算 得 出Vh=755 m3，T=220 s，Qd=3.43 m3/s。

4 無軌設備作業時需氧量Q O

內燃機作業時，工作區進風量應保證空氣中的氧氣含量不小于20%［5］。

因而，計算內燃機運行時工作區所需空氣量，除了計算將排氣稀釋至極限允許濃度所需的空氣量之外，還應計算確保氧氣含量所需的空氣量。

氧氣含量計算以碳氫燃料化學氧化反應的關系式為基礎。根據本關系式，每類燃料均存在化學計算空氣量，即燃料完全燃燒所需的空氣量lO，1 kg燃料需要空氣14.42 kg。

對于內燃機而言，發動機作業所需的空氣耗量按式（8）計算。

式中，N為發動機額定功率，kW；q為額定功率下的燃料單位耗量，kg/（kW·h）；α為過量空氣系數，對于柴油增壓發動機，取2.2；ρ為空氣密度，ρ=1.23 kg/m3；KO為進入工作區的空氣中的氧氣含量，21%。

燃料燃燒后，空氣中氧氣的最終含量不小于20%時，燃燒過程所需的空氣耗量QO按式（9）修正計算。

對于鏟運機ACY-2，QA=0.105 m3/s，QO=2.2 m3/s。

對 于 自 卸 汽 車AJK-20，QA=0.225 m3/s，QO=4.7 m3/s。

5 無軌設備作業時核定最終需風量Q

（1）ACY-2鏟運機需風量核定：Qb（4.2 m3/s）>Qd(3.43 m3/s)>QX(2.6 m3/s)>Qo(2.2 m3/s)；ACY-2鏟運機最終需風量為4.2 m3/s。

（2）AJY-20自卸卡車需風量核定：Qb（9.1 m3/s）>QO(4.7 m3/s)>Qd(3.43 m3/s)>QX(2.6 m3/s)；AJY-20型自卸卡車最終需風量為9.1 m3/s。

6 結 論

（1）地采無軌設備需風量按照4種方式進行核算，取最大值為最終值，4種方式分別為設備額定馬力標準配風量計算、設備獨頭巷道作業通風風量計算、尾氣有害氣體稀釋限值計算、設備需氧量計算。

（2）從計算結果來看，國內采用4 m3/（min·kW）配風量，在多數情況下也能將有害氣體稀釋至安全限值，可采用計算方式。

（3）多臺設備同時作業時，風量計算需注意同時作業系數k，1臺為1，2臺為0.9，3臺以上為0.85。