歐陽倫熬

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司）

以俄羅斯龍興礦業(yè)有限公司礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料作為重要參考，無軌設(shè)備需風(fēng)量計(jì)算主要采用額定功率配風(fēng)量進(jìn)行風(fēng)量核算，尾氣（CO、NO2）稀釋至安全標(biāo)準(zhǔn)的需風(fēng)量，獨(dú)頭巷道作業(yè)排風(fēng)量、作業(yè)需氧量作為輔助進(jìn)行核定計(jì)算，取最大值作為風(fēng)量計(jì)算終值。以地采鏟運(yùn)機(jī)和自卸卡車為例，進(jìn)行設(shè)備需風(fēng)量計(jì)算。

1 內(nèi)燃機(jī)設(shè)備定額需風(fēng)量Q b

內(nèi)燃機(jī)設(shè)備定額需風(fēng)量Qb為

式中，q為柴油機(jī)每千瓦的需風(fēng)量定額標(biāo)，4 m3/（min·kW）［1-2］；Kz為 內(nèi)燃機(jī)作業(yè)同時(shí)系數(shù)，1臺(tái)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，Kz=1，2臺(tái)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，Kz=0.9，3臺(tái)或更多設(shè)備運(yùn)行時(shí)，Kz=0.85）［3］；∑N為自走式柴油設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)的總額定最大功率鏟運(yùn)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的需風(fēng)量Q x

無軌設(shè)備根據(jù)巷道回風(fēng)風(fēng)流中的有害廢氣（NO2和CO）的濃度值確定所需風(fēng)量［4］。

鏟運(yùn)設(shè)備將排放氣體稀釋至衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)所需的風(fēng)量按式（2）計(jì)算。式中，a1是與巷道粗糙度有直接關(guān)聯(lián)的氣體擴(kuò)散系數(shù)，其值取決于摩擦阻力系數(shù)α,×104N·S2/m4，當(dāng)α≥16時(shí)，為循環(huán)系數(shù)0.13～0.17，t為鏟裝作業(yè)時(shí)設(shè)備的往復(fù)操作時(shí)的額定工況時(shí)間，s，T為機(jī)器作業(yè)周期平均循環(huán)時(shí)間，為排出氣體中有害成分的稀釋倍數(shù)，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(shí)際含量，%。

Ip為單臺(tái)機(jī)器氣體的排放強(qiáng)度，按式（3）計(jì)算。

式中，W為發(fā)動(dòng)機(jī)所有汽缸的容積，L；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。

自走式柴油設(shè)備作業(yè)時(shí)，有害氣體稀釋所需的空氣總耗量為

由于缺少柴油設(shè)備廢氣有害成分濃度指標(biāo)的實(shí)際數(shù)據(jù)，采用同類柴油設(shè)備的其它企業(yè)類似條件下所得的指標(biāo)。風(fēng)量核定指標(biāo)采用柴油設(shè)備氣體凈化前數(shù)據(jù)，有害成分的濃度如下。

（1）鏟運(yùn)機(jī)ACY-2：CO=0.014%，NO2=0.015%；

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

俄聯(lián)邦規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，作業(yè)環(huán)境CO限值為0.001 7%，NO2限值為0.000 26%；國(guó)標(biāo)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，作業(yè)環(huán)境CO限值為0.002 4%，NO2限值為0.000 24%。

鏟運(yùn)機(jī)ACY-2排氣中的CO指標(biāo)Ip=0.116 m3/s，=0.324 m3/s。

鏟運(yùn)機(jī)ACY-2排氣中的NOx指標(biāo)：

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

自卸汽車AJK-20排氣中的NOx指標(biāo)

尾氣排放有害氣體稀釋至標(biāo)準(zhǔn)限值的需風(fēng)量，能夠進(jìn)一步驗(yàn)證4 m3/（min·kW）是否滿足實(shí)際需求。同時(shí)還應(yīng)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(yīng)超過一氧化碳CO含量0.05%；換算成NO2時(shí)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(shè)備需要檢修。俄聯(lián)邦文件要求投運(yùn)的內(nèi)燃機(jī)每月檢查一次，同時(shí)，每次維修、調(diào)試或暫停作業(yè)（超過14 d）后，也應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的尾氣檢查［5］。

3 無軌設(shè)備作業(yè)獨(dú)頭巷道通風(fēng)（廢氣）所需風(fēng)量Q d

在內(nèi)燃機(jī)每個(gè)工作周期，獨(dú)頭巷道排氣（廢氣）所需風(fēng)量（Qd）按式（5）～式（7）計(jì)算。

式中，Vh巷道獨(dú)頭部分的容積，m3；S為巷道的橫截面積，15.1 m2；L為巷道獨(dú)頭部分的長(zhǎng)度，50 m；T為完成一個(gè)工作周期的時(shí)間，s；tz為鏟斗（車廂）裝料時(shí)間，60 s；tx為鏟斗（車廂）卸料時(shí)間，25 s；ty為輔助（調(diào)車）作業(yè)時(shí)間，取90 s；V為內(nèi)燃機(jī)設(shè)備平均行駛速度，取2.2 m/s。

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

4 無軌設(shè)備作業(yè)時(shí)需氧量Q O

內(nèi)燃機(jī)作業(yè)時(shí)，工作區(qū)進(jìn)風(fēng)量應(yīng)保證空氣中的氧氣含量不小于20%［5］。

因而，計(jì)算內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)工作區(qū)所需空氣量，除了計(jì)算將排氣稀釋至極限允許濃度所需的空氣量之外，還應(yīng)計(jì)算確保氧氣含量所需的空氣量。

氧氣含量計(jì)算以碳?xì)淙剂匣瘜W(xué)氧化反應(yīng)的關(guān)系式為基礎(chǔ)。根據(jù)本關(guān)系式，每類燃料均存在化學(xué)計(jì)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(duì)于內(nèi)燃機(jī)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)所需的空氣耗量按式（8）計(jì)算。

式中，N為發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)，對(duì)于柴油增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，取2.2；ρ為空氣密度，ρ=1.23 kg/m3；KO為進(jìn)入工作區(qū)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(shí)，燃燒過程所需的空氣耗量QO按式（9）修正計(jì)算。

對(duì)于鏟運(yùn)機(jī)ACY-2，QA=0.105 m3/s，QO=2.2 m3/s。

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

5 無軌設(shè)備作業(yè)時(shí)核定最終需風(fēng)量Q

（1）ACY-2鏟運(yùn)機(jī)需風(fēng)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(yùn)機(jī)最終需風(fēng)量為4.2 m3/s。

（2）AJY-20自卸卡車需風(fēng)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(fēng)量為9.1 m3/s。

6 結(jié) 論

（1）地采無軌設(shè)備需風(fēng)量按照4種方式進(jìn)行核算，取最大值為最終值，4種方式分別為設(shè)備額定馬力標(biāo)準(zhǔn)配風(fēng)量計(jì)算、設(shè)備獨(dú)頭巷道作業(yè)通風(fēng)風(fēng)量計(jì)算、尾氣有害氣體稀釋限值計(jì)算、設(shè)備需氧量計(jì)算。

（2）從計(jì)算結(jié)果來看，國(guó)內(nèi)采用4 m3/（min·kW）配風(fēng)量，在多數(shù)情況下也能將有害氣體稀釋至安全限值，可采用計(jì)算方式。

（3）多臺(tái)設(shè)備同時(shí)作業(yè)時(shí)，風(fēng)量計(jì)算需注意同時(shí)作業(yè)系數(shù)k，1臺(tái)為1，2臺(tái)為0.9，3臺(tái)以上為0.85。